04. Reacţia negativă prin divizor de tensiune

Adăugarea divizorului de tensiune

Dacă adăugăm un divizor de tensiune la reacţia negativă, astfel încât doar o fracţiune din tensiunea de ieşire este reintrodusă la intrarea inversoare, şi nu întreaga valoare, tensiunea de ieşire va fi un multiplu al tensiunii de intrare. Din nou, pentru simplitate, conexiunile alimentării în c.c. a AO au fost omise. Toate tensiunile au ca şi referinţă punctul de masă (0 V).

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

Dacă R₁ şi R₂ sunt egale, iar tensiunea de intrare este de 6 V, AO va genera o cădere de tensiune necesară pentru menţinerea unei tensiuni de 6 V pe R₁ (astfel încât tensiunea la intrarea inversoare să fie egală cu 6 V, iar diferenţa de tensiune dintre cele două intrări să fie egală cu zero). Cu un raport al divizorului de tensiune R₁--R₂ de 2:1, acest lucru va necesita o tensiune de 12 V la ieşirea AO.

Analiza circuitului

O altă metodă de analiză a acestui circuit constă în calcularea amplitudinii şi direcţiei curentului prin R₁, cunoscând tensiunea pe fiecare parte (şi prin urmare pe R₁), şi rezistenţa rezistorului R₁. Din moment ce partea stângă a rezistorului R₁ este conectată la masă (0 V), iar partea dreaptă are un potenţial de 6 V (datorită reacţiei negative ce menţine tensiunea acelui punct egală cu V_intrare), putem vedea că avem 6 V la bornele lui R₁. Acest lucru înseamnă un curent de 6 mA prin R₁, de la stânga la dreapta. Deoarece ştim că ambele intrări ale AO au impedanţe foarte mari, putem afirma că, curentul prin acestea este zero, şi nu se comportă precum un divizor de curent în punctul de conectare cu divizorul de tensiune. Cu alte cuvinte, putem considera că R₁ şi R₂ sunt conectate în serie: toţi electronii ce trec prin R₁ ajung în R₂. Cunoscând curentul prin R₂ şi rezistenţa lui R₂, putem calcula căderea de tensiune la bornele acestui rezistor (6 V) şi polaritatea acestuia. Calculând tensiunea totală dintre punctul de masă (0 V) la dreapta rezistorului R₂, ajungem la o valoarea de 12 V.

Explicaţie utilizând modelul AO

Dacă ne uităm pe desenul precedent, ne putem întreba „unde anume se duce curentul de 6 mA”. Figura de mai sus nu prezintă întregul drum, dar în realitate, acest curent vine de la sursa de putere de c.c., trece prin masă, R₁, R₂, prin ieşirea AO şi înapoi la borna pozitivă a sursei. Utilizând modelul AO - potenţiometru/detector de nul, calea curentului arată astfel.

Sursa de semnal de 6 V nu trebuie să furnizeze niciun curent în circuit: aceasta doar comandă amplificatorului operaţional echilibrul de tensiune dintre cele două intrări, iar ca urmare a acestui fapt, AO produce la ieşire o tensiune de două ori mai mare decât tensiunea de semnal datorită reacţiei divizate a celor doi rezistori de 1 kΩ.

Factorul de amplificare

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

Amplificator ne-inversor

Se poate observa că amplificarea unui astfel de amplificator nu poate să scadă sub valoarea 1. Dacă ar fi să coborâm valoarea lui R₂ la zero ohmi, circuitul rezultat ar fi identic cu repetorul de tensiune, unde ieşirea este conectată direct la intrarea inversoare. Această amplificare poate fi mărită mult peste 1, prin creşterea valorii rezistorului R₂ faţa de R₁.

Polaritatea tensiunii de ieşire este aceeaşi cu cea a tensiunii de intrare. O tensiune pozitivă de intrare înseamnă o tensiune pozitivă de ieşire, şi invers (faţă de masă). Din acest motiv, acest circuit poartă numele de amplificator ne-inversor.

Sursa de semnal conectată la intrarea inversoare (-)

Să reluăm circuitul de mai sus, dar de data aceasta să aplicăm tensiunea de intrare în altă parte.

Prin conectarea la masă a intrării ne-inversoare, reacţia negativă de la ieşire va încerca să menţină tensiunea intrării inversoare la 0 V. Din acest motiv, intrarea inversoare, în acest circuit, poartă numele de masă virtuală (având un potenţial de 0 V, dar nefiind conectată direct la masă). Tensiunea de intrare este aplicată de această dată din stânga divizorului de tensiune R₁--R₂ (= 1 kΩ). Prin urmare, tensiune de ieşire trebuie să ia valoarea de -6 V pentru echilibrarea punctului de mijloc la potenţialul masei (0 V). Folosind metodele amplificatorului ne-inversor, putem analiza funcţionarea circuitului prin determinarea amplitudinilor şi direcţiilor curenţilor.

Factorul de amplificare

Din nou, putem modifica amplificarea în tensiune a circuitului prin modificarea valorilor rezistorilor R₁ şi R₂. Amplificarea poate fi calculată cu formula alăturată.

Amplificator inversor

De această dată, amplificarea în tensiune a circuitului poate fi sub 1, depinzând doar de raportul valorilor celor doi rezistori. Polaritatea ieşirii este tot timpul opusă polarităţii tensiunii de intrare. O tensiune de intrare pozitivă înseamnă o tensiune de ieşire negativă, şi invers (faţă de masă). Din acest motiv, acest circuit este cunoscut sub numele de amplificator inversor. Semnul „-” din formula de mai sus scoate în evidenţă această inversare a polarităţilor.

Observaţie

Astfel de circuite studiate mai sus sunt folosite pentru efectuarea operaţiilor matematice de înmulţire şi împărţire în circuitele analogice ale calculatoarelor.