Circuite integrate lineare – Amplificatori operationali – Circuite de multiplicare si divizare

Timp de citit: 5 minute

Autori: Ion Dragu, Ion – Mihail Iosif
Editura: Militara – Bucuresti
An aparitie: 1981

Stiati ca..? Karl Dale Swartzel Jr. (19 Iunie 1907 – 23 Aprilie 1998) a fost inventatorul amplificatorului operational, el depunand brevetul pentru „amplificatorul sumator” in 1941 cand lucra la Bell Labs?

Circuitele integrate, nota dominanta a sistemelor electronice actuale

Fabricate in serie in tara noastra inca din 1971, trecand de la etapa circuitelor integrate numerice, realizate in tehnologie LTT, la circuitele integrate lineare, superioare conceptual si functional – permit ca in automatica si tehnica de calcul, in aviatie si tehnica rachetelor sa se poata realiza dispozitive si echipamente electronice compacte si de greutate redusa, capabile sa reziste la socuri, vibratii, radiatii, temperaturi ridicate etc., avand in acelasi timp un pret redus si fiabilitate sporita.

Din aceasta cauza este necesara si o literatura tehnica adecvata care sa faciliteze unor categorii numeroase de specialisti – civili si militari – documentarea privind toate aspectele legate de aplicatiile circuitelor integrate lineare, si mai ales ale amplificatorilor operationali. Acest lucru a constituit ideea calauzitoare a cartii de fata.

Termenul de amplificator operational

Termenul de amplificator operational a fost folosit pentru prima oara in anul 1947 de catre Ragazzini, care a descris si proprietatile fundamentale ale acestei clase de amplificatori, cand acestia sant utilizati impreuna cu retele de reactie, lineare sau nelineare. Majoritatea lucrarilor de inceput s-au concentrat asupra aplicatiilor pentru simulari analogice sau rezolvarea unor ecuatii integro-diferentiale.

Prima realizare modulara a unui amplificator operational cu semiconductori a avut loc in 1962. De atunci amplificatorii operatioanali s-au extins intr-un ritm vertiginos, mai ales prin realizarea lor sub forma de cipuri integrate.

Intr-o perioada mai mica de zece ani aplicatiile amplificatorului operational s-au diversificat mult – de la folosirea sa ca subansamblu al calculatoarelor analogice la component analogic integrat universal, perfectionarile tehnologice permitand totodata obtinerea unor caracteristici foarte apropiate de cele ideale, fapt care a facut ca acest dispozitiv sa cunoasca aceeasi larga raspandire si utilizare ca a tranzistorului.

Tot ca urmare a performantelor sale deosebite, amplificatorul operational a facut posibila realizarea unor proiecte cu parametri fara precedent in privinta vitezei, fiabilitatii, preciziei si reproductibilitatii.

Pentru a le putea folosi complet toate posibilitatile lor, pentru a le putea combina ingenios si a realiza proiecte complexe se impune cunoasterea in detaliu a proprietatilor amplificatorilor operationali, a modului lor dc comportare in diverse aplicatii, ca si a metodelor de combatere a unora dintre neajunsurile inerente ale acestor structuri integrate.

O dificultate intampinata la elaborarea lucrarii a constituit-o selectionarea celor mai semnificative circuite – exemple de utilizari care sa permita, pe de o parte, intelegerea clara a posibilitatilor amplificatorului operational, iar pe de alta, folosirea lor ca elemente de baza pentru elaborarea unor scheme complexe.

Exemplele cele mai reprezentative sunt insotite de calcule complete care ofera proiectantilor posibilitatea de a evalua riguros toti constituentii unui proiect.

Amplificator operational ca element constitutiv

De mentionat faptul ca amplificatorul operational a fost tratat in lucrare nu numai ca element singular, ci si ca element constitutiv al unor blocuri electronice, multe fiind chiar ele configuratii integrate pe scara larga (ISL), in a caror structura amplificatorul operational are o insemnatate hotaratoare.

Este de la sine inteles ca o acoperire completa a unui camp atat de vast nu este niciodata posibila, caci inventivitatea cercetatorilor si utilizatorilor aduce necontenit lucruri si aspecte voi si tocmai de aceea socotim deosebit de utila concentrarea chestiunilor fundamentale intr-un volum unitar, actiune care s-a concretizat in urma prelucrarii unui material documentar foarte bogat, o mare parte din acesta fiind mentionat in bibliografie.

Alegerea problemelor de interes major a decurs atat pe baza experientei practice, cat si din imboldul de a acoperi un minus din literatura de specialitate editata in tara.

Cartea se adreseaza studentilor din facultatile cu profil electronic – electrotehnic, inginerilor electronisti de diverse specializari, tuturor utilizatorilor care au de rezolvat probleme teoretice si practice de circuite integrale lineare.

Structura cartii

1. NOTIUNI DE BAZA

1.1. Parametrii fundamentali idealizati
1.2. Configuratia inversoare
1.2.1. Ecuatia de transfer
1.2.2. Impedanta de intrare
1.2.3. Impedanta de iesire
1.3. Configuratia neinversoare
1.3.1. Functia de transfer
1.3.2. Impedanta de intrare
1.3.3. Impedanta de iesire
1.4. Model de circuit echivalent pentru un amplificator operational
1.5. Efectul amplificarii in mod comun asupra caracteristicilor amplificatorilor operationali
1.6. Faza reactiei in amplificatorii operationali
1.6.1. Efectul variatiei excesive a fazei asupra stabilitatii de frecventa
1.6.2. Efectul variatiei excesive a fazei asupra raspunsului in frecventa
1.6.3. Predictia largimii de banda la 3 dB
1.6.4. Metode de compensare a fazei
1.6.4.1. Metoda compensarii buclei inchise
1.6.4.2. Metode de compensare a buclei deschise
1.6.4.3. Modificarea impedantei de intrare a buclei deschise
1.6.4.4. Modificarea caracteristicii de amplificare in bucla deschisa
1.7. Rejectia de mod comun
1.8. Curentul de polarizare a intrarii
1.9. Curentul si tensiunea de decalaj
1.10. Viteza maxima de raspuns
1.11. Timpul de stabilizare, de intarziere si fidelitatea raspunsului la impuls
1.12. Zgomotul

2. AMPLIFICATORI LINEARI

2.1. Reducerea erorilor de curent continuu
2.2. Marirea impedantei de intrare
2.3. Marirea puterii
2.4. Reglajul amplificarii
2.5. Amplificatori de instrumentatie
2.6. Amplificatori de date cu amplificare programabila
2.7. Surse de curent comandate
2.8. Surse de tensiune de referinta
2.9. Stabilizatori de tensiune
2.9.1. Stabilizatori de tensiune de tip scrie
2.9.2. Stabilizatori de tensiune de tip paralel
2.9.3. Stabilizatori de tensiune prin comutatie

3. ANALIZORI DE SEMNAL

3.1. Comparatori
3.2. Detectori de varf
3.3. Circuite pentru calculul valorilor absolute
3.4. Circuite de masurare a valorii absolute in dispozitive cu intrari diferentiale
3.5. Circuite de esantionare si memorare
3.6. Calculul valorii eficace

4. AMPLIFICATORI OPERATIONALI IN CIRCUITE NELINEARE

4.1. Limitatori cu reactie
4.2. Generator de functii nelineare
4.3. Amplificatori logaritmici

5. CIRCUITE DE MULTIPLICARE SI DIVIZARE

5.1. Multiplicatori cu aproximari lineare
5.2. Multiplicatori cu modulatie si mediere
5.3. Multiplicatori cu transconductanta variabila
5.4. Multiplicatori logaritmici
5.5. Divizori analogici
5.6. Divizori prin logaritmare si antilogaritmare
5.7. Aplicatii ale multiplicatorilor si divizorilor
5.7.1. Reglajul amplificarii
5.7.2. Compresie si extensie
5.7.3. Generarea unor functii polinominale
5.7.4. Detectori de faza
5.7.5. Dublori de frecventa
5.7.6. Multiplicatori de frecventa de ordin impar
5.7.7. Sumatori vectoriali

6. GENERATORI DE SEMNAL

6.1. Generatori sinusoidali
6.1.1. Oscilatori cu punte Wien
6.1.2. Oscilatori cu retea trece-banda
6.1.3. Oscilatori cu retea RC de defazare
6.1.4. Oscilatori cu retea trece-tot
6.1.5. Oscilatori comandati in tensiune, cu inductanta sintetizata electronic
6.1.6. Oscilatori de ordinul 5/2
6.2. Circuite astabile cu amplificatori operationali
6.3. Generatori de semnale triunghiulare si dreptunghiulare
6.4. Generatori de rampa
6.5. Monostabili si bistabili cu amplificatori operationali

7. CONVERSIA NUMERIC-ANALOGICA SI ANALOGIC-NUMERICA

7.1 Conversia numeric-analoga (CNA)
7.1.1. Convertori numeric-analogici de tip paralel
7.1.1.1. Convertori cu rezistori ponderati
7.1.1.2. Convertori NA in scara
7.1.1.3. Convertori NA cu coduri bipolare
7.1.2. Convertori NA dc tip serie
7.2 Conversia analogic-nemerica (CAN)
7.2.1. Convertori cu rampa
7.2.2. Convertori cu rampa dubla
7.2.3. Convertori incrementali cu rampa
7.2.4. Convertori tensiune-frecventa
7.2.5. Convertori AN logici
7.2.5.1. Convertori AN de tip paralel
7.2.5.2. Convertori de tip serie-paralel
7.2.5.3. Convertori AN cu aproximari succesive
7.3 Erori in functionarea convertorilor NA si AN
7.3.1. Eroii in functionarea convertorilor NA
7.3.1.1. Parametrii caracteristici ai unui CNA
7.3.1.2. Eroarea de decalaj
7.3.1.3. Eroarea de amplificare
7.3.1.4. Eroarea de linearitate
7.3.1.5. Linearitatea diferentiala
7.3.2. Erori in functionarea convertorilor AN
7.3.2.1. Parametrii caracteristici ai CAN
7.3.2.2. Eroarea de cuantizare
7.3.2.3. Eroarea de decalaj
7.3.2.4. Eroarea de amplificare
7.3.2.5. Eroarea de linearitate
7.3.2.C. Eroarea de linearitate diferentiala

8. FILTRE ACTIVE

8.1. Generalitati
8.2. Sinteza filtrelor active
8.2.1. Functii dc transfer pentru retele trece-jos
8.2.1.1. Filtru trece-jos de ordinul doi, cu ractie multipla
8.2.1.2. Filtre trece-jos, de ordinul doi, cu surse de tensiune
8.2.1.3. Filtre active trece-jos, de ordinul trei, cu un AO
8.2.2. Functia de transfer pentru retele trece-sus
8.2.2.1. Retele trece-sus cu un singur pol
5.2.2.2. Retea trece-sus cu doi poli complex conjugati
8.2.2.3. Filtru trece-sus de ordinul doi, cu reactie multipla
8.2.2.4. Filtre trece-sus, de ordinul doi, cu sursa de tensiune
8.2.2.5. Filtru activ trece-sus cu trei poli
8.2.3. Filtre active de tipul trece-banda
8.2.3.1. Functia de transfer a unui filtru trece-banda
8.2.3.2. Filtre trece-banda cu reactie multipla
8.2.3.3. Filtre trece-banda cu sursa de tensiune
8.2.4. Filtre active opreste-banda
8.3. Caracteristici Butterworth, Bessel si Cebisev
8.3.1. Caracteristici Butterworth pentru filtre trece-jos
8.3.2. Caracteristici Bessel pentru filtre trece-jos
8.3.3. Caracteristici Cebisev pentru filtre trece-jos
8.3.4. Estimarea complexitatii unui filtru
8.4. Circuite active de tipul trece-tot
8.4.1. Generalitati
8.4.2. Circuite trece-tot de ordinul intai
8.4.3. Circuite trece-tot de ordinul doi
8.4.4. Aplicatii ale filtrelor trece-tot active
8.4.4.1. Linii de intarziere realizate cu circuite trece-tot active
8.4.4.2. Corectori de faza
8.4.4.3. Defazori de banda larga
8.5. Circuite active pentru corectia caracteristicii de frecventa in instalatiile audio