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Lamplificatore operazionale (AO) Trae la sua denominazione dal fatto che è stato largamente impiegato nella realizzazione di elaboratori analogici per.

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Presentazione sul tema: "Lamplificatore operazionale (AO) Trae la sua denominazione dal fatto che è stato largamente impiegato nella realizzazione di elaboratori analogici per."— Transcript della presentazione:

1 Lamplificatore operazionale (AO) Trae la sua denominazione dal fatto che è stato largamente impiegato nella realizzazione di elaboratori analogici per effettuare somme, moltiplicazioni, integrazioni ecc., di segnali analogici. Levoluzione tecnologica ha consentito la produzione di AO integrati a basso costo e con ottime prestazioni, tanto che attualmente vengono utilizzati come elemento attivo base nella maggior parte dei circuiti analogici. Fra i principali campi di applicazione: acquisizione di segnali analogici ( condizionamento, amplificazione, filtraggio ); elaborazione di segnali ( amplificazione, raddrizzamento, integrazione, somma, logaritmo ) generazione di forme donda ( oscillatori, generatori di onde triangolari ) conversione A/D ( sample and hold, convertitori a comparatori )

2 Fondamentalmente è un amplificatore a più stadi con accoppiamento in continua che idealmente presenta: amplificazione A OL (open loop gain) infinita (2x10 5 ) resistenza di ingresso R i infinita (10 12 ) resistenza di uscita R o =0 ( ) larghezza di banda BW infinita (20 MHz) +V - + -V v2v2 v1v1 vovo +V - + -V v2v2 v1v1 vovo RiRi RoRo A OL v i vivi

3 Funzionamento ad anello aperto +V - + -V V-V- V+V+ vovo VsVs -V sat +V sat V o (V) V s (mV) E sufficiente un piccolissimo segnale per far si che la tensione di uscita assuma valori elevati. Comunque la dinamica duscita è limitata e dipende dalle tensioni di alimentazione. Lescursione di V o è limitata fra +V sat e –V sat (si discostano dalle tensioni di alimentazione di 1 o 2 V)

4 Retroazione (feedback) negativa Occorre inserire lAO in una rete di retroazione negativa per limitare il guadagno complessivo A v e far sì che la risposta del circuito sia lineare per escursioni relativamente ampie del segnale di ingresso. Dalle caratteristiche degli AO derivano le seguenti considerazioni: 1.Poiché la R i è elevata, la corrente che entra negli ingressi dellAO è trascurabile 2.Poiché A OL è elevato, qualsiasi valore di V o in zona lineare (-V sat

5 Amplificatore invertente RfRf ifif - + vsvs vovo R vivi RLRL i ioio Poichè i=i f : A v non dipende da A OL ma dal rapporto delle resistenze. Il segno negativo indica che la polarità di V o è invertita rispetto alla V s

6 Amplificatore non invertente Poichè v - = v s : RfRf ifif - + vsvs vovo R vivi RLRL V-V- ioio

7 Sommatore invertente RfRf ifif - + v1v1 vovo R1R1 vivi RLRL ioio v2v2 R2R2 si ha

8 Amplificatore differenziale RfRf ifif - + v1v1 vovo R vivi RLRL ioio v2v2 R RfRf A volte è necessario disporre della differenza, eventualmente amplificata fra due segnali, ad esempio quando si vuole eliminare una componente comune ad entrambi Esercizio: verificare la relazione ingresso-uscita

9 Caratteristiche degli AO reali Le prestazioni degli AO reali differiscono da quelle dei dispositivi ideali Corrente di polarizzazione di ingresso: lo stadio di ingresso è un amplificatore differenziale a BJT o a FET, in entrambi i casi si ha un assorbimento di corrente dovuto alle correnti di base dei BJT polarizzati in zona attiva e alle correnti di perdita attraverso le giunzioni gate-canale polarizzate inversamente. Corrente di offset: La non perfetta simmetria dello stadio differenziale di ingresso determina una differenza fra le correnti polarizzazione; si definisce corrente di offset la differenza tra le due. Tensione di offset di ingresso: applicando allingresso un segnale nullo (v i =v + -v - =0) la tensione di uscita risulta diversa da zero (dovuto alle asimmetrie). Si può rappresentare con un generatore di tensione posto in serie ad uno dei terminali. Determina tensioni di offset in uscita. Resistenza di ingresso: elevata ma non infinita CMRR: se i due terminali di ingresso vengono collegati tra loro e si applica un segnale, luscita non sarà nulla. Il rapporto tra la tensione di uscita e la tensione di ingresso prende il nome di guadagno di modo comune. La capacità di un AO di ignorare i segnali di modo comune (media dei segnali in ingresso) è specificata dal CMRR di solito espresso in dB

10 Integratore C icic - + vsvs vovo R i Esercizio: verificare la relazione ingresso-uscita

11 Inseguitore di tensione Un inconveniente frequente è costituito dallattenuazione che nasce fra due circuiti, luno con elevata resistenza duscita, laltro (il carico) con ridotta resistenza di ingresso: occorre introdurre un circuito buffer che funzioni come adattatore di impedenza. - + vovo vsvs guadagno unitario (v o =v s ) elevatissima resistenza di ingresso bassissima resistenza di uscita

12 Amplificatore per strumentazione E un amplificatore differenziale con le seguenti caratteristiche: elevatissima impedenza di ingresso differenziale e di modo comune bassissima impedenza di uscita guadagno stabile ed accurato (noto con precisione e regolabile esternamente) elevatissimo CMRR bassissima tensione e corrente di offset stabile in temperatura Viene utilizzato per amplificare segnali molto deboli con elevate componenti di modo comune, ad esempio quelli che provengono da un trasduttore o la piccola differenza tra due tensioni quasi uguali nel ponte di Wheatstone.

13 High Speed FET-Input INSTRUMENTATION AMPLIFIER


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