AMPLIFICATORI OPERAZIONALI Mauro Mosca - Università di Palermo – A.A. 2018-19

Generalità sugli amplificatori Un amplificatore è un circuito biporta in grado di innalzare il livello del segnale d’ingresso conferendo ad esso una potenza maggiore rispetto a quella che aveva in ingresso NON ESISTE!!! PIN PIN h > 100% ? POUT

Schema elementare PD A POUT PIN ≠ f(t) linearità elemento attivo v2(t) = A v1(t) VC PD ≠ f(t) v1(t) v2(t) A linearità PIN POUT elemento attivo

Amplificatore operazionale ideale V– V+ ∞ Ri Ro -vi vo = AOL (v+ – v–) = -AOLvi ∞

Perché un amplificatore di tensione ideale dovrebbe avere Ri infinita e Ro nulla? e per sorgenti (o amplificatori) di CORRENTE?… 50 W Typical values: 50, 75, 600 W 𝑉 𝑜 = 𝑅 𝐿 𝑅 𝑠 + 𝑅 𝐿 𝑉 𝑠 Vo (RF, video, audio) 1 V! 10 V 5 W se Vs ideale Rs → 0 per sorgenti (o amplificatori) di TENSIONE… Ri = ??? Ri → ∞ Ro → 0

corrente Perché un amplificatore di tensione ideale dovrebbe avere infinita e nulla? Ri Ro e per sorgenti (o amplificatori) di CORRENTE?… → ∞ → Ri → 0 Ro → ∞

OPAMP ad anello aperto vo = AOL (v+ – v–) = AOL vs +Valim ≈ pendenza ≈ 106 ≈ -10 mV -VD +VD ≈ 10 mV vo = AOL (v+ – v–) = AOL vs ≈ -Valim funzionamento da comparatore

Controreazione vo = A vi = A(vs – bvo) A ≈ 1/b per bA » 1 vo vi vf vo vi = vs - vf vo = A vi = A(vs – bvo) vo A vi vf ≈ 1/b per bA » 1

cortocircuito virtuale Massa virtuale cortocircuito virtuale massa virtuale I → 0 + vi → 0 Ri → ∞ _ -VD +VD I → 0

Amplificatore invertente reazione negativa 2 1 R1 R2 i 1 2 Ri = R1

Amplificatore invertente: resistenza d’uscita ri ro modello equivalente dinamico ro ri R1 R2 (R2 / R1 » 1)

Limiti su R1 e R2 Se R1 troppo basso diminuisce Ri Se R2 troppo alto (> ri) il terminale invertente non è più a massa virtuale l’effetto di reazione tende a scomparire

Amplificatore non invertente s reazione negativa ? v+ = vs

Amplificatore non invertente: resistenze d’ingresso e d’uscita vo = –AOL vi = AOL (vs – v–) ri ro R1 R2 𝒗 𝒔 − 𝒗 − = 𝒗 𝒐 𝑨 𝑶𝑳 = 𝟏 𝑨 𝑶𝑳 𝑹 𝟏 + 𝑹 𝟐 𝑹 𝟏 𝒗 − 𝒗 𝒔 = 𝒗 − 𝟏+ 𝟏 𝑨 𝑶𝑳 𝑹 𝟏 + 𝑹 𝟐 𝑹 𝟏 𝒗 − = 𝑹 𝟏 𝑨 𝑶𝑳 (𝟏+ 𝑨 𝑶𝑳 ) 𝑹 𝟏 + 𝑹 𝟐 𝒗 𝒔

Buffer (separatore d’impedenza) vo = v– = vs Caso particolare del non invertente con R2 = 0 minima massima

Amplificatore differenziale v2 vo2 R1 R2 v1 vo1 R1 R2

Sommatore invertente vo = -R i per R = R1 = R2 = … = Rn

Convertitore I-V Ri = 0 Ro = 0 corrente sul carico nulla vo = -R2 is

Integratore s IN = 0 s

Derivatore s s IN = 0 vo = -R i

OPAMP reali se vi = 0… vo ≠ 0 già in saturazione! tensione di offset

corrente di polarizzazione OPAMP reali IB1 R2 corrente di polarizzazione R1 Rc = R1//R2 R2 R1 0 V 0 V vo = R2IB1 ≈ R2IB 500 nA 50 pA per R2 = 1 MW e IB = 0,5 mA efficace solo se l’ingresso è simmetrico cioè: BJT FET vo = 0,5 V = 0 𝒗 𝒐 = 𝑹 𝟐 𝑰 𝑩 + 𝑹 𝟐 𝑰 𝑶𝑺 corrente di offset

Limiti sulla corrente d’uscita vo indipendente da RL R2 Indefinitamente? Perché? ri ro i2 uscita = generatore di tensione ideale No, perché l’uscita è protetta da eventuali cortocircuiti io iL iomax ≈ 25 mA (io = i2 + iL) - se il circuito richiede all’amplificatore operazionale una corrente maggiore, l’amplificatore eroga la corrente massima (dipende dalla circuiteria interna che regola la corrente d’uscita) mentre la tensione di uscita si riduce (DA EVITARE!)

incompatibile con livelli TTL Comparatori + VCC + VCC ≈ 0 lento _ + LM311 sensibile ai disturbi > < alimentazione duale incompatibile con livelli TTL