CAPITOLUL. 1 Msurarea mrimilor electrice i neelectrice din mediul industrial 1.1 Generaliti Procesul de msurare presupune un fenomen de preluare a informaiei de la msurnd sub forma unei energii, transmiterea acesteia la o unitate de prelucrare ce stabilete valoarea mrimii msurate prin comparaie cu un etalon sau cu o scar i care o aplic unui bloc de ieire care poate avea i rol de indicator. Mrimea pot fi active, dac sunt purttoare de energie(de ex.: for, curentul electric etc.) sau pasive, dac informaia este coninut n structura msurandului (ex.: masa, rezistivitatea etc). Procesele tehnologice n care apar mrimi cu constante de timp mici , variind de la cteva milisecunde la cteva secunde, sunt considerate procese rapide . Astfel de mrimi sunt cele caracteristice acionrilor electrice i echipamentelor electroenergetice , cum ar fii: poziie ( spaiu , unghi), vitez (liniar i de rotaie ), mrimi electrice i magnetice ( curent, tensiune , flux magnetic ) . Acionrile electrice realizeaz comanda i reglarea motoarelor electrice de toate tipurile , iar echipamentele electroenergetice furnizeaz sau transform energia electric ( generatoare sincrone, redresoare, inversoare, convertoare de frecven sau de c.c). 1.1.1 Sistemele automate de reglare a proceselor rapide trebuie s ndeplineasc condiii din ce n ce mai grele impuse de cerinele industrial pentru nbuntirea calitii produselor i creterea productivitii utilajelor : gam larg de reglare ; viteza mare de rspundere ; constan n timp a parametrilor reglai ; nivel redus al semnalelor de intrare. Preluarea informaiei de la msurand se face de ctre traductor, un dispozitiv care, pe baza unei legi fizice, realizeaz transformarea unei mrimi fizice ntr-o mrime fizic, diferit de prima calitativ sau cantitativ. Traductorul care transform mrimea de msurat provenit de la msurand ntr-o alt mrime, adecvat unei prelucrri ulterioare, se numete traductor de intrare sau senzor, iar traductorul care transform semnalul prelucrat, purttor de informaie de msurare, ntr-un semnal ce poate fi folosit la locul de utilizare, se numete traductor de ieire. ntre traductorul de intrare i cel de ieire pot exista traductoare intermediare i de asemenea, blocuri de prelucrare i/sau modificare a semnalelor (blocuri de condiionare a semnalelor). Din punctul de vedere al mrimii de ieire, traductoarele se clasific n: - traductoare parametrice sau modulatoare, dac mrimea de ieire este un parametru de circuit electric (rezisten, capacitate, inductivitate); - traductoare generatoare sau energetice dac mrimea de ieire este tensiune, curent sau sarcin electric. Dup numrul transformrilor energetice din cadrul traductorului, traductoarele pot fi: directe, dac realizeaz o singur transformare ; complexe, dac n cadrul lor se realizeaz mai multe transformri. O variant constructiv deosebit de important din punctul de vedere alperformanelor o reprezint traductoarele difereniale, realizate din dou traductoare identice asupra crora msurandul acioneaz cu semne contrare. Aceast variant asigur o dublare a sensibilitii, creterea liniaritii i a benzii de frecvene, precum i o micorare a efectului perturbaiilor de mod comun.Principalele obiective ale msurrilor sunt : Monitorizare unui proces, de exemplu supravegherea ambientului termic ; Controlul unui proces, de exemplu controlul temperature ntr-un sistem de termostate ; Verificarea unor modele sau experimente;, de exemplu n cazul simulrilor pe calculator. 1.1.2 Proiectarea i operarea unui sistem de msurare presupune considerarea urmtoarelor etape : Sesizarea mrimii de msurat ; Condiioanarea i prelucrarea semnalelor ; Transmisia semnalului ce conine informaia ; Memorarea datelor ; Afiarea rezultatelor ; Asigurarea surselor de energie ; Protecia asigurarea unei funcionri corecte ; Service, calibrare i mentenan Dac se consider schema bloc simplificat a unui sistem de msur ( figura1.1 ) se observ c un rol important l are i prezentarea informaiei informaiei adic traductorul .

Fig 1.1 Proces automatizat cu traductorSchema de principiu a unui sistem de reglare convenional conine urmatoarele elemente (fig.1.1) : - regulator; - element de execuie; - proces; - traductor; - element de comparare. Marimile care intervin sunt: yREF - mrime de referin; y - valoare momentan; - eroare; u - mrime de comand; w - mrime de execuie; x - mrime din proces reprezentnd parametrul reglat; v perturbaie din exteriorul procesului.

1.2 Proces automatizat condus cu calculatorul

Figura 1.2 Proces automatizat condus cu calculatorul Dac procesul este condus cu un calculator de proces, schema bloc arat ca n figura 1.2 , n care: CP - calculator de proces; CP - consola operator; PG - periferice generale; CU - calculator universal; SIE - sistemul de interfa al ieirilor; SII - sistemul de interfa al intrrilor; SIA - sistem de interfa pentru intrri analogice; SIN - sistem de interfa pentru semnale numerice; P - proces; EE - element de execuie; T traductor . Se observ c n ambele scheme traductoarele sunt situate pe calea informaional avnd sensul de transmisie de la proces ctre sistemul de conducere, cuplate cu: - intrrile - la instalaiile tehnologice n care are loc procesul, conectarea fiind n funcie de natura fenomenelor analizate: mecanic, electric, etc.; - ieirile - la dispozitivele de automatizare, depinznd de caracteristicile constructive ale acestora. - semnalele de ieire ale traductoarelor sunt de natura: electric (tensiuni, cureni) - marea majoritate a echipamentelor de conducere fiind electrice sau electronice; - pneumatice (aer sub presiune) - n medii cu pericol de explozie sau incendiu, n care elementele electrice sunt interzise datorit riscului potenal de producere de scntei prin arc electric. Semnalele de ieire ale traductoarelor variaz, indiferent de domeniul de valori al mrimii de intrare intr-o gama fixat. Aceste domenii de variaie ale semnalelor se numesc semnal unificat, regulatorul putnd fi astfel adaptat la un traductor de orice natura . Tinnd cont de diversitatea marimilor care intervin in procese, traductoarele ramn elementele cu cea mai mare diversitate din sistemele de automatizare. Structura general a unui traductor

Figura 1.3 Structura general a unui traductor Se dau n fig1.3. elementele componente : a) Elementul sensibil (detector, captor, senzor) este elementul specific pentru detectarea mrimii fizice care intereseaz. El are capacitatea de a elimina sau reduce la minim influenele exercitate de alte mrimi dect cea care se msoara i care acioneaza simultan asupra traductorului. Sub aciunea mrimii de intrare are loc o modificare de stare a elementului sensibil care conine informaia necesar determinrii valorii acelei marimi. Modificarea presupune un consum energetic care poate fi luat: - din proces, in raport cu fenomenul fizic, cu puterea mrimii de intrare, cu cota din aceasta care poate fi cedat fr a-i afecta valoarea; - de la o surs auxiliara de energie, cnd modificarea de stare are ca efect variaii ale unor parametri de material, a cror evideniere necesit o surs auxiliar. n oricare din situaii, informaia asupra modificrii de stare nu poate fi folosit ca atare, ci necesit prelucrri ulterioare. b) Adaptorul are rolul de a adapta informaia de la ieirea elementului sensibil la cerinele impuse de aparatura de automatizare utilizata. Funcii realizate de adaptor: - adaptare - de nivel; - de putere (impedana); - comparaia cu unitatea de msura adoptata, prin conversia variaiilor de stare ale elementelor sensibile n semnale calibrate reprezentnd valoarea mrimii de intrare. Comparaia poate fi: - simultan, cnd mrimea etalon exercit o aciune permanent; - succesiv, cnd marimea etalon este aplicat din exterior, iniial, n cadrul operaiei de calibrare, anumite elemente constructive memornd efectele sale i utilizndu-le ulterior n procesul de msurare; - operaii asupra mrimii: n funcie de legile fizice pe care se bazeaz detecia, ele pot fi: - liniare (atenuare, amplificare, sumare, integrare, difereniere); - neliniare (produs, ridicare la putere, logaritmare); - realizarea unor funcii neliniare particulare intenionat introduse pentru compensarea neliniaritilor inerente i asigurarea unei dependente globale intrare - ieire liniare n cadrul traductorului. Adaptoarele pot fi: - electrice (electronice) - furnizeaza la ieire semnal electric; - pneumatice - furnizeaza semnal pneumatic. Dup forma de variaie a semnalului, se mpart n: - analogice, care presupun o variatie continu a unui parametru caracteristic, n semnal unificat, cum ar fi: - c.c.: 0,5 .5 mA; 2.10 mA; 4.20 mA; - tensiune continu: 0.10 V; 0.20 V; -10.+10 V; - presiune (aer): 20.10 kN/m2; - numerice - cnd sunt prevzute cu CAN (convertoare analog - numerice). S-au impus prin folosirea pe scar tot mai larg a echipamentelor de reglare numeric i a calculatoarelor de proces. Codurile numerice de ieire trebuie s fie compatibile cu echipamentele (interfeele calculatoarelor), mpunnd o standardizare i a semnalelor numerice furnizate de traductoare. Cele mai folosite coduri sunt: - binar natural pe 8, 10, 12, 16 biti; - binar codificat zecimal (BCD) pe 2, 3, 4 decade. c) Elemente de transmisie - sunt elemente auxiliare care realizeaz conexiuni electrice, mecanice, optice sau de alt natur n situaiile n care tehnologiile de realizare a traductorului o impun. d) Sursa de energie , necesar n cele mai frecvente cazuri, pentru a menaja energia semnalului util. 1.3 Amplificator pentru traductor n cazul cnd tensiunea continu de la ieirea traductorelor are nivel redus este necesar o amplificare pn la nivelul semnalului unificat . Amplificatorul pentru traductoare n sistemul unificat UNIDIN se construiete dup schema cu modulare- demodulare , att din cauza stabiliti mari pe care o prezint acesat schem , ct i din cauza posibilitii mari pe care o reprezint acest schem , ct i din cauza posibilitii de a realiza o separare galvanic prin transformatoare a prii de for fa de partea de reglare .

Figura 1.4 Schema bloc a amplificatorului Oscilatorul (O) este un inversor n contratimp care d o tensiune purttoare dreptunghiular . Modulatorul (M) care cuprinde patru tranzistoare , este de tipul dubl alternan.Tranzistoarele T1 ,T2 i T3, T4 sunt montate n opoziie pentru reducerea curentului i tensiunii reziduale. Se prefer montajul cu colector comun al tranzistoarelor , care prezint proprieti bune de comutaie .

Figura 1.5 Modulator cu trnzistoare1.4 Caracteristici i performane Caracteristicile funcionale reflect modul n care este realizata relaia de dependenta intrare - ieire, tinnd cont de structura intern a traductorului. Ele sunt concepute ideal, dar practic rezult diferit, reale. Performanele traductorului sunt indicatori care permit aprecierea gradului n care caracteristicile reale se apropie de cele ideale . Caracteristici i performane de regim staionar. Caracteristici statice . Caracteristicile si performantele de regim stationar se refer la situaia n care mrimile de intrare i de ieire din traductor nu variaz. Acest regim se caracterizeaz cu ajutorul caracteristicilor statice. Caracteristica static idealizata a unui traductor este reprezentata de relaia intrare - ieire: Y= f(X) n care y i x ndeplinesc cerinele unei msurari statice. Relaia de dependen poate fi exprimat analitic sau poate fi dat grafic printr-o curb trasat pe baza perechilor de valori (x,y). Caracteristica real a unui traductor reflect ns i influena unor mrimi perturbatoare, externe (temperatur, presiune umiditate, etc.), ct i interne (zgomot de rezistoare, frecri n lagare, imbatrnire, etc.): Y= f(X, 1 ,..., n , n1 ,... n n ) Admitnd ca influenele marimilor perturbatoare nu depsesc eroarea tolerat i n ipoteza liniaritii traductorului, forma uzual pentru caracteristica static a traductoarelor analogice este: Y= k( x-x0 ) + y0 n care x0 i y0 pot lua diverse valori pozitive sau negative, inclusiv zero.

Pentru traductoare sunt tipice caracteristicile statice liniare; numai n cazuri particulare, impuse de sistemul automat, apar caracteristici neliniare. - liniar unidirectionala:

- proportionala bidirectionala:

- liniar pe poriuni, cu zona de insensibilitate i saturaie:

Domeniul de msurare Se exprim prin intervalul xmin.xmax n cadrul cruia traductorul permite efectuarea corect a msurrii. El se situeaz de regul n zona liniar a caracteristicii. La traductoarele cu semnal unificat, limitele de iesire ymin . ymax se menin aceleai, indiferent de limitele xmin ,xmax. SensibilitateaAdmind caracteristica ideal y = f(x) , sensibilitatea este data de derivata functiei f(x): S = = = k = tg sau S= relaii valabile pentru o caracteristica liniar. Pentru o caracteristica neliniar: S= |x= x1 |x=x1 x,y sunt variaiile reduse n jurul punctului (x,y). Sensibilitatea astfel definit se numete sensibilitate diferenial. Unitile de msura depind de unitile de msur ale mrimilor de intrare i de ieire. Dac mrimile sunt de aceeai natur i raportul este supraunitar, el se numete factor de amplificare, dac este subunitar se numete factor de atenuare. Cnd domeniul este foarte extins pentru mrimea de intrare, se prefer exprimarea prin logaritmul raportului mrimilor de ieire i de intrare: A= log [dB]Sensibilitatea relativ se definete ca raport ntre variata relativ a mrimii de ieire i variaia relativ a mrimii de intrare: S = fiind intotdeauna adimensionala. Este utila cnd se compara traductoare cu domenii diferite.1.5 Sisteme de condiionare a semnalelor Prin condiionarea semnalelor se nelege n sens larg adaptarea dintre traductoare i circuitele de conversie analog-numeric. Tipul de condiionare depinde evident de senzorii care sunt utilizai. De exemplu, un semnal poate avea nivel mic i necesit o amplificare, sau poate conine componente parazite care cer realizarea unei filtrri. Anumite operaii de condiionare de semnal se realizeaz ntre circuitele de conversie numeric-analogic i elementele de execuie, precum i pe partea de intrri/ieiri numerice. Condiionarea semnalelor se realizeaz prin operaii cum ar fi: conversii de semnal (cum ar fi conversia curent/tensiune) ; izolare galvanic ; Amplificare ; Filtrare ; Liniarizare ; Multiplexare ; Alimentarea senzorilor pasivi . Rolul principal al acestor circuite este conversia semnalelor analogice de la ieirea traductoarelor n semnale compatibile cu intrrile blocurilor de conversie analog-digital (tensiuni cu limite de variaie cuprinse ntre 0 +1V; 0 +5V; 0 +10V; 1V; 5V; 10V). Funciile ndeplinite de aceste circuite se pot defini astfel: conversia semnalului de ieire al unui traductor n tensiune electric; adaptarea de nivel a acestei tensiuni; separarea galvanic a sistemului pentru achiziie de date fa de sursa de semnal (dac se impune aceasta); rejecia zgomotelor de joas i nalt frecven (filtrarea semnalului); preprocesarea analogic a semnalului (liniarizare, derivare, integrare, multiplicare etc). Majoritatea firmelor de specialitate livreaz sistemele pentru achiziie de date sub form modular, iar circuitele de condiionare a semnalelor se realizeaz, de regul, pe un modul separat. Se fac asemenea module pentru termorezistene, termocupluri, traductoare tensometrice rezistive, traductoare inductive de deplasare, transformatoare difereniale, traductoare piezoelectrice etc. Dac utilizatorul nu dispune de astfel de module, circuitele de condiionare a semnalului se pot realiza pentru fiecare tip de traductor n parte. Majoritatea traductoarelor analogice utilizate pentru conversia mrimilor neelectrice n semnale electrice nu furnizeaz ia ieire tensiuni electrice. n aceast categorie se ncadreaz traductoarele parametrice rezistive, inductive, capacitive, unele traductoare generatoare (piezoelectrice, fotoelectrice), de radiaie i altele.Prima funcie a circuitelor de condiionare este conversia acestor semnale n tensiuni electrice. Structura circuitelor de condiionare a semnalelor este determinat de tipul traductoarelor utilizate. Traductoarele parametrice convertesc mrimea de msurat n variaia unui parametru electric (rezisten, inductan, capacitate). Traductoarele parametrice rezistive i modific rezistena sub aciunea mrimilor de msurat. Variaiile de rezisten nu se pot transforma n tensiune electric dect prin asocierea unei surse de tensiune sau de curent. Exist dou variante de circuite pentru conversia rezistenei n tensiune electric: n montaj poteniometric; n punte. Montajul poteniometric este cel mai simplu, dar este sensibil la aciunea mrimilor perturbatoare i la deriva surselor de alimentare, avnd i inconvenientul datorat prezenei unei tensiuni de mod comun suprapus peste tensiunea purttoare a informaiei de msurare. Sursele de alimentare utilizate sunt de preferin n curent continuu, astfel c eventualele reactane parazite nu afecteaz lanul de msurare.

Fig. 1.6 Circuite de conversie n montaj potenpometric

Circuitul de conversie n montaj poteniometric este prezentat n fg.3.1.a. Traductorul Rt este nseriat cu o rezisten Rt i conectat la bornele unei surse de curent continuu. Considernd sursa de alimentare ideal, tensiunea de ieire a circuitului de conversie are expresia:

unde rezistena electric a traductorului este Rto (n lipsa mrimii de msurat). La o variaie a

Variaia tensiunii de ieire a circuitului de conversie este legat de variaia rezistenei traductorului prin relaia:

conducnd la o caracteristic de conversie neliniar. Dac este respectat condiia :

se obine:

n cazul general, al surselor reale cu rezistena intern r, iar blocul ce urmeaz dup circuitul de conversie avnd rezistena de intrare Ri (fig. 2.1b), expresia tensiunii de ieire este:

Micorarea rezistenei Ri atrage dup sine o mrire a neliniaritii caracteristicii de conversie. n situaia optim, cnd, se ajunge la :

n cazul n care variaia tensiunii de ieire capt forma :

Pentru montajul din fig.3.2.a conversia va fi liniar numai dac Ri este un traductor de acelai tip cu Rt dar cu variaii de rezisten de semn contrar, adic :

Pentru acest tip de montaj poteniometric relaiile privind tensiunea de ieire sunt:

i

rezultnd o caracteristic de conversie liniar de forma :

Figura 1.7 Circuitul de concersie n montaj de punte de c.c.

n cazul montajului poteniometric, variaia DU a tensiunii de ieire, care poart informaia de msurare, este suprapus peste tensiunea Uo (tensiune de mod comun). Diferena de nivel ntre Uo i DU face ca obinerea informaiei dorite s fie dificil. De exemplu, dac Uo = 10V i DU = 5mV, iar msurarea se face cu un voltmetru de 3 1/2 digii, pe intervalul de msurare de 20V, variaia nici nu poate fi sesizat. Circuitul de conversie n montaj de punte de curent continuu (punte Wheatstone n regim neechilibrat fig. 2.2.) asigur eliminarea deficienelor prezentate anterior. Traductorul rezistiv, avnd rezistena nominal Rto se conecteaz ntr-o latur a punii, n celelalte laturi fiind rezistene de precizie, dintre care unele reglabile. Puntea este iniial adus la echilibru, prin reglarea rezistenelor variabile, pentru valoarea nominal Rto a rezistenei traductorului.Datorit variaiei mrimii neelectrice, rezistena traductorului se modific cu DRt iar puntea se dezechilibreaz, rezultnd la ieire o tensiune de dezechilibru DU.

Dac, atunci :

Aceast relaie indic o dependen neliniar ntre tensiunea de ieire DU a punii i variaia rezistenei traductorului. Simultan cu creterea variaiei neliniaritatea se accentueaz.

De exemplu, pentru neliniaritatea este de 0,5%. Pentru variaii mici DRt (ex. traductoarele tensometrice rezistive), cnd se obine o liniaritate suficient a caracteristicii de transfer:

Pentru mrirea sensibilitii punii de dou ori se pot utiliza dou traductoare identice montate n dou laturi opuse ale punii, iar pentru mrirea sensibilitii de patru ori, se folosesc patru traductoare conectate n patru laturi ale punii, cu condiia ca perechile de traductoare din laturile opuse ale punii s aib variaii inverse sub efectul mrimii de msurat. ntruct tensiunea de dezechilibru a punii depinde de tensiunea de alimentare Ue (rel.2.10) pentru a elimina erorile de msurare datorate variaiilor acestei tensiuni (dei aceste erori sunt relativ mici) se folosesc surse stabilizate de tensiune. De exemplu, se poate utiliza sursa de referin AD581 (Analog Devices) cu tensiunea de ieire de 10V, urmat de un amplificator operaional n montaj repetor, ce asigur o rezisten mare de intrare.Pentru realizarea circuitelor de conversie n cazul traductoarelor parametrice inductive sau capacitive se folosesc foarte rar montaje poteniometrice. Soluia optim const n utilizarea unor puni de inductane sau capaciti, alimentate cu tensiune alternativ sinusoidal, avnd frecvena mult mai mare dect frecvena maxim cu care variaz mrimea de msurat, pentru a putea extrage cu uurin informaia de msurare din tensiunea de ieire a punii, modulat n amplitudine de variaia reactanei traductorului.Schemele utilizate sunt reprezentate n figurile 3.3; 3.4., respectiv puntea Maxwell pentru traductoare inductive i puntea Sauty pentru cele capacitive.

Fig. 1.8. Puntea Maxwell pentru traductoare inductiveFig. 1.9.Puntea Sautypentru traductoarecapacitive

Dac punile sunt iniial echilibrate, prin reglarea parametrilor Re i Ce la puntea Maxwell, respectiv Ce la puntea Sauty, o variaie ulterioar a inductanei, respectiv a capacitii traductonilui, conduce la apariia unor tensiuni de dezechilibru, avnd expresiile n complex:

n situaiile n care variaiile de impedan , respectiv de capacitate sunt mici n raport cu sau expresiile tensiunilor de dezechilibru devin:

adic variaz liniar cu , respectiv . Avnd n vedere c aceste tensiuni depind, de regul, neliniar de variaia impedanei traductorului, o soluie mult mai bun const n utilizarea unor traductoare difereniale, cele dou impedane iniial identice ale traductorului fiind conectate n laturi alturate (fig.3.5.) .

Fig. 1.10 Punte pentru traductoare difereniale

n acest caz tensiunea de dezechilibru a punii are expresia:

Se arat c att n cazul traductoarelor rezistive ct i al celor inductive i capacitive, tensiunea de dezechilibru variaz practic liniar cu variaia mrimii neelectrice de msurat. n plus, faza tensiunii DU este dependent de semnul variaiei acestei mrimi, fiind posibil detectarea sensului de variaie a mrimii msurate. Aplicaiile tipice pentru acest mod de condiionare sunt montajele pentru traductoare de deplasare inductive i capacitive.

CAPITOLUL 2Amplificatoare operaionale 2.1 Amplificatoare Prin amplificator se nelege procesul de mrire a valorilor instantanee ale unei puteri sau ale altei mrimi , fr a modifica modul de variaie a mrimii n timp i folosind energie unor surse de alimentare . Amplificatoare de msurare Extinderea gamei de msurare, n special spre valorile mici ale mrimilor msurate, nu se poate concepe fr folosirea unor amplificatoare cu performan deosebite; creterea acuratei presupune utilizarea unor circuite speciale care s mbunteasc raportul semnal -zgomot, ca de exemplu, filtrele sau detecia sincron. Folosirea pe scar tot mai larg a sistemelor complexe de msurare, conducerea proceselor industriale asistat de calculator, nu poate fi realizat fr utilizarea unor circuite electronice adecvate cu care s se asigure interfaa acestora n punctele de intrare si iesire, precum si prelucrarea optim a semnalelor.Avnd n vedere cele de mai sus, n continuare, vor fi prezentate principalele circuite electronice ce se folosesc n construcia aparatelor electronice de msurat. Nivelul semnalelor electrice obinute la iesirea traductoarelor si a circuitelor de msurare este de ordinul (10-2...10-12)W sau chiar mai mic, ceea ce face necesar amplificarea acestora pentru a putea fi folosite n procesul de msurare. Dispozitivul care realizeaz cresterea nivelului energetic al semnalului, fr a modifica forma sau structura acestuia se numeste amplificator. Principalul parametru al amplificatoarelor este amplificarea (sau cstigul), definit ca raportul dintre mrimea de iesire si mrimea de intrare. Deoarece mrimile de intrare/iesire pot fi tensiuni, cureni sau puteri rezult c se pot defini: amplificarea n tensiune, amplificarea n curent, amplificarea n putere. n practic se foloseste, de obicei, amplificarea n tensiune, care n continuare, va fi numit amplificare. Dac tensiunea de intrare este U1, iar tensiunea de iesire este U2, amplificarea va fi: A = sau A = 20 log [dB] Amplificarea este o caracteristic de transfer a amplificatorului. Considernd mrimile U1 si U2 complexe, rezult c si amplificarea este o mrimecomplex, ceea ce se traduce, din punct de vedere electric, prin existena unui defazaj ntretensiunea de iesire si tensiunea de intrare. Exprimarea amplificrii n decibeli este avantajoasla calculul amplificrii totale a unui set de amplificatoare legate n cascad, amplificarea totalfiind n acest caz, egal cu suma amplificrilor exprimate n dB. n funcie de natura fiecrei aplicaii, de caracterul semnalului, de forma si nivelul perturbaiilor, se alege tipul amplificatorului, condiiile impuse amplificatoarelor de msurare fiind, n general, mai severe dect cele impuse altor tipuri de amplificatoare.2.2 Caracteristici de baz ale amplificatoarelor O prim caracteristic, pe baza creia se stabileste corespondena ntre semnalul de intrare si semnalul de iesire din amplificator, este caracteristica de transfer static, care n cazul ideal este o dreapt ce trece prin origine . n realitate, aceast caracteristic nu este o dreapt, ci o curb, n cadrul creia se disting trei regiuni: - regiunea I-a, corespunztoare nivelului mic al semnalului de intrare, se caracterizeaz prin faptul c tensiunea de ieire depinde foarte puin de tensiunea de intrare, valoarea ei fiind dat n primul rnd de tensiunea de zgomot propriu a amplificatorului si tensiunea de deriv de zero (pentru amplificatoarele de curent continuu); - regiunea a II-a este o regiune util de lucru a amplificatorului, pentru care exist orelaie de proporionalitate ntre tensiunea de ieire i tensiunea aplicat la intrare. Abaterea dela caracteristica ideal liniar se apreciaz cu ajutorul erorii de neliniaritate, este definit ca fiindraportul dintre abaterea maxim a tensiunii de iesire DU max i valoarea maxim a acestei .

= * 100% Pentru amplificatoarele de msurare aceast eroare de neliniaritate este cuprins ntre0,01 si 1%; - n regiunea a III-a, caracteristic pentru semnale de nivel mare, apare o aplatizare a caracteristicii de transfer statice, ceea ce se manifest printr-o cretere uoar sau nul a tensiunii de ieire la creterea tensiunii de intrare. Aplatisarea caracteristicii apare ca urmare a limitrii semnalului de iesire din cauza caracteristicilor dispozitivelor electronice i/sau a tensiuniilor finite de alimentare si se manifest prin apariia distorsiunilor de neliniaritate ca urmare a limitrii semnalului de ieire. 2.3 Amplificatoare operaionale. Amplificatorul operaional este un amplificator diferenial de curent continuu , cu ctig mare n tensiune . Aceasta nseamn c un amplificator operaional ideal ar trebui s aib o amplificare n tensiune infinit, impedan de intrare infinit i impedan de ieire zero. La aceste caracteristici se adaug o band de frecvene infinit , tensiunea de intrare de decalaj zero , o insensivitate total fa de variaiile surselor de alimentare i a semnalelor de intrare de mod comun, revenire instantanee de saturaie. Amplificatorul operaional real difer de cel ideal. Erorile introduse de aceste abateri pot fi apreciate n funcie de o serie de parametri caracteristici care sunt precizai n continuare. 1) Curentul de polarizare (IB )este media arithmetic a celor doi cureni necesari a fi injectai n bazele tranzistoarelor etajului diferenial de intrare pentru obinerea unei tensiuni de ieire nule, deci:IB = 2) Curentul de intrare (I10 ) este diferena dintre cei doi cureni de intrare necesari pentru aducerea la zero a tensiunii de ieire deci :I10 = IB1-IB23) Tensiunea de intrare ( V10) reprezint tensiunea care trebuie aplicatpe una din intrri cnd cealalt intrare este conectat la mas astfel nct tensiunea de ieire s fie nul .4) Impedana de intrare (Z1 ) este definit ca raportul dintre variaia tensiunii de intrare i variaia curentului de intrare cnd cealalt intare este conectat la mas.5) Impedana de ieire ( Z0 ) este raportul dintre variaia tensiuni de ieire i variaia corespunztoare a curentului de ieire , pentru tensiunea de ieire apropiate de zero.6) Amplificare n bucl deschis (a) , reprezint raportul dintre variaia tensiunii de ieire i variaia tensiunii difereniale de intrare . 7) Viteza de variaie a semnalului de ieire (SR ) , reprezint viteza de variaie a tensiunii de ieire dintr-un amplificator operational pentru un semnal treapt de amplitudine mare aplicat la intrarea, deci ;SR = 8) Frecvena limit superioar ( f) este frecvena corespunztoare funcionrii n regim sinusoidal i semnal mic pentru care amplificarea n tensiune n bucl deschis se reduce la 3 dB fa de valoarea sa maxim .9) Viteza de variaia a semnalului de ieire SR reprezint viteza maxim de variaie a semnalului de ieire la aplicarea unui semnal treapt de nivel mare la intrare AO . SR = Valorii tipice : 0,1 1000 v/s Simbolul i principalii parametrii ce ne sunt necesari pentru a nelege funcionarea AO sunt prezentai n Figura 2.1.

Figura 2.1 Simbolul i parametrii AO Pentru un AO ideal avem urmtorii parametrii : I+ = I- = 0 ( cureni de intrare) U = 0 ( diferena de potenial dintre intrri ) A0 = ( amplitudinea n bucl deschis) Z0 = 0 ( impedana de ieire ) 2.3.1 Structura unui amplificator operaionaln esen orice amplificator operational conine trei etaje fundamentale : un etaj de intrare , un etaj de amplificare intermediar i un etaj de ieire . Etajul de intrare ndeplinete de obicei urmtoarele funcii de circuit :asigur o intrare diferenial , relativ insensibil la tensiunile de intrare de mod comun, o rezisten de intrare marei un curent de polarizare mic ; asigur o oarecare amplificare n tensiune realizarea acesteia amplificri este necesar deoarece zgomotul i tensiunea de decalaj introduse de al doilea etaj al amplificatorului operaional se divid prim amplificarea primului etaj atunci cnd se face raportarea la intrare ; permite trecerea de la intrare diferenial la ieire simpl. Etajul de amplificare imtermediar realizeaz de obicei o amplificare foarte mare n tensiune. Etajul de ieire asigur obinerea semnalului necesar n sarcin , n condiiile unei impedane de ieire ct mai mici .

Fig 2.2 Structura amplificatorului operaional n plus , pentru asigurarea compatibilitii nivelurilor de curent continuu simultan cu obinerea unor excursii mari ale tensiunii de ieire , este necesar ca structura amplificatorului operaional s permit deplasarea necesar a nivelului de curent continuu , n acest scop se folosesc fie etaje de deplasare , fie tranzistoare npn n cascad cu tranzistoare pnp . La acetea se adaug o serie de circuite auxiliare ca de exemplu , surse de curent necesare pentru asigurarea curenilor de repaus ai tranzistoarelor din calea sde semnal precum i circuite de protecie . 2.3.2 Efectul introducerii amplificatorului operaional ntr-o bucl de reacie negativ Un amplificator operaional are o amplificare n tensiune foarte mare, de ordinul sutelor de mii, numit i amplificare n bucl deschis, notat AV_AO. Deoarece amplificarea n tensiune a amplificatorului operaional este foarte mare, de ndat ce tensiunile aplicate pe cele dou intrri difer doar cu civa [mV], tensiunea de la ieirea acestuia se va stabili, n funcie de semnul tensiunii de intrare vID, la o valoare constant, numit tensiune de saturaie pozitiv VSAT+, respectiv tensiune de saturaie negativ VSAT-, aa cum este sugerat i n Figura 2.7, care reprezint caracteristica de transfer (sau caracteristica de funcionare) a amplificatorului operaional. n circuitele de amplificare, un element de circuit care se comport ca un amplificator operaional nu este util, deoarece distorsioneaz puternic forma de und a semnalului aplicat la intrare, prin intrarea n saturaie a amplificatorului operaional.

Figura 2.3. Caracteristica de transfer (de funcionare) a AO-ului.

De exemplu, pentru un circuit cu un amplificator operaional, dac tensiunea de intrare vID este sinusoidal i componenta medie egal cu 0[V], atunci, conform caracteristicii de transfer a amplificatorului operaional, dac vID > 0 => vO = VSAT+, iar dac vID < 0 => vO = VSAT-, deci ieirea basculeaz ntre 2 valori discrete i n consecin forma de und a acestui semnal este dreptunghiular. Semnalul de la ieirea amplificatorului operaional va rezulta nedistorsionat numai dac tensiunea de intrare diferenial va fi suficient de mic, astfel nct funcionarea amplificatorului operaional s fie plasat n aa numita regiunea de funcionare liniar (vezi Figura 1 pentru identificarea acestei regiuni: este regiunea n care caracteristica de transfer se afl ntre cele dou tensiuni de saturaie). Numai n regiunea liniar de funcionare a AO-ului, tensiunea de la ieirea sa este propdirect orional cu tensiunea de intrare diferenial: o = tg * ID Din caracteristica de transfer a AO-ului, se remarc faptul c, pentru ca un AO s lucreze n regiunea liniar, valoarea tensiunii vID trebuie s fie extrem de mic, de ordinul [mV]. n aplicaiile practice, este extrem de dificil ca informaia util s fie reprezentat prin intermediul unei tensiuni de variaie att de redus i n consecin, utilizarea unui AO n bucl deschis pentru amplificarea semnalelor nu este recomandat, ntruct distorsioneaz informaia prelucrat. Din acest motiv, este necesar extinderea domeniului de valori a tensiunii de intrare difereniale vID n care AO-ul s funcioneze liniar. Soluia pentru problema de mai sus const n introducerea AO-ului ntr-o bucl de reacie negativ. Prin acest procedeu, amplificarea AO-ului cu reacie negativ se reduce la valoarea notat AV (vezi Figura 2.8, n care amplificarea este egal cu tg), iar domeniul de valori ale tensiunii vID n care AO-ul funcioneaz liniar (nu intr n regiunile de saturaie) se extinde, ceea ce ofer posibilitatea ca, n cazul n care valoarea maxim a tensiunii vID nu depete un anumit prag, semnalele din circuit s nu se distorsioneze prin intrarea n saturaie a AO-ului.

Figura 2.4. Caracteristica de transfer a AO-ului care funcioneaz ntr-o bucl cu reacie negativ: extinderea domeniului lui vID n care AO-ul funcioneaz liniar.

Caracteristica de transfer are trei zone specific :- zon liniar ;- zon de saturaie pozitiv ;- zon de saturaie negativ. VSAT + - este tensiunea de saturaie pozitiv ; VSAT- - tensiunea de saturaie negativ. Panta caracteristic n zon liniar este reprezentat de amplificarea A0 n bucl deschis.a =

2.3.3 Efectelele abaterilor de la modelul ideal al amplificatorului operaional real Amplificatorele reale difer de cele ideale , efectul acestor abateri putnd fi apreciat cu ajutorul parametrilor definii n subcapitolul anterior . Tensiunea de intrare V10 i curenii de polarizare I+B i I-B determin o tensiune de ieire , continu V0 care se calculeaz cu relaia : V0 = I-B + (V10-R I+B )* ( 1+ ) Dac : R= Rf || Rr relaia anterioar se reduce la : V0 = V10 + Rf || Rr * I10 )* ( 1+ ) unde : I10 = I+B - I-B Ambele expresii arat c ponderea efectului cureniilor de polarizare n tensiunea de ieire V0 este cu tt mai mare cu ct rezistenele din circuit sunt mai mari . Ca urmare n cazul utilizrii unor rezistene mici , devine predominant efectul tensiunii de intrare de decalaj . Tensiunea de ieire de decalaj poate fi adus la zero utiliznd metode de conpensare adecvate . Valoarea finit a factorului de rejecie a modului comun CMRR explic existena unor tensiuni de ieire diferite de zero pentru tensiuni de intrare comune, aplicate deci pe ambele intrri . Dac tensiunea de ieire V0 . este meninut constant : CMRR [ dB] = 20 lg | V0 = const .

Fig 2.5 Amplificator Pe baza relaiei anterioare se poate da o nou definiie a factorului de rejecie a modului comun ca fiind raportul dintre tensiunea de intrare de mod comun i tensiunea de intrare de decalaj care trebuie aplicat la intrarea pentru a menine constat tensiunea de ieire . Conform acestei definiii tensiunea de intrare de decalaj echivalent de valoare ic / CMRR dup cum se arat n figura 2.5. Valoarea finit a factorului de rejecie a surselor de alimentare determin de asemenea o variaie a tensiunii de ieire care , suprapunndu-se peste tensiunea util de ieire , introduce o eroare n procesul de amplificare.

Figura 2.6 Valorile finite ale impedanelor de intrare Z i , impedane de ieire Z0i i amplificrii (j) , care caracterizeaz un amplificator operaional , afecteaz de asemenea performantele circuitelor , realizate cu amplificatoare operaionale . Relaiile de calcul ale acestor parametri 9 admind ( R = ) pentru configuraia inversoare ( 2.5 ) i neinversoare (2.6 ) sunt prezentate n tabele n care sunt minimi zarea efectului curenilor de polarizare . Rr = Zr ( = 0 ) || Zf ( = 0 ) + Zoi ( = 0)

2.4 Amplificator cu tranzistor Amplificatoare cu tranzistoare bipolare au la baz cele trei scheme elementare din figura 2.7 n care tranzistorul funcioneaz n conexiune EC ( figura a), n conexiune BC (b) i n conexiune CC (c). n practic amplificatoarele elementare sunt completate cu elemente de polarizare i cuplaj .

Figura 2.7 a)Amplificator n conexiune Ec .

Figura 2.7 b) Amplificator n conexiune Bc .

Figura 2.7 c) Amplificator n conexiune CC . 2.4.1 Amplificator elementar n conexiune emitor comun Pentru amplificatorul n conexiune EC schema echivalent de semnal mic este dat n figura 2.8 unde s-a utilizat pentru transistor schema amplificat natural .

Fig 2.8 Schema echivalent a semnalului mic a amplicatorului n conexiune EC Parametri principali sunt :Ri = = r Au = = - gm Rc =- 2.4.1.1Influena reelei de polarizare Performanele acestor variante elementare pot fi serios modificate de reeaua de polarizare a tranzistorului . Aceasta este compus n cazul general dintr-una sau dou rezistene de polarizare a bazei i din rezistene de emitor pentru stabilizare termic . Cel mai simplu mod de a polariza baza unui transistor bipolar npn este conectarea ei printr-o rezisten la borna pozitiv a sursei de alimentare . Cel mai simplu mod de a polariza baza unui transistor bipolar npn , indiferent de conexiune , este conectarea ei printr-o rezisten la borna pozitiv a sursei de alimenatre fig 2.9 a , schema echivalent n acest caz este ceea din figura 2.9 b .

a)

b)Figura 2.9 Amplificator n conexiune EC cu o rezisten de polarizare a bazei Amplificacrea de tensiune nu este modificat . Se modific rezistena de intrare cre devine egal cu combinaia paralel a rezistenei de intrare a tranzistorului cu rezistena de polarizare a bazei , fapt ce este evident i din examinarea direct a schemei echivalente . Modificrile sunt n realitate mici, pentru c obinuit: RB >> r i atunci rezistena de intrare, combinaia RB || r are o valoare ceva mai mic dar apropiata de r i similar amplificarea de curent are o valoare ceva mai mic dar apropiat de . Dac ns condiia nu este ndeplinit atunci modificrile rezistenei de intrare i a amplificrii de curent sunt mai importante.

2.4.1.2 Influena rezistenei de emitor Schema cu rezisten de emitor i schema echivalent sunt prezentate n figura 2.10 . parametrii sunt in acest caz:Ri = = r + ( 1+ gm r ) RE r + gm r RE = r + RE Se observ c RE mreste mult rezistena de intrare a amplificatorului, efectul fiind proporional cu factorul de amplificare n curent, .

Figura 2.10 Amplificator cu rezisten de emitor (a) i schema echivalent (b).Au = = - = - Rezistena RE micoreaz amplificarea de tensiune, termenul de la numitor fiind chiar rezistena de intrare, mrit. O situaie speciala este n cazul des ntlnit cnd rezistena RE este de o valoare comparabil cu rezistena de intrare a tranzistorului r i este ndeplinit condiia: RE >> r i se poate neglija r astfel c amplificarea de tensiune devine : Au = Ea este o constant, fiind un raport de rezistene. Acesta este un rezultat important, fiindc amplificarea este predictibil i nu mai depinde de parametrii tranzistorului, i r . n figura 2.11 se prezint schema amplificatorului cu tranzistor bipolar n montaj emitor comun (echipat cu T1). Este reperezentat i etajul urmtor de amplificare (echipat cu T2) pentru a se putea lua n calcul impedana acestuia.

Figura 2.11 Amplificator de joas frecven cu tranzistor bipolar n montaj emitor comun i cuplaj RC

Polarizarea bazei este asigurat de divizorul rezistiv R1,R2 i de grupul RE ,CE n varianta de stabilizare termic a punctului static de funcionare ales.Sarcina tranzistorului T1 este format din rezistena de colector RC ,impedana de intrare a etajului urmtor (echipat cu T2) i rezistenele R3 ,R4 . 2.5 Punctul static de funcionare, dreapta de sarcin i regimul variabil Pentru a utiliza proprietatea de amplificator de curent a tranzistorului acesta trebuie s fie n zona activ i este caracterizat n spaiul de ieire prin dou mrimi continue i anume curentul de colector IC i tensiunea colector emitor UCE. Aceste dou mrimi definesc un punct M n planul caracteristicilor de ieire ale tranzistorului, punct denumit punct static de funcionare (PSF) (figura 2.12 ). Un circuit de polarizare bun aduce tranzistorul ntr-un punct de funcionare dorit i n plus asigur stabilitatea acestuia atunci cnd anumii factori interni sau externi se modific (cei mai influenti fiind temperatura, factorul de amplificare n curent si tensiunea de alimentare) Influenta tensiunii de alimentare eliminata prin utilizarea surselor stabilizate. Mai dificil este cu ceilali doi factori. Temperatura unui tranzistor se modific att din cauza variaiilor din mediul exterior ct i din cauza pierderilor Joule din tranzistor. Ea poate fi stabilizat dar cu cheltuieli mari. Factorul de amplificare n curent are din fabricaie o dispersie mare, o variaie intre 100 i 500 fiind uzual.

Figura 2.12 Punctul static de functionare al tranzistorului

Dac regimul este variabil atunci ecuaia principal care leaga mrimile de ieire este: EA = RCiC + uCEadic ecuaia unei drepte n planul mrimilor de ieire, iC, uCE (figura 2.13), numit dreapt de sarcin. Panta acestei drepte (tg) este proporionala cu RC. Dac variaz curentul de comand, iB, mrimile de ieire se modific proporional (atta vreme ct tranzistorul rmne n zona activ) i verifica ecuaia: Au =

Dac presupunem regimul variabil de frecvena joas el poate fi privit ca o succesiune de regimuri statice i putem considera c M (PSF) se mic pe dreapta de sarcin. Dar punctul M nu se poate deplasa dect ntre limitele zonei active, adic ntre punctele notate cu M1 (saturaie) i M2 (blocare).

Figura 2.13 Regimul variabil pentru amplificatorul elementar n conexiune EC .

Un curent de comand sinusoidal (iB) produce un curent de ieire (iC) sinusoidal care la rndul lui produce o variaie sinusoidal a tensiunii uCE ca n figura 2.13. Curentul iB variaz ntre valorile maxim IBM= IB3 i minim IBM= IB1 n jurul valorii corespunztoare regimului de c.c., IB2 (punctul M de funcionare) iar variatiile iC i uCE sunt figurate la rndul lor. Punctul M se deplaseaz pe segmentul MM Mm. Se poate observa i inversarea de faz a variaiei curentului i a tensiunii de ieire (la cresterea curentului corespunde o scdere a tensiunii).

a) b) Fig. 2.14. Regim variabil simetric la limita (a) i distorsionat (b).2.6 Poziia punctului static de funcionare i distorsiunile La o anume valoare a curentului de comand tensiunea de iesire atinge o valoare maxim nedistorsionat (figura 2.14 a) n timp ce un curent de comand mai mare, (figura 2.14 b) provoac o limitare a amplitudinii i deci distorsiuni (care n acest caz sunt simetrice). Situaia din figura 2.14 presupune c n regim de curent continuu punctul M este la mijlocul caracteristicilor, adic tensiunile pe rezistena de colector i pe tranzistor sunt aproximativ egale (i egale cu jumatate din tensiunea de alimentare). Dac M este situat excentric, ca n figura 9, atunci distorsiunile apar la amplitudini mai mici ale tensiunii de ieire, sunt nesimetrice i amplitudinea maxim far distorsiuni este mai mic.

Fig. 2.15. Regimul variabil nesimetric Dac punctul M este mai aproape de zona de blocare (punctul M2) atunci se produce o limitare a prii superioare a tensiunii de ieire iar dac punctul M este mai aproape de zona de saturaie (punctul M1) atunci se produce o limitare a prii inferioare a tensiunii de ieire.2.7 Evacuarea cldurii disipate de ctre tranzistorDatorit puterii disipate, structura tranzistorului de putere se nclzete. Tranzistoarele cu siliciu pot funciona la o temperatur maxim j de 200oC dac sunt n capsul metalic i de 150oC dac au capsul de plastic. Funcionarea ndelungat la temperatur apropiat de cea maxim le scurteaz, ns, viaa; astfel, prin proiectare trebuie s li se asigure o temperatur ce nu depete 125-150 oC. Transferul termic ntre dou corpuri ntre care exist o diferen de temperatur este caracterizat de rezistena termic a mediului ce asigur contactul termic ntre corpuri, definit prin : Rth = unde : P este puterea transmis (cantitatea de cdur schimbat ntr-o secund). Rezistena termic se msoar n oC W. Pentru a putea transmite cldura ntre dou corpuri n condiiile unei diferene mici de temperatur, rezistena termic trebuie s fie ct mai mic. Din acest motiv, rezistena termic Rth jc ntre jonciunea tranzistorului i capsula sa se face ct mai mic, terminalul colectorului fiind, de regul, legat i electric la capsula tranzistorului. Pentru tipul de capsul TO 3, la care cataloagele dau o putere disipat maxim de peste 100 W, rezistena termic ntre jonciune i capsul este de 1.5 oC/W. Aceasta nseamn c la o disipaie de 100 W, jonciunea tranzistorului va fi cu150o C mai fierbinte dect capsula.Amplificatorul operaional poate fi utilizat n regim de amplificator n urma din urmtoarele : Amplificator invertor ; Amplificator neinvertor ; Sumator inversor; Sumator neinversor ; Circuit diferenial ; Amplificator instrumental.

CAPITOLUL3Problematica adaptrii de impedan 3.1 Generaliti n conectarea unui traductor la partea de msurar apare problema adaptrii de impedan ce duce la proasta funcionare a ntregului sistem . Pentru a evidenia probleme ce apar considerm urmtoarele scheme echivalente pentru traductor i pentru circuitul de msur . -pentru traductor considerm schema echivalent rezultat din conectarea unui generator ideal de tensiune U0 n serie cu rezistena sa de ieire Z0 ca n figura 3.1.

Figura 3.1 Schema echivalent a traductorului -pentru circuitul de msurare considerm doar impedana sa de intrare Zi ca n figura de 1.2 .

Figura 3.2 Schema echivalent a circuitului de msur. n aceste condiii dac msurm n gol tensiunea la bornele traductorului , datorit faptului c prin Z 0 nu avem current (I=0) i deci nu avem cdere de tensiune pe Z 0 rezult c tensiunea de ieire .U = U0 - I * Z0 = U0 - 0 = U0 (1.1 ) Conectnd traductorul la circuitul de msur rezult urmtoarea schema echivalent a circuitului (figura 3.3 ) .

Figura 3.3 Schema echivalent traductor circuit de msur n aceste condiii tensiunea U de la ieirea generatorului i implicit de la intrarea circuitului de msur se calculez astfel :U= Z*I = *Zi = U 0 * Ideal este ca tensiunea n gol de la ieirea traductorului s se menin neschimbat n cazul conectrii traductorului la circuitul de msur ceea ce implic egalitatea : U0 =U0* sau = 1 Aceast relaie este valabil n dou situai : 1- Z0 = 0, adic rezistena de ieire a traductorului este zero ; Zi = , adic impedana de intrare a circuitului de msur este infinit. Din pcate n practic nu este posibil realizarea nici unei condiii astfel c pentru obinerea unor erorii ct mai mici trebuie ca Z0 iar s fie ct mai mic posibil iar Zi s fie ct mai mare . n condiiile n care aceste deziterate nu pot fi ndeplinite se impune folosirea unor circuite de adaptare de impedan realizate n special cu amplificatoare operaionale sau amplificatare de instrumentaie . Amplificatoarele operaionale funcioneaz n marea majoritate a cazurilor cu alimentare diferenial , adic alimentarea att pozitiv ct i negativ fa de un punct de mas . Obinerea unei surse difereniale de alimentare utiliznd dou surse diferite de alimentare este prezentat n figura 3.4.

Figura 3.4 Alimentarea diferenial

3.2 Amplificatot inversor

n acest caz semnalul de intare este aplicat pe intrarea inversoare (-) a AO avnd schema tipic de funcionare prezentat n figura 3.5. Pentru calculul amplificrii i a tensiunii de ieire a AO plecm de la faptul c potenialul intrrii neinversoare este0 . Cum pentru un amplificator operaional ideal U = 0 rezult c i potenialul intrrii este tot 0 .

Figura 3.5 Amplificator invertor.Curentul I1 este dat de relaia :I1 = Unde : UA este potenialul intrrii neinvertoare i dup cum am vzut este egal cu zero , rezult valoare curentului I1 :I1 = n nodul A avem urmtoare relaie nre curenii :I1= IA +I2 Cum pentru un amplificator operaional ideal IA = 0, rezult :I1=I2 n aceste condiii cderea de tensiune pe rezistena R2 va fi :U2 = I2 * R2 = I1 * U2 Pornind de la punctul A de potenial 0 pe traseul R2 , U0 pn la mas adic la potenialul 0 putem scrie urmtoarea relaiei ntre tensiuni : UA = U1 + U2 = U2+ U0 = 0 De unde rezult valoarea tensiuni de ieire : U0 = - U1 * Acest expresie indic faptul c tensiunea de ieire este egal cu tensiunea de intrare cu semn schimbat nmulit cu factorul de amplicare . Ca principal avantaj al acestei configuraii se remarc faptul c prin alegerea rezistenei R2 variabil se poate obine un semnal de ieire cu valori cuprinse ntre 0 .( R2 = 0 ) i U0 MAX ( R2 = max ) . Ca principale dezavantaje ale acestei structuri amintim faptul c semnalul de ieire este defazat cu 180 0 fa de semnalul de intrare adic : UA = U1 , precum i faptul c impedana de intrare a ntregului circuit definit ca i tensiunea de intrare ( U1) supra curentul absorbit de circuit din exterior (I1) este egal cu R1 . n acest caz dac dorim impedan mare de intrare rezistena R1 de valori mari ( M sau zeci de ). Dac de asemenea dorim i amplificare mare de ordinul zecilor sau sutelor , rezult o valoare a rezistenei R2 de valori foarte mari ( R2= A*R1 ) . Cum rezistenele de valori mari introduc perturbaii sub forma zgomotului termic , zgomotul ce este cu att mai mare cu ct rezistena este mai mare rezult semnale perturbatoare de valori ridicate ceea ce scade precizia circuitului de msur. O schem ntlnit des n practic de amplificator invertor este cea n care intrarea pozitiv este conectat la mas prin intermediul unei rezistene ( figura 1.7) avnd rol de reducere a erorilor datorit curenilor de polarizare care n realitate sunt foarte mici , dar nu zero.

Figura 3.6 Compensarea erori la amplificatorul invertor Pentru acest circuit avem urmtoarele relaii: Ua = - Ir * RrUA = UaI1 = I2 +IrU0 = UA I2*R2 Eliminnd I1 i I2 din aceste relaii rezult : U0= UA I2*R2 = Ir *Rr - (I1* I2 ) * R2 U0 = Ir * [Rr *(1+ ) R2 ] U1 * Pentru ca eroarea datorat curentului de polarizare a intrrilor s fie nul trebuie s aib loc egalitatea :Rr *(1+ ) R2 = 0Sau = 0 La AO inversor amplificarea poate fi pozitiv sau negativ , mai mare sau mai mic dect unitatea . Trebuie de observat c la AO inversor intrare a neinversoare conectat a mas conduce la micorarea impedani de intrare pn la valoarea R1 , U1 reprezint o masa virtual pentru c U1 este conectat direct la mas.

Tabelul 3.1 Relaii de calcul pentru configuraia inversoareRelaii de calcul

Amplificare n tensiune

A(j) = =

Impedana de intrare

Zin = = Zr +

Impedana de ieire

Z0 =

3.3 Amplificatoare neinversor Un semnal pozitiv aplicat la intrare produce o tensiune de ieire pozitiv . Exist o rezisten de reacie R2 conectat ntre iesire i intrare a inversoare care asigur o reacie negativ cu efect de reducere a amplificrii . n acest caz semnalul de intrare neinvertoare a AO avnd schema tipic de funcionare prezentat n figura 3.7.

Figura 3.7 AO n regim neinversor

Pentru calculul tensiuni de ieire a AO plecm de la faptul c potenialul intrrii inversoare este acelai cu cel al intrrii neinversoare este acelai cu cel al intrrii neinversoare i anume U0 . Putem scrie astfel urmtoarele relaii valabile pentru acest circuit innd cont i de faptul c cel puin teoretic I1= 0 . UA = U1 = I1*R1U0= R2*I2+U1 = R2 * + U1 = U1 * ( 1+ )U0 = U1 * ( 1+ ) Aceast expresie indic faptul c tensiunea de ieire are acelai semn ca i tensiunea de intrare dar este de ( 1+ ) ori mai mare . Ca principal avantaj al aceste scheme este faptul c impedana de intrare teoretic este foarte mare ( ) iar practic este dat doar de impedana de intrare a AO . . Ca principal dezavantaj al acestei scheme menionm faptul c amplificarea circuitului este totdeauna supraunitar deci nu putem face atenuri cu acest circuit . Avnd amplificarea dat de expresia ( 1+ ) e observat c aceasta are valoarea 1 n dou cazuri : cnd : R1 = 0 i R2 = rezultnd schema din figura 1.9 avnd amplificare unitar (AO repetor ).

Figura 3.8 AO n regim repetor n acest caz tensiunea de intrare este aceeiai cu cea de ieire numai c acest circuit are impedana foarte mare de intrare i foarte mic de ieire ceea ce l recomand pentru a putea fi folosit n cazurile n care este necesar adaptarea de impedan ntre diferite module .

Tabelul 3.2 Relaii de calcul pentru configuraia neinversoare Relaii de calcul

Amplificarea n tensiune

A(j) = =

Impedana de intrare

Zin = Zin = = Zi+Rr +Zr

Impedana de ieire

Z0 =

Concluzia este c AO n montaj neinversor are ntotdeanuna amplificare mai mare ca 1 pentru valori nenule ale rezistoarelor R1 i R2 .

3.4 Amplificator inversor sumator Un astfel de amplificator are schema prezentat n figura 3.9 .

Figura 3.9 Amplificator sumator inversor Pentru calculul tensiunii de ieire UO i a amplificri circuitului se aplic teorema superpoziiei . Pentru aceasta se scurtcircuiteaz la mas U2 i se vede efectul tensiuni de intrare U1 . Apoi se scrurtcircuiteaz U1 i se vede efectul tensiuni de intrare U2 . Tensiunea de ieire va fi suma efectelor celor dou tensiuni de intrare . S considerm U2 conectat la mas . Cum potenialul intrri negative UA este egal cu cel al intrrii neinversoare i a potenialul mesei rezult c prin rezisten R1 prin care nu circul nici un curent . n aceste condiii : U01 = - U1 * n mod asementor rezult :U02 = - U2 *

Rezult astfel c tensiunea de ieire va fi dat de relaia :U0 = U01 + U02 = - (U1 * + U2 * ) Din aceast relaie se observ c tensiunea de ieire depinde att de tensiunea U1 ct i de tensiunea U2 . De asemenea se observ c diferena uneia din aceast tensiune asupra ieiri i , se poate regla independent de cealalt tensiune rezistenei corespunztoare R1 . Pe lng aceste avantaje schema reprezint i urmtoarele dezavantaje : n care se dorete reglarea amplificrii independent pentru fiecare canal n parte se obin o funcie de transfer neliniar ; Impedana de intrare este mic i independent de fiecare canal n parte fiind dat de R1 .

3.5 Amplificator sumar neinvertor Un astfel de amplificator are schema prezentat n figura 3.10 .

Figura 3.10 Amplificator sumator invertor Pentru calculul tensiunii de ieire U0 i a amplificrii circuitului se poate aplica teorema superpoziia sau se poate calcula tensiunea UA i se aplic formula amplificrii de la amplificator neinversor .U0 =UA * ( 1+ ) innd cont de faptul c intrarea neinvertoare are curent de polarizare nul , rezult c prin R1i R2 va circula acelai curent iar tensiune UA o vom calcula din urmtoarea schem echivalent (figura 3..11).

Figura 3.11 Schema echivalent pentru calculul UA UA = U2 + I*R2 = U2 + * R2UA = ( U2 * + U1 * ) innd cont de relaiile rezult valoarea tensiunii de ieire U0 :U0 = ( U1 * + U2 * ) * ( 1+ ) Se observ c este imposibil de reglat independent influena uneia din semnale de intrare fr a modifica influena celuilalt semnal asupra tensiuni de intrare . De asemenea se poate observa c dac una din sursele de semnal de intrare se comport ca generator ( cea cu valoarea cea mai mare ) cealalt surs de semnal se comport ca i consumator ( cea cu valoarea cea mai mic ) . Acest fapt poate duce la funcionarea defectoas a senzorului cu tensiunea de ieire mai mic . n cazul n care se inverseaz valorile celor dou surse se inverseaz i rolul acestora . Totodat impedana de intrare pe unul din canale este dat de raportul dintre tensiunea aplicat i curentul absorbit . De exemplu pentru sursa U1 vom avea impedana de intrare :Z1 = = ( R1+R2) Din acest relaie se observ c impedana de intrare pentru canalul I depinde att de rezistena R1 i R2 i de valoare tensiunii de pe cel de-al doilea canal. De aici rezult c impedana de intrare pentru unul din canal depinde de ceea se ntmpl pe cellalt canal .

3.6 Amplificator diferenial

Figura 3.12 Amplificator diferenial. La amplificatorul diferenial rejecia semnalului de mod comun (CMRR) se nrutete fa de amplificatorul fr reacie, depinznd de mperecherea rezistoarelor R1 = R3 i R2 = R4. Uneori, pentru realizarea relaiei R1/R2 = R3/R4 unul din rezistoare este reglabil. u0 = - ( u1-u2 ) = Pe lng valori mari ale rezistenelor de intrare, obinute n montaj neinversor, circuitul asigur o bun rejecie a semnalului de mod comun datorit amplificrii n aceeai msur, dar cu semn opus, a acestuia. Amplificatoarele inversoare i neinversoare se utilizeaz pentru amplificarea tensiunilor surselor cu o born legat la mas, iar cele difereniale pentru amplificarea tensiunilor flotante sau pentru realizarea diferenei, respectiv a diferenei ponderate a dou tensiuni cu o born la mas.Msurrile de precizie care necesit amplificarea unor semnale de nivel foarte redus, n prezena unor tensiuni de mod comun mari furnizate de punile de msur, termocupluri, unturi sau alte traductoare (ex. cele din echipamentele medicale) montate la distan de punctul de prelucrare a datelor, impun utilizarea amplificatoarelor de instrumentaie. Mediile n care lucreaz traductoarele respective sunt caracterizate frecvent printr-un raport semnal/zgomot mic, temperaturi fluctuante, etc.

3.7 Amplificatoarele de instrumentaie (AI) Amplificator de instrumentaie sunt amplificatoare difereniale cu amplificarea A finit, foarte precis reglabil i cu impedana de intrare, respectiv CMRR de valori foarte mari. Configuraia lor este diferit, ele putnd fi realizate cu componente discrete i amplificatoare operaionale sau integrate n tehnologie monolitic ori hibrid. Parametrii lor garanteaz performane deosebite ntr-o gam mare de variaie a amplificrii (A = 11000; 10000).

Fig 3.13 Schema amplificatorului de instrumentaie

Amplificatoarele operaionale AO1 i AO2 n regim neinversor formeaz un preamplificator cu intrare diferenial, cu inlpedan de intrare mare i cu un ctig de tensiune (1+2R2/R1), ajustabil prin R1. Urmeaz amplificatorul diferenial realizat cu AO3, care asigur ctigul de tensiune (-R4/R3).n figura 3.13 se prezint schema echivalent de principiu a variantei integrate a acestui amplificator. Rezistorul R1 montat n exterior asigur reglajul amplificrii, n gama 110000, aceasta fiind dat de :

Se precizeaz c circuitul se utilizeaz, n general, n aplicaii cu ctigul de tensiune fix.Se realizeaz i amplificatoare de instrumentaie (ex. AD-524) n care Rj este integrat pe cip, cu 4 valori distincte, care corespund unor amplificri de 1, 10, 100 i 1000 (pini diferii). n multe situaii se prevd i dou ieiri pentru a conecta o rezisten R1 exterioar, pentru alte valori ale amplificrii. Alegerea amplificrii dorite se realizeaz cu ajutorul unor comutoare electrice sau relee "reed" comandate. Pentru a ilustra performanele ridicate ale amplificatoarelor de instrumentaie, se dau caracteristicile unui astfel de amplificator, fabricat, sub form integrat, de firma Analog Devices (AD-522).

Capitolul4 .Adaptarea de impedane pe retele BNC si CATV

4.1 Elemente de conectic Elementele de conectic sunt dispozitive ce se monteaz pe capetele cablurilor de transmisie (aceste elemente de conectic se numescmufe) i/sau pe intrrile diferitelor echipamente electronice sau de telecomunicaii (denumite imufe adaptoare)n scopul propagrii semnalelor de telecomunicaii. Elementele de conectic (mufele) se construiesc n gama specializat pentru familiile de aplicaii.Mufele permit trecerea semnalului de la un cablu de telecomunicaii la un echipament (sau invers) fr a fi necesar utilizarea unor elemente de conectic suplimentare. Mufele i adaptoarele pot fi de tip tata - care de regul prezint pin de semnal (uneori acest pin este format chiar din firul central al unui cablu -, respectiv mama - care nu prezint pin de semnal. Mufele tatasunt elemente de conectic care se monteaza pe capatul unui cablu de telecomunicaie i servete la aplicarea semnalului vehiculat pe acel cablu spre un echipament (receptor, distribuitor de semnal). n sistemele coaxiale din televiziune se folosesc mufe tata specifice, dup cum sunt prezentate mai jos. Mufe TV- prin care se aplica semnal la un receptor de televiziune sau alt echipament din aceeai familie (videorecorder, DVD player, amplificator de antena, etc.). Mufele TV se fabrica n diferite variante: metalice cu cot, drepte, rotunjite, etc.. Mufele TV mai des ntlnite n practic sunt prezentate n fig.4.1.

Figura 1.4 Mufele TVMufele TV sunt constituite din pin central - care constituie suportul de semnal care se transmite i masa, care constituie un nveli metalic sau o plac metalic. Pinul central se conecteaz ntotdeauna la firul central al cablului coaxial. Masa mufei TV se conecteaz la tresa cablului coaxial. Cele mai avantajoase mufe TV n utilizarea practic sunt cele la care masa se realizeaz sub forma de tub nchis, realiznd o ecranare mai bun fa de cele la care masa se realizeaz sub forma de plac de semnal.Mufe F- mufe care se monteaz pe cabluri coaxiale, prin intermediul crora, de regul,se aplic semnalul la amplificatoare de semnal i distribuitoarele de semnal din reelele de televiziune prin cablu (CATV). Mufele F pot fi cu filet, sau cu sertizare. Mufele cu filet (fig.4.2) sunt cele mai simple tipuri de mufe utilizate la cablurile coaxiale din reelele CATV. Mufele F cu filet se utizeaz exclusiv la tipurile de cabluri coaxiale de interior (cele mai uzuale tipuri de cablu de interior sunt RG6, RG6U, RG59).

Figura 4.2 Mufe cu filetMufele F tata cu filet nu prezint pin de semnal. Pinul de semnal este constituit chiar de firul central al cablului coaxial, care se pregatete astfel nct s depeasc gulerul mufei cu 12 mm. Ele prezint dou tipuri de filet interior: unul pe gulerul mufei, cu pas mic, care servete la infiletarea mufei pe echipamentul la care se conecteaz, respectiv un filet pe corpul mufei, prin care acesta se fixeaza pe cablul coaxial. Bineneles pentru fixarea corect a mufei F tata pe cablul coaxial trebuie s existe o corelaie strns ntre diametrul exterior al cablului coaxial (msurat pe mantaua exterioar) i diametrul interior al corpului mufei F cu filet.Mufele F cu filet se monteaz pe un cablu coaxial pregtit n prealabil ca in fig.4.3.

Tresa cablului se trece peste mantaua exterioar pe o lungime care s nu depeasc corpul mufei F, dup nfiletarea acesteia pe cablu. Dielectricul, care constituie materialul izolant dintre tresa cablului coaxial i firul central de semnal se las pe o poriune de cca 1,52 mm n continuarea zonei n care tresa este petrecut peste manta. Astfel se asigur ca la trecerea ntre corpul i gulerul mufei F s nu se realizeze scurtcircuite ntre firul central i masa mufei.A doua categorie des ntlnite de mufe F sunt cele cu sertizare. Exista date de catalog n care aceste mufe se dau sub indicativul RG, urmat de un numr, care exprim tipul cablului pentru care sunt destinate. Astfel mufa cu sertizare RG6 (fig.4.4) se folosete la cablu coaxial de interior RG6, mufa de sertizare RG11 (fig.4.5) se folosete la cablu xoaxial de exterior RG11 (F1160). Figura4.4 Mufa cu sertizare Figura 4.5 Mufa de sertizare RG6 RG11Mufele F cu sertizare se monteaz pe cablu prin intermediul unui clete de sertizare. Pregtire capatului cablului coaxial n vederea montrii mufei F cu sertizare se execut similar ca la mufa F cu filet, deosebirea constnd n faptul c tresa nu este necesar a fi trecut peste mantaua cablului.Mufa F cu sertizare pentru cablul de interior RG6 nu prezint pin de semnal, pe cnd mufa F cu sertizare pentru cablu coaxial de exterioar RG11 prezint ntotdeauna pin de semnal. Acest pin de semnal este necesar deoarece firul central al mufei F cu sertizare pentru cablu RG11 este prea gros pentru a fi introdus direct in mufele F mama din echipamente, distrugndu-le. Se observ i din fig. 4.5 ca muf de sertizare pentru cablul RG11 are corpul mai gros (diametrul cablului RG11 fiind de 11,5mm), pe cnd gulerul are aceleai dimensiuni cu al mufei RG6 cu sertizare.Mufe BNC- se utilizeaza in telecomunicaii pentru vehicularea semnalelor audio - video, fiind folosite rar la transmiterea semnalelor de nalt frecven. Mufele BNC au avantajul ca prezint un ghidaj, care prin micare de translaie i rsucire se fixeaza strns pe o muf BNC mama montata pe un echipament. Mufele BNC tata sunt de regul cu sertizare, mai rar utilizndu-se mufe BNC care se aplic prin lipire pe un cablu coaxial.n fig.4.6 este prezentat o muf BNC tata.

Mufe RCA- se utilizeaz aproximativ n aceleai aplicaii n care se utilizeaz mufele BNC. Mufele RCA se monteaz de regul prin lipire pe cablurile de semnal. Mufele RCA se aseamn cu mufele TV tata metalice, prezentnd un pin central mai gros. Mufele mamase monteaz pe panoul de interfa al modulatoarelor, DVD playere, videorecordere i videoplayere, echipamente de recepie prin satelit, aparatelor de msur, mixere audio - video, altor echipamente de telecomunicaii.Mufele mama sunt reversul mufelor de tip tata. De regul mufele mama. din punct de vedere constructiv prezint un contact de tip tulip (cu lamele) sau tubular interior, care constituie suportul de transmitere al semnalului i o plac de metal, care de multe ori se continu cu un tub metalic (ce poate prezenta un filet exterior sau sistem de ghidaje) ce ecraneaz contactul central. Acest ansamblu metalic exterior formeaz corpul i totodat masa mufei. Conectarea n circuit a mufei mama se realizeaza n majoritatea cazurilor prin lipire, att pentru traseul de semnal, care prezint o lamel special n acest sens, ct i pentru masa mufei. Exist situaii n care mufele mama se monteaz solidar direct pe un modul al echipamentului electronic, masa mufei fiind cositorit la ecranul sau masa modulului - caz ntlnit la selectoarele de canale ale televizoarelor.

Fig.4.7. Mufe mama: a) - TV; b) - F; c) - BNC

Mufele adaptoarese folosesc pentru a realiza trecerea de la o muf mama la o muf tata de tipuri diferite. Aceste mufe adaptoare s-au rspndit n practic mai ales la sistemele de trransmise de semnal pe cabluri coaxiale. Astfel, pe capatul cablului coaxial se monteaz aproape ntotdeauna o muf F tata cu filet sau cu sertizare. Mufele mama de interfa ale echipamentelor la care se conecteaz cablurile coaxiale pot fi diferite. Mufele adaptoare rezolv o astfel de interconectare.Denumirea mufelor adaptoare se compune din dou particule prin care se ecprim tipul de adaptare pe care o realizeaz. De exemplu o muf adaptoare (un adaptor) F mama - BNC tata realizeaz interconectarea unui cablu coaxial pe care s-a montat mufa F tata la un echipament care are montat pe panoul de interfa o muf BNC mama.Exista o mare diversitate de mufe adaptoare, unele exemple fiind prezentate in fig.4.8.

Desigur, pe lng aceste tipuri de elemente de conectic exist multe altele, utilizate n aplicaii specifice dintr-un domeniu. Chiar i pentru cablurile coaxiale, domeniu pe care s-a axat descrierea mufelor de mai sus, mai exist diferite tipuri de mufe, cum sunt de exemplu mufele cu pin pentru cablurile coaxiale de subteran din familia QR.Indiferent de categoria din care face parte o muf, montarea acestora pe cabluri sau pe echipamente, mai ales pentru cele destinate s lucreze in medii grele (exterior, subteran, umezeal, medii mrine, etc.) se face cu atenie maxim, respectndu-se cu strictete tehnologia specific de montare. Dei pare o componenta minor, o muf cu carene n montare va fi o surs sigur de defecte, cu manifestri din cele mai diverse i neateptate, pentru ndeprtarea creia se pot pierde resurse importante. Intr-o reea ampla de telecomunicaii, o muf prost montat ntr-un punct oarecare din reea poate s perturbe funcionarea ntregii reele.4.2Distribuitoare de semnalDistribuitoarele de semnal sunt componente ale unei reele de telecomunicaii ce au rolul de a repartiza semnalul primit la intrare nspre dou sau mai multe ieiri. Repartizarea semnalului se poate face din punct de vedere energetic n mod egal (n acest caz distribuitorul se mai numetesplitter) sau n mod inegal. Distribuitoarele de semnal se realizeaz din punct de vedere electronic pe principiul cuadripolilor simetrici. Astfel acelai distribuitor poate fi folosit att la impartirea semnalului de la o intrare spre mai multe ieiri, ct i la nsumarea semnalelor provenite de pe mai multe cai i direcionarea acestora spre o singur cale de ieire. Exist aplicaii n care acelai distribuitor ndeplinete ambele funcii (de distribuie i de nsumare) simultan.Distribuitoarele de semnal se construiesc din punct de vedere fizic sub forma unei carcase metalice, care constituie i masa de semnal, pe care sunt prevzute mufe de interconectare cu reeaua din care fac parte. Mufele de interconectare sunt de obicei F mama cu filet pentru distribuitoarele de interior respectiv mufe F mama cu filet i mufe mama (5/8)'' pentru distribuitoare de exterior.Energia semnalului de intrare ntr-un distribuitor se repartizeaza, dup cum s-a mai specificat, n mod egal sau inegal ntre ieiri. Presupunnd c distribuitorul este ideal, adic nu introduce pierderi energetice, ntreaga energie de la intrare este suma energiilor de ieire. unde Wi- energia semnalului de la intrareWj- energia semnalului de la ieirea jDistribuitoarele sunt caracterizate prin urmatorii parametrii:1. Atenuarea de inserieA[dB] - reprezint diferena nivelului de semnal ntre intrare i ieirea considerat. Se exprim formal n decibeli (dB), subnelegndu-se c se refera la unitatea de msura [dBV]. Atenuarea este o consecin a relatie. Este evident faptul c nivelul semnalului de intrare nu se poate regsi la nici una din ieiri. ntotdeauna semnalul de ieire dintr-un distribuitor va fi mai mic dect semnalul de intrare. Atenuarea introdus este cu att mai mare cu ct numrul de ieiri este mai mare.2.Banda de frecventaB[MHz] - reprezint intervalul de frecvene n care atenuarea se pstreaz aproximativ constant. Banda de frecven uzual pentru distribuitoarele folosite n CATV este de (51000) MHz, iar pentru vehicularea semnalelor recepionate prin satelit este de (52400MHz). Cu ct banda de frecven este mai larg, cu att atenuarea n interiorul benzii de frecven este mai neliniar.3.Impedana caracteristic[] - reprezint impedana vzut la intrarea respectiv la ieirea unui distribuitor. Valorile impedanei de ieire se realizeaz constructiv egal cu impedana de intrare, pentru a respecta condiia de cuadripol simetric. Impedana caracteristic a distribuitorului utilizat ntr-o reea de telecomunicaii trebuie s fie egal cu impedana caracteristic a reelei, pentru a se realiza condiia de transfer maxim de putere i de a mpiedica reflexia semnalului datorit diferenelor de impedan. Impedana standardizat n instalaiile de televiziune i CATV moderne este de 75. n trecut se utilizau i sisteme cu impedan caracteristic de 300. n instalaiile de comunicaii de date (telefonie mobila, internet) se intlnesc i echipamente cu impedane caracteristice de 50.4.Conducia n curent continuu sau joas frecven reprezint capacitatea unui distribuitor de a permite telealimentarea unui echipament prin intermediul su. Aceasta posibilitate se realizeaz constructiv prin inserarea unor bobine de oc, care n banda de frecvene de lucru prezint o impedan foarte mare, dar n curent continuu sau la frecven industrial (50Hz) au o impedan neglijabil. Distribuitoarele din aceasta categorie se mai numescdistribuitoare cu power pass.Capacitatea depower passse realizeaz ntotdeauna ntre intrare i cel puin una dintre ieiri. Bobinele de oc se realizeaz de obicei din 2-3 seciuni de cteva spire infurate pe un miez de ferit (fig.3.1). n paralel cu seciunile se conecteaz rezistene care amortizeaz oscilaiile parazite de nalt frecven ce pot lua natere pe aceste seciuni. Oscilaiile parazite iau natere datorit inductivitii proprii a bobinei de oc i capacitatilor parazite intre spire.

Distribuitoarele cu power pass sunt la rndul lor caracterizate de: - intensitatea curentului continuu sau de joas frecven care le pot strbate Ipass[A] - este valoarea maxim a curentului ce poate trece prin distribuitor fr a produce efecte energetice distructive. Pentru distribuitoarele de exterior valorile standardizate pentru Ipass sunt de 5, 10, 15 si 20A. Pentru distribuitoarele de interior valoarea standardizat este de 0,2A. - tensiunea de lucru [V] reprezint tensiunea maxim ntre calea de semnal (i implicit parcurs de curentul de joas frecven)i mas. Pentru distribuitoarele de exterior valorile standardizate sunt de 400Vca, 630Vca si 1000Vca. Pentru distribuitoarele de interior valoarea standardizat este de 50Vcc.4.3 Distribuitoarele de semnal de exteriorse realizeaza n construcie solid, chiar masiv, fiind prevzute cu garnituri att la capac ct i la mufe pentru a mpiedica ptrunderea umezelii. Prezint o intrare de semnal, o ieire de semnal cu atenuare foarte mic i 1, 2, 4 sau 8 ieiri cu atenuare mare. Ieirea cu atenuare mic a semnalului se numeteieire direct, iar ieirile cu atenuare mare se numescieiri atenuate. ntre intrare i ieirea direct se implementeaz ntotdeauna capacitate de power pass. Se indic ntotdeauna sensul de parcurs al semnaluluipe carcasa distribuitorului.n fig.4.3.1 se prezint un distribuitor de exterior cu intrare, ieire direct i dou ieiri atenuate cu cte 11dB.

Figura 4.3.1 Distribuitor de exterior cu dou ieiri atenuate :a) Construcie fizic b) montajul intern Valorile standardizate ale iesirilor atenuate pentru distribuitoarele de exterior du doua ieiri sunt: 8dB, 11dB, 14dB, 17dB, 20dB, 23dB, 26dB, 29dB si 32dB. Exist i distribuitor de exterior cu dou ieiri atenuate cu cte 4dB, care are este realizat dup principiul splitterului. Acesta nu mai prezint ieire direct de semnal, semnalul de intrare fiind mprit n mod egal ntre cele doua ieiri.n fig 4.3.2 se prezint un distribuitor de exterior cu intrare, ieire direct i patru ieiri atenuate cu cte 17dB.Valorile standardizate ale ieirilor atenuate pentru distribuitoarele de exterior dou ieiri sunt: 11dB, 14dB, 17dB, 20dB, 23dB, 26dB, 29dB i 32dB. Exist i distribuitor de exterior cu patru ieiri atenuate cu cte 8dB, realizat dup principiul splitterului, semnalul de intrare fiind mprit n mod egal ntre cele patru ieiri.

Figura 4.3.2 Distribuitor de exterior cu dou , patru attenuate :a) construcia fizic b) montajul intern

Similar este realizat distribuitorul de exterior cu 8 iesiri atenuate, care are valorile standardizate de 14dB, 17dB, 20dB, 23dB, 26dB si 29dB. Splitterul de exterior cu 8 iesiri atenuate cu cate 11dB este varianta terminala, fara iesire directa al acestui distribuitor.Distribuitoarele de exterior cu o iesire directa si una atenuata se numesc generic cuploare directionale, dat fiind faptul ca exista o directie preferentiala de a canaliza energia semnalului. Acestea se utilizeaza pentru impartirea semnalului in trunchiurile de CATV. Prezinta capacitate de power pass intre intrare si fiecare din iesiri (fig.4.3.3).

Figura 4.3.3 Distribuitor de exterior cu o ieire atenuat : a) Construcie fizic b ) montajul intern.

Atenuarea introdus de acestea se refer la ieirea cu atenuarea mai ridicat i are valorile standardizate: 8dB, 12dB si 16dB.Distribuitoarele de exterior cu o intrare si dou sau trei ieiri cu atenuare egal i capabilitate de power pass se numescsplittere de exteriorsauline splitter. Cele cu dou ieiri introduc o atenuare de cte 3,5dB ntre intrare i ieiri, iar cele cu trei ieiri introduc o atenuare de cte 6,5dB ntre intrare i ieiri. Exist i splittere de exterior cu trei ieiri n construcie special care pe o ieire prezint o atenuare de 3,5dB, iar ntre intrare i celelalte dou ieiri atenuare de cte 7dB. Practic acestea din urma se realizeaz prin nserierea pe o ramur unui splitter cu dou ieiri a nc unui splitter cu dou ieiri. Din punct de vedere constructiv, splitterele de exterior sunt similare cu cuploarele direcionale, existnd doar diferene din punct de vedere a structurii electronice interne.O ultim categorie de distribuitoare de exterior o constituie invertoarele de curent de alimentare. n literatura de specialitate acestea se gsesc sub denumirea depower inserter. Acestea nu realizeaz o distribuire de semnal de nalt frecven. Ele se folosesc la introducerea curentului de alimentare ntr-o linie de transmisie din reelele CATV. Prezint o born de alimentare cu tensiunea alternativ (notat AC), una de aplicare a semnalului (notata RF) i una comun, la care se regsete atat semnalul de nalt frecven ct i tensiunea de alimentare (notata RF/AC). Constructiv sunt similare cu cuploarele direcionale diferena fiind dat de montajul electronic.Atenuarea nominal, dup cum s-a precizat, nu este strict constan n toata banda de frecven de lucru. n datele de catalog ea este dat de multe ori pe intervale de frecven. La capetele benzii de frecven de lucru atenuarea este mai ridicat dect la mijlocul benzii. Spre exemplificare, distribuitorul de exterior cu 2 ieiri atenuate cu cte 11dB are din punctul de vedere al atenurii urmtoarele date de catalog:(5500)MHz - valoare tipic a atenurii 11,9dB(500600)MHz - valoare tipic a atenurii 11,4dB(600900)MHz - valoare tipic a atenurii 11,1dB(9001000)MHz - valoare tipic a atenurii 11,6dBReprezentarea grafic a atenurii n funcie de frecvena de lucru este dat n fig. 4.3.5.

La frecvee mai mici dect limit inferioar atenuarea crete mult datorit reactanelor capacitive ale condensatoarelor de separaie de la intrare respectiv ieire, care nu mai pot fi neglijate. Reactanele capacitive cresc odat cu scderea frecvenei de lucru. La frecvene ridicate, dincolo de limita superioar a benzii de frecven atenuarea crete datorit creterii reactanelor inductive.4.4 Distribuitoarele de semnal de interiorse realizeaz sub forma n capsulat n carcase de tabl de oel, alam sau aluminiu. Acesat carcas constituie masa distribuitorului. Carcasa conine mod solidar i mufele F mama care constituie terminalele de interconectare n reea. Distribuitoarele de interior se mpart n: distribuitoare utilizate n distribuirea semnalelor de televiziune i CATV (se construiesc fr capacitate de power pass, i banda de frecven de 5100 Mhz) i distribuitoare utilizate la recepa semnalelor de satelii (au power pass spre cel puin una din ieiri, banda de frecven de lucru de 52400 MHz sau 9502400 Mhz). Similar cu distribuitoarele de exterior, cele de interior se pot executa si in varianta de splitter, n care semnalul de intrare se distribuie uniform la ieiri.Distribuitoarele de interior, n mod similar cu cele de exterior, prezint o intrare, o ieire direct cu atenuare relativ mic i un numr de 1, 2, 3, 4, 6 sau 8 ieiri atenuate, cu valoare relativ mare atenurii (fig.4.4.1).

Fig 4.4.2. Distriuitoare de interior, diferite tipuri

Ieirea direct se numete de obicei OUT, iar ieirile atenuate se numesc TAP.Valorile atenurii nu sunt att de strict standardizate ca la distribuitoarele de exterior, fabricile constructoare realiznd valori diferite pentru atenuare. Exist i variante constructive n care ieirile atenuate prezint valori diferite ale atenurii.Mufele de interconectare pot fi dispuse lateral, ca in fig.4.4.3. sau pot fi dispuse si frontal (vertical), ca in fig.4.4.4.

Fig.4.4.4 Distribuitoare de interior, n construcie vertical

n varianta splitter, nu este prezent ieirea direct, semnalul de intrare fiind mprtit n mod egal ntre ieiri. Se construiesc cu 2, 3, 4, 6, 8, 12 sau 16 ieiri (fig.4.4.5), toate notate cu OUT.

Fig4.4.6. Splittere de interior, diferite numar de ieiri, ambele variante constructive

Variantele constructive de baz sunt splitterele cu 2 i cu 3 ieiri. Splitterul cu 2 ieiri are atenuarea ntre intrare i ieiri de (3,5 - 4) dB, iar cel cu 3 ieiri prezint o atenuare de 6,5dB. Splitterele cu un numr superior de ieiri se obin prin inserierea n aceeai carcas a splitterelor elementare cu 2 sau cu 3 ieiri. Atenuarea unui splitter de interior se modific de asemenea cu frecvena, fiind uor cresctoare odat cu creterea frecvenei. Pentru un splitter cu 2 ieiri avem datele de catalog:(540)MHz - valoare tipic a atenurii 3,5dB(40470)MHz - valoare tipic a atenurii 3,7dB(470860)MHz - valoare tipic a atenurii 3,8dB(8601000)MHz - valoare tipic a atenurii 4,0dBReprezentarea grafic a atenurii in funcie de frecvena de lucru este dat n fig.3.9.

n categoria distribuitoarelor interioare s-au executat i o serie special, tot mai rspndit, utilizate n reele hibride multimedia, n care pe acelai cablu coaxial, ajunge la abonat semnal CATV, date i emisiuni radio n banda de unde ultrascurte FM. Aceste distribuitoare, numitesplittere multimedia- au dup caz - 2 sau 3 ieiri, fiecare ieire fiind dedicat unui serviciu (fig.4.4.7).

Fig.4.4.7. Splittere de interior multimedia

Atenuarile la ieire sunt diferite, specific serviciului respectiv. Separarea serviciilor se face prin ansamblu de filtre trece jos, trece sus sau trece band, separarea fiind posibil prin utilizarea benzilor de frecvene diferite la transmiterea serviciilor.

4.5AtenuatoareAtenuatoarele sunt elemente de reea folosite n telecomunicaii pentru a reduce nivelul semnalului n cazurile n care acesta este prea ridicat, genernd comportri nedorite ale echipamentelor de telecomunicaii.Atenuatoarele se construiesc sub forma de reele de atenuare pur rezistive n sau n T (fig.4.5.1), n tehnologie SMD incapsulate n carcas metalic, prevazute cu mufe F, de obicei una tata si una mama. Se utilizeaza reele pur rezistive i tehnologie SMD pentru a avea o atenuare strict constant n toat gama de frecvene de lucru. Tehnologia SMD reduce mult valorile capacitatilor i inductivittilor parazite proprii ale rezistenelor ale montajului.

Atenuatoarele se folosesc n cazurile n care alte metode de reducere al semnalului sunt dezavantajoase. De exemplu nivelul maxim de semnal standardizat la priza de abonat este de 80dB. Se consider cazul n care din acelai distribuitor cu dou ieiri ce prezint aceeai atenuare, se conecteaz doi abonai diferii unul din abonai fiind apropiat, iar al doilea departat, conectat prin lungime mare de cablu. Se utilizeaz distribuitor cu atenuare mic pe ieiri, pentru a compensa pierderile pe cablu. n acest caz, nsa, abonatul apropiat, conectat prin lungime mic de cablu va avea un nivel prea mare al semnalului de intrare. Dac se marete atenuarea distribuitorului, va fi dezavantajat abonatul ndeprtat. Soluia n acest caz este de a se monta un atenuator suplimentar pentru abonatul apropiat. Nu se utilizeaza metoda de a conecta un distribuitor suplimentar pentru abonatul apropiat pentru a reduce nivelul de semnal al acestuia, datorit costului ridicat al unui distribuitor (mai ales unul de exterior) fa de un atenuator. n plus, un distribuitor suplimentar nu ofer o ateuare uniform n intreaga banda de frecvene de lucru.O alt aplicaie larg rspndit pentru atenuatoare este nsumarea semnalelor de nivele diferite. nsumarea se realizeaz cu distribuitoare conectate ca sumtoare. Se aplic semnalele de nsumat la bornele OUT, suma semnalelor culegndu-se de pe borna IN. n cazul n care nivelele semnalelor de intrare diferer ntre ele, egalizarea lor se efectueaz prin montarea de atenuatoare corespunztoare pe bornele aferente fiecrui semnal n parte.

BIBLIOGRAFIE 1) Electronic industrial , .Brc- Gleanu , O. Radu , P. Constantin , C. Rdoi ,V. Lzrescu , GR. Nelepcu , N, Drgulnescu . Ed. Politehnica Bucureti 1976 .2) Msurarea mrimilor electrice i neelectrice , David Valeriu, support curs Universitatea Tehnic GH. Asachi , Iai 2009.3) Introducere n electronic aplicat S.I Iliev Mircea .4) Bazele electronicii analogice i digitale, S.D.Anghel 5) Basoiu M.- Receptia TV la Mare Distanta, Editura Tehnica, Bucuresti, 1989.6) Condrea S.- Bazele Telecomunicatiilor pe Fir, Vol.I si II, Editura Didactica i Pedagogica, Bucuresti, 1966 .7) Distribuitoare, Catalog Teletronik, 2009.8) Lucrri de laborator Circuite Liniare , Ed. Universitatea Constantin Brncui.

71