Il nome di amplificatori operazionali deriva dal fatto che furono introdotti per svolgere alcune operazioni, come la somma e l'integrazione, nei calcolatori analogici. Sono indicati con la sigla AO.
Sono al giorno d'oggi i dispositivi elettronici più versatili e vengono utilizzati per realizzare: amplificatori; filtri attivi; comparatori; generatori di forme d'onda; limitatori e convertitori. Gli AO hanno una struttura abbastanza complessa, sono composti essenzialmente da 3 parti: all'ingresso è presente uno stadio costituito da un amplificatore differenziale; nella seconda parte è presente lo stadio di amplificazione, con cui si ottiene un'amplificazione elevata, anche dell'ordine di 10^6; il terzo blocco infine è lo stadio di uscita, la cui funzione è quella di fornire al carico sufficiente corrente, anche in presenza di piccoli valori della resistenza di carico.
Le tensioni rispetto a massa dei terminali di ingresso sono indicate con v+ e v- ed i corrispondenti ingressi sono indicati con + e con -, o come ingresso + e ingresso -, o come ingresso non invertente e ingresso invertente.

Ciò sta a significare che se si applica una tensione v+ all'ingresso +, la tensione di uscita amplificata, rispetto a massa, ha la stessa polarità di v+.
Se, invece, si amplifica una tensione v- all'ingresso -, la tensione di uscita amplificata, rispetto a massa, ha la polarità opposta rispetto a v-.
Considerazioni analoghe si possono fare se i segnali di ingresso sono sinusoidali: un segnale sinusoidale applicato all'ingresso + determina un'uscita amplificata in fase con l'ingresso; un segnale sinusoidale applicato all'ingresso - determina, invece, un'uscita amplificata in opposizione di fase con l'ingresso.


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