Amplificatori Operazionali

Indice • STORIA • CARATTERISTICHE IDEALI • MASSA VIRTUALE • CONFIGURAZIONI • INVERTENTE • NON INVERTENTE • SOMMATORE INVERTENTE • CARATTERISTICHE REALI

Storia Il termine amplificatore operazionale è stato inventato negli anni 40 per indicare un particolare tipo di amplificatori che mediante un opportuna selezione dei componenti esterni può essere configurato per compiere alcune operazioni matematiche. Inizialmente vennero costruiti con valvole termoioniche ed erano ingombranti delicati e consumavano molto; successivamente vennero costruiti con transistori discreti. Oggi si trovano come circuiti integrati monolitici altamente efficienti e di basso costo.

Caratteristiche Ideali HA 2 INGRESI, UNO INVERTENTE E UNO NON INVERTENTE UNA SOLA USCITA (V0) 2TERMINALI D’ ALIMENTAZIONE (+Vcc E –Vcc) (alimentazione duale) GUADAGNO INFINITO (Gol= 8 ) si deduce che V+=V- BANDA PASSANTE INFINITA (GW= 8) non esegue alcuna selezione in frequenza IMPEDENZA D’INGRESSO INFINITA (Zin= 8) si deduce che non vi è assorbimento di corrente sugli ingressi RESISTENZA D’ USCITA TRASCURABILE LA TENSIONE D’ USCITA NON PUÒ SUPERARE LATENSIONE DI ALIMENTAZIONE +Vcc < V> -Vcc oltre va in saturazione

Massa Virtuale Il terminale V- si dice a massa perché la sua tensione è 0Volt (V+=V-=0V) Mentre virtuale perché non c’è assorbimento di corrente, in quanto la resistenza di ingresso dell’ A.O. è molto grande(e quindi non entra corrente)SI APPLICA IN ALCUNE CONFIGURAZIONI INVERTENTE, NON INVERTENTE, DERIVATORE O INTEGRATORE

Configurazione Invertente L’ingresso V+ è collegato a massa L’ingresso V- è collegato all’input Dato che l’operazionale ha guadagno tendente a infinito abbiamo: se il rapporto R2/R1 è maggiore di 1 abbiamo che R2 > R1 e quindi |V0|>|Vin| in questo caso il circuito AMPLIFICA se il rapporto R2/R1 è minore di 1 abbiamo che R2 < R1 e quindi |V0|<|Vin| in questo caso il circuito ATTENUA Vin=0V perché V+=0 (V-=V+) Dato che l’A.O. ha resistenza d’ingresso tendente a infinito la corrente non entra ma percorre la R2. Il guadagno è il rapporto tra R2 e R1 in questo caso negativo perché invertente (- R2/R1) a seconda del rapporto potremmo avere sia un amplificazione che un attenuazione

Configurazione Non Invertente Applicando la legge di kirkoff al nodo V- = V+ = Vin E ponendo I1=I2 dove sono uguali: Possiamo quindi scrivere: Di conseguenza: Questo tipo di configurazione amplifica sempre

Configurazione Sommatore Invertente L’ingresso V- è collegato all’input L’ingresso V+ è collegato a massa Esegue la somma delle tensioni in ingresso e semplificando possiamo vederlo come un invertente con più ingressi Le correnti presenti nel circuito saranno quelle dei resistori, in particolare avremmo la somma delle correnti agli ingressi (per Kirkhoff) uguale a R2 dato che l’A.O. ha resistenza d’ingresso tendente a infinito la corrente non entra ma percorre la R2 Quindi Esegue una somma pesata delle tensioni in ingresso e in particolare si indicano con pesi i coefficienti.La resistenza R si dimensiona come MCM tra R1 e R2.

Caratteristiche Reali HA 2 INGRESI, UNO INVERTENTE (V+) E UNO NON INVERTENTE(V-) UNA SOLA USCITA (V0) 2TERMINALI D’ALIMENTAZIONE (+Vcc E –Vcc) (alimentazione duale) Tensione in uscita può assumere valori compresi tra le 2 alimentazioni(±15V; ±12V) Resistenza sugli ingressi molto grande (non c’è assorbimento dicorrente sugli ingressi, per i circuiti in alternata si dice ad alta impedenza)(˜ 8M ) Resistenza in uscita molto piccola(˜ 100 ) Guadagno molto grande(2*10EXP5) ßBanda passante lavora con un ampio range di segnali in frequenza LA TENSIONE D’USCITA NON PUÒ SUPERARE LA TENSIONE DI ALIMENTAZIONE +Vcc < V> -Vcc oltre va in saturazione

Caratteristiche Reali Guadagno del ordine 2*10^5 con frequenza di 10Hz poi cala di Resistenza ingresso Resistenza uscita

Caratteristiche Reali CMRR (common mode rejection ration) • Rapporto di reiezione del modo comune (tensione differenziale ingresso) (tensione in modo comune) • E' la misura della capacità dell‘A.O. di non amplificare segnali presenti contemporaneamente ai due ingressi. Corrisponde al rapporto tra il guadagno di modo differenziale e quello di modo comune • L’A.O. approssima il suo comportamento a quello ideale tanto più CMRR è grande