L’amplificatore operazionale

Presentazione sul tema: "L’amplificatore operazionale"— Transcript della presentazione:

1 L’amplificatore operazionale

2 OP-AMP operational amplifier
Componenti integrati molto versatili Originariamente previsti per il calcolo analogico Composti di BJT e i più attuali composti da FET Vi V0 V0 Vi Ingresso invertente Ingresso non invertente V0=viAv- V0=viAv+

3 Caratteristiche ideali
Guadagno di tensione infinito |Av|=∞ Perfetto bilanciamento |Av+|= |Av-| Resistenza di ingresso infinita Resistenza di uscita nulla Banda passante infinita

4 Configurazione invertente
if v0 is A ie vs vi

5 Configurazione invertente:dimostrazioni
Applicando il II principio di Kirchhoff Il nodo A è detto di massa virtuale perché vi≈0 Avf è l’amplificazione di feedback o guadagna ad anello chiuso Av è il guadagno ad anello aperto

6 Configurazione non invertente
vs v0 vi is i2 i1 v1

7 Configurazione non invertente:dimostrazioni

8 Inseguitore di tensione
vs v0 Avf=1

9 UA741 Amplificatore di vecchia generazione. Ha avuto successo
grazie al basso costo e alla non criticità di uso Ha una alimentazione duale di 22 V

10 Data sheet degli operazionali
Valori massimi: Tensione di alimentazione (18 V per il 355 e 22 V per il 741) Potenza dissipabile (400 mW per il 355 e 500 mW per il 741) Gamma di temperatura ( non viene fornito per il 355 mentre per il 741 ci sono diversi campi -55 °C÷ 125°C e 0 °C÷ 75°C) Massima tensione differenziale (30V) Massima tensione di ingresso – non deve susperare la tensione di alimentazione

11 Amplificatore addizionatore in configurazione invertente
Rf i1 v1 if i2 is v2 ie v0 i3 v3

12 Amplificatore addizionatore in configurazione invertente: dimostrazioni

13 Amplificatore differenziale
v1 v0 v2

14 Per poter studiare l’amplificatore differenziale bisogna applicare il principio di sovrapposizione degli effetti V0’ V0’’ v1 v2

15 Amplificatore differenziale:dimostrazioni

16 Risposta in frequenza degli operazionali
Gli operazionali possono essere utilizzati per realizzare dei filtri: filtro passa alto, filtro passa basso e filtro passa banda Se questi circuiti sono analizzati nel dominio del tempo, vengono visti come derivatori o come integratori

17 Filtro attivo passa alto o derivatore
vs v0

18 Filtro passa alto: dimostrazioni
Se studiamo il circuito precedente nel dominio delle frequenze, il guadagno G(s) sarà: Si noti che per s>1/RsC il guadagno G(s) è notevole, altrimenti è trascurabile. Tale frequenza è detta di taglio inferiore

19 Diagramma di Bode per C=0.01 f Rf=1000 W Rs=10000 W

20 Derivatore attivo: dimostrazioni
Se il circuito precedente viene studiato nel dominio del tempo e si pone Rs=0, il segnale in uscita sarà la derivata di quello in ingresso La f.d.t in questo caso sarà:

21 Filtro attivo passa basso e circuito integratore
vs v0

22 Filtro passa basso: dimostrazioni
Se il circuito precedente viene studiato nel dominio delle frequenze, la funzione di trasferimento G(s) sarà: Si noti che per s<1/RsC il guadagno G(s) è notevole, altrimenti è trascurabile. Tale frequenza è detta di taglio superiore

23 Diagramma di Bode per C=0.01 f Rf=10000 W Rs=1000 W

24 Integratore attivo:dimostrazioni
Se il circuito precedente viene studiato nel dominio del tempo, e, si pone Rf=0, il segnale in uscita è l’integrale di quello in ingresso La f.d.t in questo caso sarà:

25 Amplificatore attivo passa banda
vs v0

26 Amplificatore attivo passa banda
Nel dominio delle frequenze, la funzione di trasferimento diventa:

27 Diagramma di Bode per Cf =0.01 f, Cs =0.1 f Rf=1000 W Rs=100 W

28 Caratteristiche elettriche
degli operazionali reali

29 Caratteristiche reali degli Op-Amp
Dette IB+ e IB- le correnti di polarizzazione che scorrono rispettivamente nell’ingresso non invertente e in quello invertente, si definisce corrente di bias Si definisce corrente di offset in ingresso IB- V-=0 V+=0 Vo≠0 IB+

30 Caratteristiche reali degli Op-Amp
La tensione di offset in ingresso VOS è la tensione da applicare all’ingresso per annullare l’offset in uscita La resistenza di ingresso in modo comune RCM è quella resistenza misurata tra i due ingressi cortocircuitati e la massa, con l’operazionale ad anello aperto La resistenza di ingresso differenziale RD è quella esistenza misurata tra i due ingressi con l’operazionale ad anello aperto

31 Caratteristiche reali degli Op-Amp
+ - - + VP VP

32 Caratteristiche reali degli Op-Amp
Il rapporto di reiezione in modo comune o CMRR è il rapporto tra il guadagno differenziale e quello in modo comune Il rapporto di reiezione dell’alimentazione PSRR è il rapporto tra la variazione di tensione di alimentazione e la conseguente variazione di tensione di offset in ingresso Lo slew rate SR è il massimo valore possibile, per l’operazionale, della derivata di v0 rispetto al tempo