Reactia negativa

Reactia negativa

Realizarea reactiei negative

Daca ar fi sa conectam iesirea unui AO la intrarea sa inversoare (-) si in acelasi timp sa aplicam un semnal te tensiune la intrarea sa ne-inversoare (+), vom vedea ca tensiunea de iesire a AO este foarte apropiata de cea de intrare (pentru simplitate, sursa de putere, circuitul +V/-V si masa nu au mai fost desenate in figura).

Pe masura ce V_intrare creste, V_iesire creste si ea pe masura amplificarii diferentiale. Totusi, pe masura ce V_iesire creste, aceasta tensiune de iesire este furnizata inapoi spre intrarea inversoare, ducand astfel la scaderea diferentei de tensiune dintre cele doua intrari si scaderea tensiunii de iesire. Rezultatul este ca, pentru oricare valoare a tensiunii de intrare, tensiunea de iesire va fi aproape egala cu V_intrare, dar suficienta pentru mentinerea unei diferente de tensiune intre V_intrare si intrarea (-) a carei amplificare genereaza tensiunea de iesire.

Explicatia reactiei negative

Circuitul va atinge foarte repede un punct de echilibru, unde valoare tensiunii de iesire este astfel incat sa mentina o diferenta necesara de tensiune la intrare, ce produce la randul ei o tensiune de iesire suficienta. Introducerea la intrarea inversoare a amplificatorului a tensiunii sale de iesire este o tehnica numita reactie negativa, si este un concept fundamental si esential pentru stabilizarea unui sistem in general. Aceasta stabilitate ofera amplificatorului operational posibilitatea functionarii in zona sa liniara, si nu doar saturat sau blocat, asa cum a fost cazul comparatorului (fara reactie).

Deoarece amplificarea AO este atat de mare, tensiunea pe intrarea inversoare poate fi mentinuta aproximativ egala cu V_intrare. Sa presupunem de exemplu ca AO din exemplu are o amplificare de 200.000. Daca V_intrare = 6 V, tensiunea de iesire va fi de 5,999970000149999 V. Aceasta valoare este suficienta pentru ca tensiunea diferentiala de 6 V - 5,999970000149999 V = 29,99985 µV, amplificata cu factorul de 200.000 sa produca la iesire exact 5,999970000149999 V; sistemul este astfel in echilibru, iar valoarea tensiunii de iesire nu se (mai) modifica.

Dupa cum se poate vedea, diferenta de tensiune nu este prea mare (29,99985 µV); din considerente practice, putem presupune ca aceasta diferenta de tensiune dintre cele doua intrari este mentinuta prin intermediul reactiei negative la exact 0 V.

Avantajele utilizarii reactiei negative

Un mare avantaj al utilizarii AO cu reactie negativa este ca valoarea amplificarii in tensiune nu este importanta, atata timp cat este foarte mare. Daca amplificarea diferentiala ar fi fost 250.000 in loc de 200.000, atunci tensiunea de iesire ar fi si mai apropiata de valoarea V_intrare. In circuitul prezentat insa, tensiunea de iesire ar fi (din punct de vedere practic) si in acest caz egala cu tensiunea de la intrarea ne-inversoare. Amplificarile AO, prin urmare, nu trebuie sa fie foarte precise din fabricatie pentru a putea fi folosite cu succes in circuitele electronice. Circuitul de mai sus va urma pur si simplu semnalul la intrare, cu o amplificare stabila de 1.

Modelul amplificatorului operational

Reintorcandu-ne la modelul amplificatorului operational, putem sa ne imaginam AO ca fiind o sursa de tensiune variabila controlata de un detector de nul extrem de sensibil. "Potentiometrul" din interiorul AO ce creaza o tensiune variabila, se va deplasa spre orice pozitie este nevoie, astfel incat sa "balanseze" intrarile inversoare si ne-inversoare, iar caderea de tensiune pe detectorul de nul, ca urmare a acestui fapt, sa fie zero (indicatia detectorului de nul = 0).

Peria potentiometrului se va misca astfel incat tensiunea de iesire sa duca acul indicator al detectorului de nul la zero volti. Tensiune de iesire va fi egala cu tensiunea de intrare, 6 V in acest caz. Daca tensiunea de intrare se modifica, potentiometrul din interiorul AO isi va modifica pozitia astfel incat detectorul de nul sa fie echilibrat (0 V). Rezultatul este o tensiune de iesire aproximativ egala cu cea de intrare.

Repetor de tensiune

Acest lucru este valabil pentru intregul domeniu de tensiuni pe care AO il poate sustine la iesire. Cu o sursa de putere de +15V/-15V, si un amplificator ideal ce poate amplifica tensiunea de la intrare intre aceste limite maxime, iesirea AO va "urmari" tot timpul intrarea sa intre -15 V si + 15 V. Din acest motiv, circuitul de mai sus poarta numele de repetor de tensiune. Amplificarea in tensiune este 1 pentru aceasta configuratie, impedanta de intrare mare, cea de iesire mica si un factor de amplificare in curent mare.

Tensiunea pozitiva si negativa de saturatie

Trebuie mentionat faptul ca multe AO nu pot genera la iesire caderi de tensiune exact cat tensiunea de alimentare. Tensiunea de iesire a modelului 741, de exemplu, la saturatie, este mai mica cu un volt pe partea pozitiva (+V), si cu doi volti pe partea negativa (-V). Astfel, cu o sursa de tensiune duala de +15/-15 V, iesirea unui AO poate fi maxim +14 V si minim -13 V (cu aproximare), dar nu poate creste mai mult de atat datorita metodei de confectionare al AO. Aceste doua limite sunt cunoscute sub numele de tensiunea pozitiva de saturatie, respectiv tensiunea negativa de saturatie. Alte AO, precum modelul 3130, ce folosesc tranzistori cu efect de camp pe etajul de iesire, pot urma tensiunea de alimentare cu o aproximatie de cativa milivolti, in ambele parti. Practic, tensiunile de saturatie pozitiva, respectiv negativa, sunt egale cu tensiunile de alimentare.