Amplificatorul cu potential de referinta si amplificatorul diferential

Amplificatorul cu potential de referinta si amplificatorul diferential

Simbolul amplificatorului

Pentru usurinta expunerii teoretice (desenarii) a circuitelor electronice, amplificatoarele sunt adesea simbolizate printr-un simplu triunghi , iar componentele interne sunt "ascunse". Aceasta simplificare este foarte folositoare pentru cazurile in care constructia amplificatorului este irelevanta pentru functionarea generala a circuitului.

Conexiunile +V si -V simbolizeaza borna pozitiva, respectiv negativa, a sursei de alimentare in c.c. Tensiunile de intrare si de iesire sunt reprezentate doar ca si conductoare individuale, deoarece se presupune ca toate semnalele au ca si referinta o conexiune comuna din circuit, denumita masa. Adesea (dar nu tot timpul!), acest punct de referinta il reprezinta una dintre bornele sursei de alimentare in c.c., fie cea pozitiva, fie cea negativa.

Exemplu - amplificator cu potential de referinta

Un circuit practic cu amplificator arata astfel.

Configuratie cu sursa duala de tensiune

Daca dorim sa folosim amplificatorul si pentru semnale de c.a., va trebui sa folosim doua surse de c.c., iar masa sa fie situata electric intre +V si -V. Aceasta configuratie poarta numele de sursa de tensiune duala.

Tensiunea de alimentare a amplificatorului este tot 30 V, dar cadere de tensiune de pe sarcina poate lua acum valori teoretice intre +15 V si -15V, in loc de +30 V si 0 V. Aceasta este o modalitate simpla de obtinere a c.a. la iesirea unui amplificator fara a fi nevoiti sa folosim cuplaje capacitive sau cuplaje cu transformator la iesire.

Amplificatorul diferential

Prin simbolizarea unui circuit complex printr-un singur triunghi, putem studia mult mai usor amplificatoare si circuite mult mai complexe. Unul dintre aceste amplificatoare mai complexe pe care le vom studia, poarta numele de amplificator diferential. Fata de amplificatoarele "normale" ce amplifica un singur semnal de intrare (amplificatoare cu potential de referinta), cele diferentiale amplifica diferenta de tensiune dintre doua semnale de intrare.

Ca si in circuitul precedent, toate tensiunile au ca si referinta masa circuitului. Se poate observa ca un terminal de intrare este marcat cu minus (-) iar celalalt cu plus (+). Intrucat un amplificator diferential amplifica diferenta dintre cele doua semnale de la intrare, fiecare intrare influenteaza tensiunea de la iesire in mod diferit (opus).

Sa consideram urmatorul tabelul alaturat cu tensiunile de intrare/iesire pentru un amplificator diferential cu un factor de amplificare in tensiune de 4.

Unde ecuatia tensiunii de iesire arata astfel:

Explicarea modului de functionare

O crestere a tensiunii pe intrarea pozitiva (+) duce la cresterea pozitiva a amplificarii, iar o crestere a tensiunii pe intrarea negativa (-) duce la o crestere negativa a amplificarii. De asemenea, o scadere a tensiunii pe (+) duce la scaderea tensiunii de iesire, iar o crestere a tensiunii pe (-) are un rezultat opus. Datorita acestei relatii dintre cele doua terminale de intrare, intrarea negativa (-) mai poarta numele de intrare inversoare iar intrarea pozitiva (+) poarta numele de intrare ne-inversoare.

Modelul amplificatorului diferential

Pentru a intelege mai bine modul de functionare, putem reprezenta un amplificator diferential ca si o sursa variabila de tensiune controlata de un voltmetru sensibil.

Desigur, figura alaturata este doar un model, si nu reprezinta schema reala de construire a amplificatorului. Simbolul "G" reprezinta un galvanometru, o deplasare sensibila a unui voltmetru. Potentiometrul conectat intre +V si -V furnizeaza o tensiune variabila la contactul de iesire (ce are ca si referinta una dintre bornele sursei de tensiune in c.c.), tensiune stabilita de indicatia galvanometrului. Trebuie inteles faptul ca orice sursa conectata la iesirea unui amplificator diferential este alimentata de sursa de tensiune de c.c. (baterie), si nu de semnalul de intrare. Semnalul de intrare (galvanometru) doar controleaza iesirea.

Iesirea a unui amplificator diferential

Cu toate aceste polaritati, este foarte usor sa gresim si sa nu ne dam seama care va fi iesirea unui amplificator diferential. Pentru evitarea acestor situatii, putem observa urmatoarea regula.

Cand polaritatea tensiunii diferentiale de la intrare este aceeasi cu polaritatea intrarilor (inversoare si ne-inversoare) amplificatorului, tensiunea de iesire va fi pozitiva. Cand polaritatea tensiunii diferentiale este inversa fata de cea a intrarilor, iesirea amplificatorului va fi negativa.

Utilizarea practica a amplificatoarelor diferentiale

Daca tensiunile de intrare ale amplificatorului diferential reprezinta cantitati matematice (cum este cazul circuitelor analogice ale calculatoarelor), sau marimi fizice de proces (cum este cazul circuitelor electronice de instrumentatie), putem vedea utilitatea unui astfel de dispozitiv. Am putea folosi amplificatoare operationale pentru a compara doua cantitati si a vedea care este mai mare (prin intermediul polaritatii tensiunii de iesire), sau am putea face o comparatie a diferentei dintre doua cantitati (precum nivelul apei din doua bazine) si actionarea unei alarme luminoase si/sau sonore daca diferenta este prea mare (in functie de valoarea absoluta a semnalului de iesire).

In circuitele de control automat, cantitatea controlata poarta numele de variabila de proces si este comparata cu o valoare fixa denumita punct de referinta; deciziile sistemului automat sunt luate in functie de diferenta dintre aceste doua valori. Primul pas intr-o astfel de schema consta in amplificarea diferentei dintre variabila de proces si punctul de referinta cu ajutorul unui amplificator diferential. In circuitele simple, iesirea amplificatorului poate fi utilizata pentru actionarea unui element final de control (precum o valva) si mentinerea procesului cat mai aproape de punctul de referinta.