Reactia negativa prin divizor de tensiune

Reactia negativa prin divizor de tensiune

Adaugarea divizorului de tensiune

Daca adaugam un divizor de tensiune la reactia negativa, astfel incat doar o fractiune din tensiunea de iesire este reintrodusa la intrarea inversoare, si nu intreaga valoare, tensiunea de iesire va fi un multiplu al tensiunii de intrare. Din nou, pentru simplitate, conexiunile alimentarii in c.c. a AO au fost omise. Toate tensiunile au ca si referinta punctul de masa (0 V).

Sursa de semnal conectata la intrarea ne-inversoare (+)

Daca R₁ si R₂ sunt egale, iar tensiunea de intrare este de 6 V, AO va genera o cadere de tensiune necesara pentru mentinerea unei tensiuni de 6 V pe R₁ (astfel incat tensiunea la intrarea inversoare sa fie egala cu 6 V, iar diferenta de tensiune dintre cele doua intrari sa fie egala cu zero). Cu un raport al divizorului de tensiune R₁--R₂ de 2:1, acest lucru va necesita o tensiune de 12 V la iesirea AO.

Analiza circuitului

O alta metoda de analiza a acestui circuit consta in calcularea amplitudinii si directiei curentului prin R₁, cunoscand tensiunea pe fiecare parte (si prin urmare pe R₁), si rezistenta rezistorului R₁. Din moment ce partea stanga a rezistorului R₁ este conectata la masa (0 V), iar partea dreapta are un potential de 6 V (datorita reactiei negative ce mentine tensiunea acelui punct egala cu V_intrare), putem vedea ca avem 6 V la bornele lui R₁. Acest lucru inseamna un curent de 6 mA prin R₁, de la stanga la dreapta. Deoarece stim ca ambele intrari ale AO au impedante foarte mari, putem afirma ca, curentul prin acestea este zero, si nu se comporta precum un divizor de curent in punctul de conectare cu divizorul de tensiune. Cu alte cuvinte, putem considera ca R₁ si R₂ sunt conectate in serie: toti electronii ce trec prin R₁ ajung in R₂. Cunoscand curentul prin R₂ si rezistenta lui R₂, putem calcula caderea de tensiune la bornele acestui rezistor (6 V) si polaritatea acestuia. Calculand tensiunea totala dintre punctul de masa (0 V) la dreapta rezistorului R₂, ajungem la o valoarea de 12 V.

Explicatie utilizand modelul AO

Daca ne uitam pe desenul precedent, ne putem intreba "unde anume se duce curentul de 6 mA". Figura de mai sus nu prezinta intregul drum, dar in realitate, acest curent vine de la sursa de putere de c.c., trece prin masa, R₁, R₂, prin iesirea AO si inapoi la borna pozitiva a sursei. Utilizand modelul AO - potentiometru/detector de nul, calea curentului arata astfel.

Sursa de semnal de 6 V nu trebuie sa furnizeze niciun curent in circuit: aceasta doar comanda amplificatorului operational echilibrul de tensiune dintre cele doua intrari, iar ca urmare a acestui fapt, AO produce la iesire o tensiune de doua ori mai mare decat tensiunea de semnal datorita reactiei divizate a celor doi rezistori de 1 kΩ

Factorul de amplificare

Putem modifica factorul de amplificare in tensiune al acestui circuit, prin simpla modificare a valorilor celor doi rezistori. Amplificarea poate fi calculata cu formula alaturata.

Amplificator ne-inversor

Se poate observa ca amplificarea unui astfel de amplificator nu poate sa scada sub valoarea 1. Daca ar fi sa coboram valoarea lui R₂ la zero ohmi, circuitul rezultat ar fi identic cu repetorul de tensiune, unde iesirea este conectata direct la intrarea inversoare. Aceasta amplificare poate fi marita mult peste 1, prin cresterea valorii rezistorului R₂ fata de R₁.

Polaritatea tensiunii de iesire este aceeasi cu cea a tensiunii de intrare. O tensiune pozitiva de intrare inseamna o tensiune pozitiva de iesire, si invers (fata de masa). Din acest motiv, acest circuit poarta numele de amplificator ne-inversor.

Sursa de semnal conectata la intrarea inversoare (-)

Sa reluam circuitul de mai sus, dar de data aceasta sa aplicam tensiunea de intrare in alta parte.

Prin conectarea la masa a intrarii ne-inversoare, reactia negativa de la iesire va incerca sa mentina tensiunea intrarii inversoare la 0 V. Din acest motiv, intrarea inversoare, in acest circuit, poarta numele de masa virtuala (avand un potential de 0 V, dar nefiind conectata direct la masa). Tensiunea de intrare este aplicata de aceasta data din stanga divizorului de tensiune R₁--R₂ (= 1 kΩ). Prin urmare, tensiune de iesire trebuie sa ia valoarea de -6 V pentru echilibrarea punctului de mijloc la potentialul masei (0 V). Folosind metodele amplificatorului ne-inversor, putem analiza functionarea circuitului prin determinarea amplitudinilor si directiilor curentilor.

Factorul de amplificare

Din nou, putem modifica amplificarea in tensiune a circuitului prin modificarea valorilor rezistorilor R₁ si R₂. Amplificarea poate fi calculata cu formula alaturata.

Amplificator inversor

De aceasta data, amplificarea in tensiune a circuitului poate fi sub 1, depinzand doar de raportul valorilor celor doi rezistori. Polaritatea iesirii este tot timpul opusa polaritatii tensiunii de intrare. O tensiune de intrare pozitiva inseamna o tensiune de iesire negativa, si invers (fata de masa). Din acest motiv, acest circuit este cunoscut sub numele de amplificator inversor. Semnul "-" din formula de mai sus scoate in evidenta aceasta inversare a polaritatilor.

Observatie

Astfel de circuite studiate mai sus sunt folosite pentru efectuarea operatiilor matematice de inmultire si impartire in circuitele analogice ale calculatoarelor.