Masurarea parametrilor amplificatoarelor operationale

Scopul lucrarii

Lucrarea are ca scop cunoasterea principalilor parametri ai amplificatoarelor operationale de uz general si însusirea metodelor de masurare a acestora. Exemplificarea se face pe amplificatorul operational integrat bA 741. În timpul efectuarii lucrarii, nu trebuiesc depasite valorile maxime ale tensiunilor (de alimentare, de intrare în mod diferential, de intrare în mod comun) specifice amplificatorului operational studiat si care sunt prezentate în anexa. În cadrul lucrarii s 19419w2224t e arata cum pot fi masurati principalii parametri ai amplificatorului operational, fara a intra în detalii în privinta parametrilor mai putin importanti sau a celor care prezinta dificultati deosebite în masurare.

Principalii parametrii de regim dinamic ai amplificatorului operational (AO)

- amplificarea de mod diferential în bucla deschisa, A₀, definita conform relatiei (14.1) pentru schema din fig. 14.1.a , este dependenta de tensiunile de alimentare ale AO si de rezistenta de sarcina ; valorile tipice sunt de ordinul a 10­⁵÷10⁶ ;

(14.1)

- impedanta de intrare diferentiala, Z_i, definita conform relatiei (14.2) pentru fig.14.1.a :

(14.2)

si are valori de ordinul a câtorva zeci sau sute de kW

- impedanta de intrare de mod comun, Z_ic, definita pentru o tensiune aplicata simultan pe cele doua intrari ale AO fata de masa are valori tipice foarte mari (zeci, sute de MW

- factorul de rejectie a modului comun, CMR, ce reprezinta o masura a contributiei tensiunii de mod comun de la intrare la tensiunea de iesire a AO (fig.14.1.b) ; are valori de 10³÷10⁵ ;

- impedanta de iesire a AO cu bucla deschisa, Z₀ ; este de ordinul a câtorva zeci sau sute de W

- banda de trecere a AO, definita ca frecventa la care amplificarea diferentiala în bucla deschisa scade cu 3 db fata de valoarea ei în curent continuu ; este foarte mica, la bA 741, circa 10Hz ;

Datorita nesimetriei schemei electronice a AO, caracteristica de transfer a acestuia nu trece prin originea axelor (fig.14.1.c) ; pentru caracterizarea abaterilor, se definesc :

- tensiunea de decalaj raportata la intrare, V_D ;

- curentul de polarizare, I_B, definit ca semisuma curentilor de intrare (fig.14.1.d) ;

(14.3)

- curentul de decalaj, I_D, definit ca diferenta dintre curentii de intrare, luat întotdeauna cu semnul +;

(14.4)

- derivele termice ale acestor trei marimi, adica variatiile lor determinate de modificarea temperaturii de lucru.

Parametrii circuitului de iesire al AO caracterizeaza disponibilitatile AO de a comanda o sarcina data :

- tensiunea maxima de iesire pentru semnal nedistorsionat, V_0max, definita prin caracteristica de transfer din fig.14.1.c ; depinde de tensiunile de alimentare ale AO si de sarcina ;

- viteza de variatie a tensiunii de iesire a AO, SR, masurata în V/ms, indica panta maxima a tensiunii de iesire în cazul excitatiei cu semnal mare la intrare si este determinata de banda de trecere a AO si de structura etajului final (fig.14.1.e) ; se foloseste relatia :

(14.5)

- raspunsul tranzitoriu al AO, definit pentru un impuls de amplitudine mica, AO functionând pe o sarcina capacitiva, în montaj de repetor de tensiune ; este determinat de caracteristica de frecventa a AO ;

Masurarea unora dintre parametrii AO se face cu o schema de compensare în care se foloseste un AO auxiliar într-o bucla de reactie negativa, asa cum se vede în fig.14.2.

Tensiunea la iesirea amplificatorului de masura, V_L, se poate deduce sub forma :

(14.6)

În functie de starile comutatoarelor K₁ si K₂ si de valorile tensiunilor V_M si V_R rezulta urmatoarele combinatii utile

Prin m s-a notat raportul : >>1

Rezulta urmatoarele relatii de calcul, presupunând R_g >> r :

- tensiunea de decalaj raportata la intrare :

(14.7)

- curentul de decalaj :

curentul de polarizare :

(14.9)

amplificarea de tensiune în bucla deschisa :

(14.10)

factorul de rejectie a modului comun :

Se identifica montajul din fig. 14.4 si de alimenteaza cu +15V (la borna 2 fata de masa) si cu -15V (la borna 3 fata de masa). Potentiometrul P₁ se foloseste la reglarea tensiunii de mod comun ce se aplica la intrare AO (borna 6), iar potentiometrul P₂ se foloseste pentru reglarea tensiunii de referinta, V_R, necesare pentru masurarea amplificarii de tensiune în bucla deschisa, AO. Comutatorul K este pe pozitia a.

Se conecteaza bornele 6 si 7 la masa. Se masoara tensiunile V_L1, V_L2, V_L3 si V_L4 pentru cele patru combinatii ale comutatoarelor K₁ si K₂. Folosind relatiile (14.7), (14.8) si (14.9) se determina tensiunea de decalaj, V_D, curentul de decalaj, I_D, si curentul de polarizare, I_B.

m=10³ V_D= V_L1/m= 0,005 V

V_L2 =m(V_D+R_gI_D)

V_L3 - V_L4 = 2 m I_D I_B

Comutatoarele K₁ si K₂ ramân pe pozitia închis (rezistentele R_g scurtcircuitate), iar borna 6 ramâne conectata la masa; la borna 7 se masoara tensiunea V_R=U=10 V, reglabila cu potentiometrul P₂ si apoi se masoara V_L5. Se regleaza V_R=-U=-10 V si se masoara tensiunea V_L6. Se determina amplificarea de tensiune în bucla deschisa, cu relatia (14.10).

V_L5= 5,1 V; V_L6=4,9 V , amplificator în bucla deschisa.

3.b. Se masoara impedanta de iesire a AO. Pentru aceasta, în conditiile normale de lucru (alimentare la 15 V si U=10 V), se masoara amplificarea de tensiune în gol, A₀ si apoi, aceeasi marime într-o sarcina R_S=1kW, A_0s (conectând bornele 5 si 10 împreuna). Rezistenta de iesire se calculeaza cu expresia :

(14.13)

unde A_0S

3.d. Se masoara impedanta de intrare diferentiala repetând masuratoarea de amplificare cu semnal sinusoidal, cu comutatoarele K₁ si K₂ deschise, obtinându-se amplificarea A'₀. Rezulta :

A'₀₌ 9 10⁴   , (14.14)

Comutatoarele K₁ si K₂ ramân închise pâna la sfârsitul lucrarii. Se conecteaza borna 7 la masa si se regleaza cu potentiometrul P₁ tensiunea de mod comun care se masoara la borna 6.

- pt. V_M=+U=10 V V_L7 = 4 V;

- pt. V_M=-U=-10 V V_L8 = 6 V;

si apoi se determina

6. Se trece comutatorul K pe pozitia b, deconectând circuitul amplificatorului operational auxiliar. Se realizeaza schema de amplificator neinversor, cuplând borna 9 la masa. La intrarea 8 a amplificatorului neinversor se aplica impusuri de frecventa f = 5 kHz si cu amplitudinea de 5 V (factorul de umplere fiind 0,5) ; la iesire se constata saturarea bilaterala a AO si se determina viteza de variatie a tensiunii de iesire, conform fig.14.1.e, cu relatia (14.5).

7. Pentru montajul repetor de tensiune (borna 9 lasata în aer), încarcat cu o sarcina capacitiva (bornele 5 si 11 cuplate împreuna), se aplica la borna 8 impulsuri de amplitudine 0,1 V si perioada 5 ms si se vizualizeaza tensiunea de la iesirea AO. Se masoara timpul de crestere (între 0,1 si 0,9 din valoarea finala) si valoarea maxima a supracresterilor r

t_cr=93 ms

r