Esp-3 09-101 AMPLIFICATORI Amplificatore differenziale a BJT Amplificatori operazionali. Sorgenti Controllate e Amplificatori Classificazione degli amplificatori.

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1 Esp-3 09-101 AMPLIFICATORI Amplificatore differenziale a BJT Amplificatori operazionali. Sorgenti Controllate e Amplificatori Classificazione degli amplificatori Amplificazione con feedback Applicazioni degli amplificatori operazionali.

2 Esp-3 09-102 Amplificatore differenziale a transistor (Millman-Grabel Cap. 10-18,10-19) RCRC RCRC V CC I CC RBRB RBRB vuvu v2v2 v1v1 RERE

3 Esp-3 09-103 Amplificazione dellamplificatore differenziale a transistor Supponiamo di inviare nei due ingressi due segnali opposti: v 1 =-v 2 = v. Come conseguenza la somma delle correnti di emettitore non varia e lamplificazione del circuito è R C /r il cui valore numerico è O(10 2 ). Se invece inviamo nei dei ingressi lo stesso segnale v 1 =v 2 = v lamplificazione vale ~R C /2R E il cui valore numerico è O(10). Di conseguenza questo amplificatore (di tipo differenziale) amplifica maggiormente la differenza tra gli ingressi mentre tende ad essere meno sensibile al loro modo comune

4 Esp-3 09-104 Amplificatore differenziale tensione di uscita per segnali qualsiasi

5 Esp-3 09-105 Amplificatore Operazionale Ideale Lamplificatore Operazionale è un amplificatore di tensione differenziale che amplifica la differenza di tensione in ingresso e che esce in tensione + _ Simbolo dellamplificatore operazionale (ideale)

6 Esp-3 09-106 Amplificatore Operazionale Ideale + _ Simbolo circuitale dellamplificatore operazionale (ideale) Lamplificatore operazionale è un amplificatore differenziale di tensione accoppiato in continua con alto guadagno di tensione. Ingresso non invertente Ingresso invertente Uscita

7 Esp-3 09-107 Caratteristiche dellAmplificatore Operazionale Ideale 1.Resistenza dingresso infinita 2.Resistenza duscita zero 3.Amplificazione infinita (Implica la massa virtuale) 4.Risposta uniforme a tutte le frequenze (0- ) 5.Se v + =v - allora v u =0.

8 Esp-3 09-108 Applicazioni delloperazionale (ideale) Massa virtuale

9 Esp-3 09-109 Applicazioni delloperazionale (cont.) Circuito sommatore di tensioni Questo circuito può essere usato come un DAC se R k =R 0 / 2 k se le tensioni in ingresso rappresentano un numero digitale (linea 0 LSB e linea 3 MSB)

10 Esp-3 09-1010 Operazionale reale: A741

11 Esp-3 09-1011 Il A741

12 Esp-3 09-1012 AMPLIFICATORI REAZIONATI (Millman-Grabel sez.3-1,12-1-2-3-4-5) Corrispondenza tra amplificatori e generatori controllati Classificazione degli amplificatori e condizioni di idealità in relazione alle impedenze. Concetto di Feedback e sua formulazione matematica Effetto della reazione sui parametri degli amplificatori. Altre applicazioni degli operazionali: –Integratore –Differenziatore –Giratore.

13 Esp-3 09-1013 Generatori controllati e amplificatori ~ RsRs vsvs RLRL Aii1Aii1 IoIo i1i1 v2v2 I generatori controllati sono i dispositivi con i quali è possibile descrivere il comportamento degli amplificatori. Nella figura seguente è mostrato un generatore di corrente controllato in corrente. La corrente di uscita I o è legata a quella di ingresso dal parametro A (amplificazione di corrente). Leffetto della corrente in ingresso è trasferito in uscita attraverso il generatore. Luscita non ha alcun effetto sullingresso. In questo caso la rete è detta unilaterale.

14 Esp-3 09-1014 Classificazione degli amplificatori Quattro tipi di Amplificatori: uno per ogni tipo di generatore controllato. Amp. di Tensione A V Amp. di Corrente A I Amp. a Transconduttanza (=convertitore Tensione Corrente) g Amp. a Transimpedenza (=convertitore Corrente Tensione)

15 Esp-3 09-1015 Amplificatore di tensione RLRL RiRi RoRo RsRs VsVs ViVi VoVo ++ AvViAvVi Condizione di idealità:

16 Esp-3 09-1016 Amplificatore di corrente RsRs IsIs RLRL RoRo RiRi AiIiAiIi IoIo Condizione di idealità: IiIi

17 Esp-3 09-1017 Amplificatore a Transconduttanza RLRL RoRo GV i IoIo RsRs VsVs ViVi + Condizione di idealità: Convertitore Tensione - Corrente

18 Esp-3 09-1018 Amplificatore a Transimpedenza RsRs IsIs RiRi IiIi RLRL RoRo VoVo + ZI i Condizione di idealità: Convertitore Corrente - Tensione

19 Esp-3 09-1019 Sorg.SommaAmpl.Camp.Car. Rete Reaz. IoIo IiIi VfVf Il concetto di FEEDBACK La reazione o feedback è la procedura che riporta in ingresso una frazione del segnale di uscita jn modo che la somma dei due segnali sia quella in ingresso al sistema. IfIf _ + + + _ ViVi _ VuVu

20 Esp-3 09-1020 La Rete di Campionamento Rete di Feedback VuVu Rete di Feedback (a) Campionamento della tensione di uscita (b) Campionamento della corrente di uscita IoIo Ampl. AV i RuRu Ampl. Carico RuRu AI i RLRL RLRL Carico _ + IuIu

21 Esp-3 09-1021 La Rete di Confronto o Somma Ampl. Rete di Feedback Ampl. Rete di Feedback ViVi VfVf IiIi IfIf (a) Confronto in serie o Somma di tensione (b) Confronto in parallelo o Somma di corrente V i V s – V f I i I s – I f RiRi _ + + _

22 Esp-3 09-1022 LAmplificatore Reazionato ideale X indica corrente oppure tensione a seconda dei casi A OL indica lamplifcazione,detta Open Loop, dellamplificatore indica la frazione del segnale di uscita riportato in ingresso A OL X f = X o X o =A OL X i XsXs X i =X s +X f

23 Esp-3 09-1023 Assunzioni di base per il calcolo dellamplificazione con reazione 1.Il segnale di ingresso e trasmesso alluscita solo attraverso lamplificatore e NON attraverso la rete di reazione – La rete di feedback è unilaterale 2.Il segnale di feedback ingresso è trasmesso dalluscita allingresso solo attraverso la rete Lamplificatore è unilaterale. 3.Il rapporto di trasferimento non dipende dal carico o dalla impedenza del generatore

24 Esp-3 09-1024 Effetti della reazione sullamplificatore 1.Stabilizzazione del guadagno

25 Esp-3 09-1025 Effetti della reazione sullamplificatore cont. 1.La reazione tende a rendere ideali le impedenze di ingresso e di uscita dellamplificatore. Esempio. Limpedenza di ingresso di un amplificatore di tensione con reazione in serie (reazione di tensione) vale (vedi circuito (a)):

26 Esp-3 09-1026 Risposta in frequenza di un operazionale reale

27 Esp-3 09-1027 Risposta in frequenza di un operazionale Se ne deduce che il prodotto tra il valore dellamplificazione reazionata a frequenza nulla e la relativa frequenza di taglio è una costante

28 Esp-3 09-1028 Integratore con operazionale R C

29 Esp-3 09-1029 Lamplificatore operazionale reale (Millman Grabel: ) RiRi RoRo + A( v + - v - ) I B- I B+ V io + + v-v- v+v+ V io Tensione di offset di ingresso I B+ I B+ Correnti di polarizzazione bias

30 Esp-3 09-1030 Esempio di circuito reale Integratore con operazionale

31 Esp-3 09-1031 Derivatore con operazionale Il differenziatore ideale è intrinsecamente instabile per linevitabile presenza del rumore elettrico in ogni sistema elettronico. Un differenziatore ideale amplificherebbe questo pur piccolo rumore. Supponiamo che di avere un rumore di ampiezza 1mV ad una frequenza di 10Mhz. Se applicato al circuito di figura (senza resistenza in ingresso e capacità di feedback) in uscita si avrebbero 63V! Per prevenire questo problema si aggiunge una resistenza in serie e un condensatore in parallelo al feedback. In questo modo, tuttavia, si trasforma il differenziatore in un integratore per le alte frequenze

32 Esp-3 09-1032 Analisi in frequenza dellIntegratore/Differenziatore

33 Esp-3 09-1033 Circuito Giratore Il circuito giratore è un quadrupolo definito dalle seguenti relazioni costitutive: V1V1 V2V2 I1I1 I2I2 Il circuito giratore è lineare, passivo e privo di memoria. La caratteristica fondamentale del Giratore è lo scambio fra corrente e tensione tra le due porte. r Se chiudiamo la porta 2 su una resistenza R si ha

34 Esp-3 09-1034 Se chiudiamo la porta 2 su una capacità C si ha Circuito Giratore (cont.) Vista dalla porta 1 la capacità appare come un induttanza

35 Esp-3 09-1035 Circuito Giratore (cont.)

36 Esp-3 09-1036 Amplificatori operazionali non reazionati v i (t) V0V0 V1V1 I1I1 Uso di un operazionale senza reazione: se: v + >v - v o = v max (+V) se: v + <v - v o = v min (–V) – + Luscita puo essere limitata tra 0 e V Max Tipico uso digitale – +

37 Esp-3 09-1037 Amplificatori operazionali non reazionati COMPARATORI v i (t) Uso di un operazionale senza reazione: se: v + >v - v o = v max (+V) se: v + <v - v o = v min (–V) Luscita puo essere limitata tra 0 e V Max Tipico uso digitale (Open Collector) V0V0 – + V1V1 – + V0V0 R3R3 R2R2 R1R1 v i (t) V1V1 – + V0V0 R3R3 R2R2 R1R1 R4R4