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Introduzione A.O Invertente A.O Non invertente A.O Differenziale A.O Sommatore A.O Mediatore A.O Inseguitore Esci.

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1 Introduzione A.O Invertente A.O Non invertente A.O Differenziale A.O Sommatore A.O Mediatore A.O Inseguitore Esci

2 Introduzione Lamplificatore operazionale (AO) Lamplificatore operazionale (AO) è un circuito integrato molto versatile, costituito da una rete di resistenze, diodi e transistor incapsulati in unico contenitore di metallo. AO L AO può essere definito funzionalmente come un amplificatore differenziale, cioè un dispositivo attivo a tre terminali che genera al terminale di uscita una tensione proporzionale alla differenza di tensione fornite ai due terminali di ingresso, e deve essere alimentato con una tensione duale +- VCC con valori che oscillano da 5V a 15V

3 LAmplificatore Operazionale LAmplificatore operazionale (AO) è, un amplificatore di tensione, avente le seguenti caratteristiche: – Guadagno di tensione infinito; (Avo = ) – Perfetto bilanciamento; – Resistenza dingresso infinita; (Rin = ) – Resistenza duscita 0; (Rout = 0) – Banda passante infinita; (B = ) Inoltre per usarlo come amplificatore bisogna utilizzare la retroazione negativa, infatti, tutti gli schemi che funzionano in tale modo hanno la retroazione che dalluscita vanno allingresso invertente,ovvero,portare una parte di tensione nel morsetto negativo ; se non si usa, luscita andrebbe sempre in saturazione infatti essendo idealmente Vo = Avo * Vi = +- ma chiaramente si bloccherebbe a +- VCC.

4 Amplificatore operazionale invertente Una prima configurazione è lamplificatore invertente: + - R1R1 R2R2 R V2V2 V1V1 I1I1 I2I2 I- I+ V0V0 ViVi

5 Amplificatore invertente Lamplificatore invertente, applicando un segnale in ingresso, lo amplifica di un fattore R 2 /R 1. Dimostrazione: AV = V2/V1= -(R2/R1) I1+I2=I- (siccome I- = 0) (perché lamplificatore ideale non assorbe corrente) I1=I2 I1=(V1-V-)/R1 = V1/R1 (V- = 0) (perché non essendoci corrente V-=V+ e V+ = 0) I2=(V2-V-)/R2 = V2/R2 V1/R1 = -V2/R2 V2/V1 = -R2/R1 Avo = (-R2/R1)*Vi E quindi Avo = -R2/R1

6 Amplificatore operazionale non invertente Una seconda configurazione è lamplificatore non invertente: + - R1R1 R2R2 R V2V2 V1V1 I1I1 I2I2 I- I+ V0V0 V i+

7 Amplificatore non invertente Anche nel non invertente il guadagno del circuito è indipendente da Avo perche è abbastanza grande. Dimostrazione: I1+I2=0 V-=V+=V1 (perché la tensione del generatore va direttamente al positivo e i due morsetti hanno uguale tensione) I1= (0-V-)/R1 = -V1/R1 I2= (V2-V-)/R2 = V2/R2 I1 = -I2 V1/R1 = (V2-V-)/R2 V1/R1 = V2/R2 = -V1/R2 V1/R1 + V1/R2 = V2/R2 Avo = V2/V1 = R2/R1 +R2/R2 Avo = 1 + R2/R1

8 Amplificatore operazionale differenziale Una terza configurazione è lamplificatore differenziale: + - R1R1 R2R2 V2V2 V1V1 V0V0 R4R4 R3R3 ViVi

9 Amplificatore operazionale differenziale Per dimostrarlo basta applicare il P.S.E: 1 Caso : V1 0 e V2 = 0; Noteremo che si riduce ad un invertente e quindi Vo=(-R2/R1)*V1 + - R1R1 R2R2 V2V2 V1V1 V0V0 ViVi R4R4

10 Amplificatore operazionale differenziale Nel 2 caso con V1 = 0 e V2 0 noteremo che otteniamo un partitore di tensione : + - R1R1 R2R2 V+V+ V1V1 V0V0 R3R3 V2V2 R4R4

11 Amplificatore differenziale Dimostrazione: V+ = V2/(R3+R4)*R4 Vo = (1 + R2/R1)*V+ Vo = (1+R2/R1)(R4/(R3+R4)*V2 Vo = Vo + Vo Vo = (1+R2/R1)*[R4/(R3+R4)]*V2-(R2/R1)*V1

12 Amplificatore operazionale sommatore Una quarta configurazione è lamplificatore sommatore: + - R1R1 R2R2 V2V2 V1V1 V0V0 ViVi R3R3

13 Amplificatore operazionale sommatore Applicando il P.S.E con V1 0 e V2 = 0 si ottiene un invertente come dimostrato in figura : + - R3R3 R1R1 V0V0 V1V1

14 Amplificatore operazionale sommatore Nel 2 caso con V1 = 0 e V2 0 otteniamo lo stesso risultato di prima come riportato in figura : + - R3R3 R2R2 V0V0 V2V2

15 Amplificatore sommatore Lamplificatore sommatore consente di sommare due o più segnali dingresso, per dimostrarlo abbiamo applicato come nel differenziale il P.S.E, in entrambi i casi osserviamo che si riduce ad un invertente e quindi : Dimostrazione: Vo = (-R3/R1)*V1 Vo =(-R3/R2)*V2 Vo = Vo + Vo Vo = -R3/R1*V1–R3/R2*V2 Se le resistenze sono tutte uguali: Vo = -(R4/R1*V1 + R4/R2*V2 + R4/R3*V3) Se abbiamo una costante k = 1 Vo = -K*(V1+V2+V3) Se le resistenze sono tutte diverse, avremo un sommatore puro che non amplifica Vo=-(V1+V2+V3)

16 Amplificatore operazionale mediatore Se K = 1/n con n = al numeratore dei generatori otteniamo un mediatore, inoltre bisogna scegliere opportunamente il rapporto tra la resistenza di retroazione e quelle uguali degli ingressi. + - R1R1 R3R3 V0V0 V1V1 R2R2 V2V2 Vo = -(K1V1+K2V2) con k = ½ e quindi Vo = -½(V1+V2)

17 Amplificatore operazionale inseguitore Unultima configurazione è lamplificatore inseguitore: + - V1V1 V0V0 Vo = V- = V+ = Vi

18 Amplificatore operazionale inseguitore In questo caso,(come riportato in figura), il circuito non amplifica perche avremo una Avo = 1,quindi, l'inseguitore di tensione è un circuito che da in uscita lo stesso valore di tensione che riceve in ingresso. Viene usato come adattatore di impedenza. Infatti ha una elevata resistenza in ingresso, e questo vuol dire che assorbe poca corrente in ingresso; inoltre ha una bassa resistenza di uscita, e questo consente di erogare una elevata corrente di uscita e quindi di pilotare diversi carichi, senza che la tensione diminuisca.

19 Amplificatore operazionale inseguitore Ad esempio se devo alimentare un carico di pochi ohm ad esempio ho 10 e un generatore con Ri interna 990 avrei : RiRi E Ovvero sul carico preleverò Vo = E/(Ri+R)*R = 10/1000 E = 1/100 E,cioè solo un centesimo della tensione E. VoVo R

20 Amplificatore operazionale inseguitore Se invece interpongo linseguitore di tensione o adattatore dimpedenza avrò: RiRi V0V0 E Vo = V- = V+ = E, perché I = 0, allora Vo = E,quindi prelevo il 100% della tensione desiderata + - I=0

21 Realizzazione dellalunno: Cosimo Favaloro Classe 4dev2


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