Circuite electronice în tehnica de calcul Material de învăţare – partea I domeniul: Informatică Calificarea: Tehnician echipamente de calcul Nivel 3 avansat

Tema 4. Circuite integrate analogice

Fişa de documentare 4.1. Amplificatoare operaţionale

Sunt amplificatoare de curent continuu cu reacţie negativă interioară şi prevăzute cu o buclă de reacţie negativă externă, care iniţial puteau executa diferite operaţii ca: adunarea, scăderea, înmulţirea, împărţirea, cu o constantă ( în c.c.) şi cu extindere (în c.a.), operaţii mai complexe ca: derivare, integrare, obţinere de funcţii logaritmice, etc.

Consideraţii generale

Amplificatoarele operaţionale (AO) pot prezenta, în general, două intrări şi două ieşiri, putând funcţiona în următoarele variante:

• 
  cu o singură intrare şi ieşire
  
• 
  cu două intrări şi două ieşiri
  
• 
  cu două intrări şi o ieşire
  

+ V+

+

Vd A

_

V+ V-

Vc _ V- V0

Simbolul amplificatorului operaţional

Fig.4.1.1.

a. Intrările sunt notate cu (+) şi cu (–).

b. Aplicând un semnal pe intrarea (+), la ieşire se obţine un semnal în fază cu cel de la intrare. Intrarea (+) numeşte neinversoare de fază.

c. Aplicând un semnal pe intrarea (–), el se regăseşte la ieşire în opoziţie de fază. Această intrare se numeşte inversoare.

d. După cum se aplică semnalul pe una sau pe cealaltă intrare, amplificatorul se numeşte neinversor sau inversor.

Parametrii principali

-impedanţa de intrare teoretic infinită, practic foarte mare; curentul de intrare în AO este teretic zero, practic foarte mic;

• 
  deriva tensiunii este nulă ( nu apare semnal la ieşire în absenţa semnalelor de la intrare). Rezultă că tensiunea de decalaj de intrare ( care ar trebui aplicată pentru a anula deriva) este nulă;
  
• 
  impedanţa de ieşire teoretic zero, practic foarte mică, deci valoarea tensiunii de ieşire nu depinde de rezistenţa de sarcină;
  
• 
  amplificarea în buclă deschisă este teoretic infinită, practic extrem de mare, ceea ce determină ca diferenţa de tensiune între cele două intrări să fie nulă.
  

Tipuri de amplificatoare operaţionale

Tab.4.1.1.

Tipul circuitului	Schema electronică	Relaţia dintre tensiunea de ieşire şi tensiunea (tensiunile ) de intrare
Amplificator inversor		Ue = - Ui
Amplificator inversor sumator		Ue = - Ui1 -Ui2
Amplificator neinversor		Ue = ( 1 + )Un
Amplificator neinversor sumator		Ue = Un1 + Un2
Amplificator diferenţial		Ue = - Ui + + Un
Circuit de integrare		Ue = -
Circuit de derivare		Ue = - RC

Activitatea de învăţare 4.1. Identificarea tipurilor de amplificatoare operaţionale

Competenţa: Identifică circuitele integrate analogice şi digitale

Obiectivul/obiective vizate:

Să recunoască amplificatoarele operaţionale după schema circuitului

50 min

Tipul activităţii: Problematizare

Sugestii: activitatea se poate realiza pe grupe de câte 2-3 elevi sau individual

Conţinut: Amplificatoare operaţionale

Obiectiv: La sfârşitul acestei activităţi vei putea identifica tipul amplificatorului operaţional dupa schema circuitului

Enunţ:

În coloana A sunt reprezentate schemele electronice ale amplificatoarelor operaţionale, iar în coloana B tipul amplificatorului operaţional. Realizează corespondenţa între cifrele coloanei A şi literele coloanei B, astfel încât fiecărui tip de circuit să-i corespundă schema electronică corectă.

Tab.4.1.1.

Coloana A Tipul circuitului	Coloana B Schema electronică
1. Amplificator neinversor	a.
2. Amplificator inversor	b.
3. Circuit de integrare	c.
4. Circuit de derivare	d.
5. Amplificator diferenţial	e.

Evaluare:

Pentru fiecare asociere corectă se acordă câte 2 puncte.

Tema 4. Circuite integrate analogice

Fişa de documentare 4.2. Stabilizatoare de tensiune integrate

Stabilizatoarele de tensiune continuă sunt circuite electronice care au rolul de a menţine constantă valoarea tensiunii (U₀) pe o sarcină (R), în condiţiile în care, din diferite cauze se modifică valoarea tensiunii de la intrarea circuitului (U_i), curentul absorbit de sarcină ( i₀), sau temperatura mediului ambiant ( T).

1. Eficienţa stabilizatorului se caracterizează prin:

• 
  coeficientul de stabilizare în tensiune (S_u)
  
• 
  rezistenţa internă a stabilizatorului ( R₀)
  
• 
  coeficientul de stabilizare cu temperatura ( S_T)
  

2. Pentru ca variaţia tensiunii de ieşire să aibă valori mici, se impune ca stabilizatorul să fie caracterizat prin valori cât mai mari ale factorului S_u şi valori cât mai mici ale factorilor R₀ şi S_T.

Stabilizatoare cu circuite integrate – sunt stabilizatoare de tensiune continuă care au în componenţă un circuit integrat specializat cu rolul de a integra funcţiile unui stabilizator liniar ( atât de stabilizare a tensiunii de pe sarcină, cât şi de protecţie).

Scopul acestei soluţii tehnice este de a reduce numărul de componente electronice ale schemei de stabilizare, ceea ce determină o creştere a fiabilităţii sistemului.

Tipuri

1. Stabilizator cu amplificator de eroare şi element de reglaj serie.

Funcţia de reglare este realizată prin integrarea unei scheme de stabilizator cu amplificator de eroare şi element de reglaj serie.

La intrarea amplificatorului operaţional, caracterizat prin factorul de amplificare în tensiune, se aplică tensiunea de referinţă de pe dioda Zener şi o fracţiune din tensiunea de ieşire. Diferenţa celor două tensiuni amplificată, comandă elementul serie de reglare constituit din tranzistor.

Fig.4.2.1.

Elementul de referinţă este realizat cu stabilizatorul parametric format din dioda Zener şi rezistorul R₃.

În condiţiile în care amplificatorul de eroare nu lucrează ( schema este fără reacţie), deoarece impedanţa de intrare a amplificatorului este foarte mare, rezistoarele R₁, R₂ vor fi în serie şi tot grupul va fi în paralel cu rezistenţa de sarcină.

Stabilizatorul are parametrii de stabilizare determinaţi de factorul de amplificare în tensiune al AO şi de calitatea tranzistorului regulator.

2. Stabilizatoare duale

Pe lângă stabilizatoarele de uz general se întâlnesc şi stabilizatoare specializate, cum sunt stabilizatoarele duale. Acestea furnizează două tensiuni de ieşire, una pozitivă şi una negativă. Schema stabilizatorului are rolul de a menţine constantă diferenţa celor două tensiuni de ieşire

3. ßA 723

Destinat aplicaţiilor ce necesită un stabilizator de tip serie. Folosit la realizarea surselor de tensiune pozitivă sau negativă, având regulatorul serie sau paralel, în comutare, flotant, etc.

Date de catalog:

• 
  curent de ieşire: 150 mA
  
• 
  posibilitatea creşterii curentului de ieşire până la valori ce depăşesc 10A, prin folosirea unor tranzistoare externe
  
• 
  tensiune de ieşire reglabilă între: 2V şi 37V
  
• 
  tensiune maximă de intrare: 40V
  
• 
  putere disipată maximă: 500mW
  
• 
  impedanţa divizorului de tensiune văzută de amplificatorul de eroare: 10 kΩ.
  

Activitatea de învăţare 4.2. Stabilizatoare de tensiune integrate

Competenţa: Verifică funcţionalitatea circuitelor cu componente discrete,a circuitelor integrate analogice şi a circuitelor integrate digitale

Obiectivul/obiective vizate:
Să explice funcţionarea stabilizatoarelor de tensiune integrate şi să precizeze parametrii acestora pe baza datelor de catalog

50 min

Tipul activităţii: Diagrama paianjen

Sugestii: activitatea se poate realiza pe grupe mici de 3 - 4 elevi, sau individual

Conţinut: Stabilizatoare de tensiune integrate

Obiectiv: La sfârşitul acestei activităţi vei putea să operezi cu datele din cataloagele de componente electronice

Enunţ:

Folosind diferite surse (fişa de documentare 4.2, internet, caiet de notiţe, reviste de specialitate), culegeţi informaţii despre stabilizatoarele de tensiune integrate şi organizaţi-le după modelul următor:

Evaluare:
Punctajul se acordă în funcţie de numărul, corectitudinea şi capacitatea de sintetizare a informaţiilor furnizate.

Tema 4. Circuite integrate analogice

Fişa de documentare 4.3. Temporizatoare

Circuite care generează întârzieri de timp declanşate, sau oscilaţii libere.

Cel mai familiar circuit de temporizare este E 555.

Caracteristici

• 
  prezentare: încapsulat în cipuri de plastic sau metal cu 8 sau 14 terminale
  
• 
  temporizări de la microsecunde până la ore
  
• 
  lucrează fie ca monostabil, fie ca astabil
  
• 
  factorul de umplere este ajustabil
  
• 
  ieşirea poate debita sau absorbi 200 mA
  
• 
  alimentarea şi ieşirea sunt compatibile TTL
  
• 
  stabilitatea cu temperatura este mai bună de 0,005% / ^oC
  
• 
  tensiunea de alimentare între 4,5V – 18V
  
• 
  curentul de alimentare : 3mA – 6mA
  
• 
  timpul de creştere / descreştere: 100ns
  

Configuraţia terminalelor

Fig.4.3.1.

Aplicaţii

• 
  temporizări de precizie
  
• 
  generare de impulsuri
  
• 
  temporizări secvenţiale
  
• 
  generare de întârzieri de timp
  
• 
  modulaţia impulsurilor în lăţime
  
• 
  modulaţia impulsurilor în durată
  
• 
  generare de rampe liniare
  

Circuite de lucru

Tab.4.3.1.

Modul monostabil	Modul astabil

Activitatea de învăţare 4.3. Temporizatoare

Competenţa: Verifică funcţionalitatea circuitelor cu componente discrete,a circuitelor integrate analogice şi a circuitelor integrate digitale

Obiectivul/obiective vizate:

Să explice funcţionarea stabilizatoarelor de tensiune integrate şi să precizeze parametrii acestora pe baza datelor de catalog

50 min

Tipul activităţii: Studiu de caz

Sugestii: activitatea se poate realiza pe grupe mici de 2- 3 elevi, sau individual

Conţinut: Temporizatoare

Obiectiv: La sfârşitul acestei activităţi vei putea să operezi cu datele din cataloagele de componente electronice

Enunţ:

Utilizează un catalog de circuite electronice şi redactează o foaie de catalog simplificată pentru temporizatorul βE 555. Precizează cel puţin 5 aplicaţii ale acestui circuit integrat.

Evaluare:

Punctajul se acordă în funcţie de numărul, corectitudinea şi capacitatea de sintetizare a informaţiilor furnizate.