Elettronica Generale
Amplificatori Operazionali
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Amplificatori multistadio
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Gli amplificatori a singolo transistore non sono in generale in grado di soddisfare contemporaneamente le esigenze di: - guadagno, - resistenza di ingresso, - resistenza di uscita, - risposta in frequenza, - Gli amplificatori multistadio affrontano il problema includendo pi transistori, anche di tipo diverso (BJT, MOSFET), opportunamente combinati.
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Lamplificatore operazionale
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Modello dellamplificatore operazionale
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A = guadagno di tensione a circuito aperto vid = (v+-v-) = differenza dei segnali in ingresso Rid = resistenza di ingresso dellamplificatore Ro = resistenza di uscita dellamplificatore
Caratteristiche ideali: - A - Rid (i+ = i- = 0) - Ro 0 - Banda passante
vid = v+ v-
vo
A
+VCC
-VEE
Lamplificatore operazionale un amplificatore multistadio con tipicamente:
- ingresso differenziale di tensione, - uscita singola di tensione, - doppia tensione di alimentazione (+VCC e VEE).
+VCC
-VEE
+VCC
-VEE
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Comparatore di tensione
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! Per vs > VREF, luscita satura a VCC. ! Per vs < VREF, luscita satura a -VEE. ! Amplificatori realizzati per essere utilizzati
come comparatori sono progettati in modo da raggiungere le due tensioni di saturazione senza ritardi eccessivi
! In presenza di segnali di ingresso rumorosi, si possono verificare molteplici transizioni quando il segnale attraversa il livello di riferimento.
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Comparatore di tensione con isteresi
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! Il comparatore di tensione con isteresi utilizza una retroazione positiva ed bistabile.
! Per tensioni di uscita positive, VREF=VCC. Per tensioni di uscita negative, VREF=-VEE. La tensione di riferimento cambia quando cambia lo stato della tensione di uscita.
! La caratteristica di trasferimento presenta unisteresi e risulta insensibile al rumore in ingresso di ampiezza inferiore alla differenza tra le tensioni di soglia.
=R1
R1+R2
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Amplificatore invertente: configurazione
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! Ingresso positivo a massa
! Rete di retroazione: resistenze R1 e R2 connesse rispettivamente tra lingresso invertente e il generatore di ingresso e il nodo di uscita dellamplificatore
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Amplificatore invertente: guadagno in tensione
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0ov22i1sisv = RR
1
svsi R=
Ma is=i2 (i-=0) e v-=0 (vid=v+-v-=0), quindi:
e
1
2svov
R
RvA ==
! Guadagno di tensione negativo: comporta uno sfasamento di 180 tra segnali sinusoidali di ingresso e uscita.
! Il modulo del guadagno maggiore di 1 se R2 > R1
! Il modulo del guadagno minore di 1 se R1 > R2
! La tensione al terminale invertente delloperazionale pari a zero (anche se non connesso direttamente a massa).
MASSA VIRTUALE (N.B. grazie alla retroazione negativa!)
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Amplificatore non invertente: configurazione
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" Il segnale di ingresso applicato al terminale non invertente. " Parte del segnale di uscita viene riportata sul terminale di
ingresso negativo (retroazione negativa). " Lanalisi viene fatta determinando la relazione tra v1, la tensione
di ingresso vs e la tensione di uscita vo.
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Amplificatore non invertente: guadagno in tensione
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1
21svov
121svov
R
RvA
RRR
+==
+=
Dato che i-=0
Inoltre:
Ma vid = 0, quindi:
211ov1v RRR+
=
1vidvsv =
1vsv =
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Buffer di tensione (guadagno unitario)
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! un caso particolare di amplificatore non invertente, con R1 infinita e R2 nulla. Quindi Av =1
! Echiamato anche inseguitore di tensione. ! Realizza una trasformazione notevole del livello di impedenza, mantenendo
inalterato il livello del segnale. ! Il buffer a guadagno unitario non richiede una corrente in ingresso e pu
pilotare un carico con una resistenza arbitrariasenza riduzioni del livello del segnale.
! Il buffer a guadagno unitario utilizzato in molti sensori e sistemi di acquisizione dati.
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Amplificatore sommatore (invertente)
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! I fattori di proporzionalit relativi ai 2 ingressi possono essere modificati indipendentemente scegliendo adeguatamente R2 e R1.
! Un numero arbitrario di ingressi pu essere collegato al nodo sommatore per mezzo di resistenze aggiuntive.
11v
1i R= 22v
2i R=3ov
3i R=
Dato che lingresso invertente rappresenta una massa virtuale (c la retroazione nagativa):
Dato che i-=0, i3= i1 + i2,
!!!!!!
"
#
$$$$$$
%
&
=
2
2
1
13 R
v
R
vRov
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Amplificatore sottrattore (o differenziale)
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1v1
2-v1
21)-v1v(1
2-v
21i-v22i-vov
R
R
R
RR
R
R
RR
+
=
==
"""""
#
$
%%%%%
&
'
=
2v21
2vRR
R
+=+Inoltre,
Dato che v-= v+ )2v1(v1
2v =R
Ro
Per R2= R1 si ottiene:
)2v1(vv =o