Concetti Chiave
- Il simbolo dell'amplificatore operazionale è un triangolo con ingressi "+" e "-", rappresentando una configurazione ideale con guadagno ad anello aperto infinito.
- La tensione di offset d'ingresso causa una traslazione della caratteristica di uscita, richiedendo una resistenza di compensazione per bilanciare le correnti d'ingresso.
- Il guadagno dell'operazionale dipende dal rapporto delle resistenze e può risultare positivo o negativo a seconda della configurazione utilizzata.
- Una configurazione non invertente fornisce un'uscita proporzionale ai segnali d'ingresso senza il segno negativo, mentre la configurazione invertente introduce un segno negativo nell'uscita.
- La somma degli ingressi in un amplificatore operazionale permette di ottenere un'uscita che riflette la combinazione dei segnali, influenzata dalle resistenze in serie.
Descrizione del simbolo e del guadagno
Il simbolo è un triangolo avente due ingressi e un uscita. Un ingresso con il segno "+" (non invertente) e uno con il segno "- "(invertente).
Nel caso ideale Aol (guadagno ad anello aperto) è infinito. Il componente viene alimentato da due tensioni con modulo uguale e verso opposto.
L'uscita Vu è compresa tra i valori +Um e -Um (saturazione positiva e negativa) Zona lineare: 90° corrisponde ad Aol (che è infinito) Vd= Vu/Aol= Vu/oo= 0 (corto circuito virtuale tra gli ingressi).
Viene retroazionato per permetterne il funzionamento tramite un partitore formato da due resistenze che permettono alla tensione d'ingresso di variare per valori di un intervallo più vasto senza causarne subito la saturazione.
Parametri e caratteristiche dell'operazionale
Ha alcuni parametri caratteristici: corrente di polarizzazione, tensione di offset d'ingresso, resistenza di ingresso, resistenza di uscita, Cmrr.
L'operazionale assorbe in ingresso un a certa corrente necessaria per polarizzare i componenti BJT o FET presenti all'ingresso. Ib+ è la corrente che scorre nell'ingresso non invertente, Ib- quella che scorre nell'ingresso invertente. La media aritmetica delle correnti è la corrente di polarizzazione d'ingresso:
Per evitare l'errore causato da Ib viene inserita una resistenza di compensazione sul terminale non invertente pari a Rc=R/Rf questo solo se ci sono 2 correnti uguali, ma ciò non è possibile a causa della dissimmetria dello stato di ingresso quindi si ha una differenza tra le due correnti.
Tensione di offset e resistenze
Dato che pur applicando una tensione in ingresso uguale a 0 si ottiene un uscita diversa da 0, dovuta alle dissimmetrie del dispositivo, si ottiene una traslazione orizzontale della transcaratteristica.
Per tensione di offset si intende quella tensione che applicata all'ingresso dell'operazionale ci fornisce un uscita uguale a 0. Se Vi è nullo abbiamo: RResistenza differenziale (Rd), è la resistenza tra i due terminali d'ingresso( invertente e non invertente)
Resistenza di modo comune (Rc) quella tra oggni terminale con la massa.
Anche la resistenza d'uscita nel caso reale non è zero ma comunque bassa (sui 100 Ohm).
Guadagno e configurazioni dell'operazionale
Nella pratica la tensione d'ingresso dipende dal valore medio delle tensioni Vc= (V+ + V-)/2 , se l'operazionale è reale avremo l'uscita Vu= Aol*Vd+Ac*Vc, dove Ac è il guadagno dell'operazionale con la Vc applicata ad ambi gli ingressi.
Il guadagno in questo caso è sempre >0= a 1. Il tratto lineare non ha più pendenza infinita ma dipendente dal rapporto tra le due resistenze, la pendenza è positiva e CMRR= Ad/Ac (deve essere più elevato possibile).
In questo caso il guadagno è
In questo caso il tratto lineare della transcaratteristica ha pendenza negativa dipendente dalle resistenze R1, R2.
Av= Vu/Vi= -R2/R1
Deriva dalla configurazione non invertente, con la diversità che il rapporto tra R2 e R1 è nullo. Quindi il guadagno(Av) sarà = a 1
Somma degli ingressi e configurazione non invertente
L'uscita è legata alla somma degli ingressi (es. V1 e V2).
Vu= -R(V1/R1+V2/R2) se R=R1=R2 allora Vu= -(V1+V2) la somma tra gli ingressi.
Il segno meno è dovuto al fatto che i segnali sono collegati all'ingresso invertente (-).
Il peso dei segnali dipende dalle resistenze in serie ai segnali. Se si vogliono ottenere segnali di uguale peso si scelgono resistenze uguali, (tutte compresa "R") cosi' da avere un uscita uguale alla "somma dei segnali d'ingresso V1 e V2.
A differenza di quello invertente i segnali sono collegati all'ingresso non invertente e quindi di conseguenza nelle espressioni di Vu non compare il segno meno.
Vu= V+*(1+Rf/R) dove per la sovrapposizione degli effetti V+=V1/2+V2/2 quindi sostituendo avremo:
La tensione di uscita è uguale alla differenza dei segnali d'ingresso moltiplicato per il guadagno del circuito.
con il partitore di tensione avremo che:
V-=[R/(R+Rf)]*Vu+[Rf/(R+Rf)]*V2 (somma dei contributi di Vu e V2) sostituendo avremo:
Vu= (Rf/R)(V1-V2) dove: Rf/R= al guadagno dell'amplificatore.
Domande da interrogazione
- Qual è la configurazione del simbolo dell'operazionale e come funziona?
- Quali sono i parametri caratteristici di un operazionale?
- Cosa si intende per tensione di offset in un operazionale?
- Come si calcola il guadagno in una configurazione non invertente?
- Qual è la differenza tra la configurazione invertente e quella non invertente?
Il simbolo dell'operazionale è un triangolo con due ingressi (uno non invertente "+" e uno invertente "-") e un'uscita. Funziona con un guadagno ad anello aperto (Aol) ideale che è infinito, permettendo di gestire tensioni d'ingresso variabili senza saturazione immediata.
I parametri caratteristici includono la corrente di polarizzazione, la tensione di offset d'ingresso, la resistenza di ingresso, la resistenza di uscita e il CMRR. Questi parametri influenzano il funzionamento e l'accuratezza dell'operazionale.
La tensione di offset è la tensione necessaria all'ingresso dell'operazionale affinché l'uscita sia zero, nonostante l'ingresso sia nullo. Questo fenomeno è causato dalle dissimmetrie del dispositivo.
Nella configurazione non invertente, il guadagno (Av) è dato dalla formula Vu = V+ * (1 + Rf/R), dove Rf è la resistenza di feedback e R è la resistenza di ingresso. Questo porta a un'uscita proporzionale alla somma dei segnali d'ingresso.
Nella configurazione invertente, l'uscita è legata alla somma degli ingressi con un segno negativo (Vu = -R(V1/R1 + V2/R2), mentre nella configurazione non invertente, l'uscita è positiva e non presenta il segno meno, evidenziando come i segnali siano collegati a ingressi diversi.
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