Amplificatori operazionali

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1 mplfcatr peraznal Parte (ersne el ) mplfcatre peraznale L amplfcatre peraznale è un spst, nrmalmente realzzat cme crcut ntegrat, tat tre termnal V+ Ingress nertente Ingress nn nertente Uscta Per l su funznament rchee un almentazne ( slt uale) che ene frnta meante altr ue termnal (che spess negl schem engn sttntes) I alr ella tensne almentazne ann sltamente a 5 V a V (un alre tpc è 5 V) Pssn essere present anche altr termnal per scp partclar (cllegament a crcut estern azzerament cmpensazne) V-

2 Esemp Schema ell amplfcatre peraznale µ7 mplfcatre peraznale L amplfcatre peraznale può essere rappresentat cme un spst a ue prte La prta ngress ha cme termnal l ngress nn nertente e l ngress nertente La tensne è etta tensne fferenzale ngress La prta uscta ha cme termnal l uscta e la massa, rappresentata al n a cu sn cllegat ue generatr almentazne (l amplfcatre peraznale nn ha termnal cllegat a massa)

3 mplfcatre peraznale L amplfcatre peraznale è un amplfcatre tensne cn resstenza ngress n eleata (alr tpc > 0 6 resstenza uscta ut pccla (alr tpc < 00 guaagn eleat (alr tpc cè 00-0 B) è ett guaagn a anell apert (pen lp gan) Nrmalmente è pssble cnserare n pratcamente nfnta e ut pratcamente nulla la crrente alla prta ngress è nulla 5 mplfcatre peraznale Un amplfcatre peraznale può essere rappresentat anche cme un spst a tre prte, metten n eenza le tensn tra gl ngress e la massa Questa rappresentazne mette n eenza che l amplfcatre peraznale amplfca la fferenza tra le tensn applcate a su ngress (cè s cmprta cme un amplfcatre fferenzale) 6

4 Ingress fferenzale e m cmune Quan le tensn applcate a ue ngress sn ugual la tensne un uscta è (ealmente) uguale a zer In pratca, a causa netabl asmmetre nel crcut, la relazne tra gl ngress e l uscta rsulta el tp cn e nn etamente ugual Per stuare l cmprtament ell amplfcatre n queste cnzn cnene ntrurre, ltre alla tensne ngress fferenzale la tensne ngress m cmune, efnta cme c 7 Guaagn fferenzale e m cmune Le tensn egl ngress pssn essere espresse n funzne ella tensne fferenzale e ella tensne m cmune meante le relazn c c Intrucen le espressn preceent egl ngress nella relazne s ttene c c c c c n cu e c sn, rspettamente, l guaagn fferenzale, e l guaagn m cmune c 8

5 apprt reezne m cmune Il rapprt tra l guaagn fferenzale e l guaagn m cmune è ett rapprt reezne m cmune (CM, cmmn-me rejectn rat) CM D slt l CM è espress n B CM c 0 B lg 0 c Gl amplfcatr peraznal hann alr el CM mlt eleat (tpcamente B) spess è pssble cnserare l CM pratcamente nfnt n queste cnzn s può rtenere c 0 9 Caratterstca ngress-uscta La caratterstca trasferment un amplfcatre peraznale ha un anament pratcamente lneare nell ntrn ell rgne, cn penenza par a l crescere la tensne uscta ura Il alre ella tensne urazne V è tpcamente nferre - V a quell ella tensne almentazne 0

6 Caratterstca ngress-uscta eale Dat che è mlt grane, l nterall alr crrspnente alla regne lneare è mlt pccl (pche ecne centnaa V) Nella regne lneare s può rtenere che sa pratcamente nulla, l che equale a cnserare l guaagn pratcamente nfnt mplfcatre peraznale eale Le cnserazn preceent prtan alla efnzne ell amplfcatre peraznale eale, che è caratterzzat alle seguent prpretà esstenza ngress n nfnta esstenza uscta ut nulla Guaagn a anell apert nfnt Guaagn m cmune c null apprt reezne m cmune nfnt Larghezza bana nfnta (guaagn npenente alla frequenza)

7 Crtcrcut rtuale Un amplfcatre peraznale eale può essere rappresentat cme un pp bpl per l quale la tensne e la crrente ella prta ngress sn entrambe nulle la tensne e la crrente ella prta uscta pssn assumere entrambe alr arbtrar L ngress nertente e l ngress nn nertente sn sempre all stess ptenzale, cme se fsser cllegat tra lr a un crtcrcut Le crrent a ue termnal ngress sn sempre nulle, mentre se ue termnal fsser effettamente unt a un crtcrcut s arebbe, n generale, una crrente ersa a zer Per quest s ce che ue ngress sn n crtcrcut rtuale egn funznament Il mell ell amplfcatre peraznale eale frnsce rsultat al sl se la tensne uscta ell amplfcatre peraznale nn supera, n alre asslut, la tensne urazne V La caratterstca ngress-uscta un peraznale può essere rappresentata cn un anament lneare a tratt n cu s stngun tre regn Nelle regn urazne la tensne uscta rmane cstante e gl ngress nn sn n crtcrcut rtuale ( 0)

8 egn funznament Nelle tre regn l peraznale può essere rappresentat meante crcut equalente ers Cascun crcut equalente può essere utlzzat sl se è erfcata una cnzne altà egne lneare: 0 cnzne: V egne urazne psta: V cnzne: 0 egne urazne negata: V cnzne: 0 5 egn funznament In generale, per analzzare un crcut cn amplfcatr peraznal ccrre stuare crcut equalent relat alle are regn funznament erfcare se le cnzn altà sn ssfatte, cè se le sluzn sn accettabl E pprtun ntare che n alcun cas l crcut può aere sluzn multple, cè pssn essere erfcate smultaneamente le cnzn crrspnent a pù regn funznament Se l crcut cntene pù peraznal s rebber cnserare tutte le pssbl cmbnazn crcut equalent In pratca, spess è pssble rcnscere a prr che alcune cmbnazn nn sn accettabl e qun en essere escluse 6

9 egn funznament Se s ule rcaare la relazne tra una tensne crrente che rappresenta l ngress un crcut cntenente peraznal e una tensne crrente che ne rappresenta l uscta S analzzan crcut relat a tutte le cnzn funznament Per cascun crcut s nuan gl nterall alr ella arable ngress n crrspnenza e qual sn ssfatte le ptes altà In alcun cas è pssble che, per certe regn, le ptes nn san ma erfcate La caratterstca ngress-uscta ene ttenuta cmbnan le sluzn parzal relate alle are regn 7 etrazne D slt l amplfcatre peraznale ene utlzzat n cnfgurazne a retrazne: l segnale n uscta all amplfcatre è rprtat all ngress meante una rete retrazne (feeback) csttuta a cmpnent pass (a esemp, a resstr). Se l segnale uscta è rprtat all ngress nertente s ha una retrazne negata questa rappresenta la stuazne pù cmune Se l segnale uscta è rprtat all ngress nn nertente s ha una retrazne psta quest cllegament ene utlzzat sl n cas partclar at che slt rene l crcut nstable 8

10 mplfcatre nertente L ngress nertente è rtualmente a massa La tensne cnce cn La tensne è uguale a La crrente entrante nell ngress nertente è nulla le crrent e sn ugual 9 mplfcatre nertente Guaagn tensne V esstenza ngress n Crcut equalente 0

11 mplfcatre nertente Cnzn per l funznament nella regne lneare ffnché l'amplfcatre peraznale s tr nella regne lneare ee essere erfcata la cnzne: V V Dat che s ttene V V V V mplfcatre nertente Funznament n urazne egne urazne psta ( 0) V 0 V egne urazne negata ( 0) V 0 V V V

12 mplfcatre nertente Caratterstca ngress-uscta Saturazne psta egne lneare Saturazne negata mplfcatre nertente cn n eleata In un amplfcatre nertente, per ttenere alr eleat el guaagn ccrre che sa mlt maggre Se s ule ttenere anche un eleata resstenza ngress, e qun è grane, l alre rchest per ptrebbe rsultare trpp grane E pssble rslere l prblema mfcan l crcut n quest m

13 mplfcatre nertente cn n eleata Guaagn tensne Per << è pssble ttenere un guaagn eleat senza utlzzare per e alr gran rspett a 5 Smmatre nertente Il crcut può essere cnserat un estensne ell amplfcatre nertente In quest cas la crrente n f è uguale alla smma elle crrent egl N resstr cllegat agl ngress La tensne n uscta è una smma pea elle tensn egl ngress 6

14 7 Smmatre nertente Il pes cascuna elle tensn ngress k nella smma può essere mfcat n m npenente, mfcan la resstenza k Per l k-esm ngress, la resstenza ngress è uguale a k N k k k N k k f f 0 8 Smmatre nertente Cmbnan ue smmatr nertent s può realzzare un crcut che esegue una smma pea egl ngress cn ceffcent pst e negat c c b c a b c a

15 mplfcatre nn nertente causa el crtcrcut rtuale le tensn e ue ngress sn ugual La tensne cnce cn La crrente entrante nell ngress nertente è nulla le crrent e sn ugual 9 mplfcatre nn nertente Guaagn tensne V esstenza ngress Crcut equalente n 0

16 mplfcatre nn nertente Cnzn per l funznament nella regne lneare ffnché l'amplfcatre peraznale s tr nella regne lneare ee essere erfcata la cnzne: V V Dat che s ttene V V V V mplfcatre nn nertente Funznament n urazne egne urazne psta ( 0) V 0 V egne urazne negata ( 0) V 0 V

17 mplfcatre nn nertente Caratterstca ngress-uscta egne lneare Saturazne psta Saturazne negata Insegutre tensne Crcut equalente La tensne uscta cnce cn la tensne ell ngress nertente che, a sua lta, cnce cn la tensne a causa el crtcrcut rtuale Guaagn tensne: esstenza ngress: n esstenza uscta: ut 0

18 Insegutre tensne Spess quest crcut ene mpegat cme separatre (buffer) Il blcc ee una resstenza carc pratcamente nfnta Il blcc ee una srgente cn resstenza pratcamente nulla La tensne cnce cn la tensne a ut el blcc, npenentemente a alr ella resstenza uscta el blcc e ella resstenza ngress el blcc 5 mplfcatre fferenzale Il crcut può essere st cme una cmbnazne elle cnfgurazn nertente e nn nertente La tensne n uscta può essere alutata meante l prncp srappszne egl effett 6

19 mplfcatre fferenzale Cntrbut Dat che la crrente entrante nell ngress nertente è nulla, anche le crrent (e qun la tensne) e sn nulle Le tensn egl ngress ell amplfcatre peraznale sn nulle Dal punt sta l crcut s cmprta cme un amplfcatre nertente 7 mplfcatre fferenzale Cntrbut Dat che la crrente entrante nell ngress nn nertente è nulla, e frman un parttre a cu è applcata la tensne La tensne all uscta el parttre csttusce l ngress un amplfcatre nn nertente 8

20 9 mplfcatre fferenzale Cmbnan ue cntrbut s ha Per ttenere un amplfcatre fferenzale ccrre fare n m che ceffcent e san ugual e ppst Quest s erfca se In queste cnzn s ha (spess s pne, ) 0 CM Se rapprt tra resstr nn sn ugual, la tensne uscta è In queste cnzn, l guaagn m cmune è ers a zer Nel cas generale l guaagn fferenzale è Qun l rapprt reezne m cmune ale c CM

21 esstenza ngress fferenzale La resstenza tra ue termnal ngress, resstenza ngress fferenzale può essere alutata cllegan all ngress un generatre tensne Quest crcut nn cnsente ttenere nell stess temp alr eleat ella resstenza ngress e el guaagn Se alr e sn gran, alr rchest a e per ttenere un guaagn eleat pssn rsultare trpp gran (e qun nn essere faclmente realzzabl) mplfcatre fferenzale cn peraznal Un amplfcatre fferenzale cn prestazn mglr può essere ttenut meante questa cnfgurazne Quest crcut è nt anche cme amplfcatre per strumentazne (nstrumentatn amplfer)

22 mplfcatre fferenzale cn peraznal sta sta mplfcatre fferenzale cn peraznal causa e crtcrcut rtual, la tensne sulla resstenza cnce cn la tensne fferenzale n ngress Dat che le crrent egl ngress nertent sn nulle, la crrente n crcla anche nelle ue resstenze ll uscta el prm sta s ha la tensne Questa tensne csttusce l ngress el secn sta, che è un amplfcatre fferenzale realzzat cn un sngl peraznale e ha un guaagn par a /, qun

23 mplfcatre fferenzale cn peraznal Se s applca n ngress un segnale m cmune C, la tensne egl ngress egl peraznal el prm sta è uguale a C La tensne è nulla, qun nn crcla crrente né n né nelle resstenze ll ngress el secn sta s ha la tensne m cmune C 5 mplfcatre fferenzale cn peraznal Una tensne m cmune n ngress ene trasferta rettamente all ngress el secn sta Una tensne fferenzale n ngress ene trasferta al secn sta mltplcata per l fattre Cmplessamente s ttene un amplfcatre fferenzale che ha l stess guaagn m cmune el secn sta, ma ha un guaagn fferenzale maggre S ttene un CM maggre quell el sl secn sta Inltre, rspett a un amplfcatre fferenzale cn un sl peraznale s ha una resstenza ngress maggre (ealmente nfnta) s ha la pssbltà mfcare l guaagn mfcan l alre una sla resstenza ( ) 6

24 Segnal blancat e sblancat Un segnale n tensne può essere rappresentat alla tensne un n rspett al n massa segnale sblancat alla tensne tra ue n nessun e qual cnce cn l n massa segnale blancat fferenzale I segnal sblancat n genere rchen crcut pù semplc I segnal blancat sn pù rbust ne cnfrnt sturb cnsentn prestazn mglr n termn lneartà n sstem realzzat meante spst nn lnear n mlt cas nteresse pratc rappresentan l tp segnale spnble all uscta e trasuttr 7 Segnal blancat e sblancat n presenza sturb In presenza el sturb, la tensne all ngress el blcc b è b a Segnale sblancat a Dsturb b In presenza el sturb, la tensne all ngress el blcc b è b a a a Segnale blancat a Dsturb b Se l sturb agsce n m smle su ue cnuttr, cn tra lr, s ha, qun è mlt pccl rspett a e 8

25 Cnersne tra segnal blancat e sblancat Un amplfcatre fferenzale può essere cnserat un spst che cnerte un segnale blancat n un sblancat nche la cnersne n sens ppst può essere eseguta n ar m meante amplfcatr peraznal Esemp 9 Cnerttre crrente-tensne f S f s causa el crtcrcut rtuale la tensne e qun la crrente S sn nulle La tensne n uscta è npenente a S (l crcut s cmprta cme se all ngress fsse cllegat sl l generatre eale S ) 50

26 Cnerttre tensne-crrente L n Il carc ee essere flttante, cè nn può aere termnal cllegat fscamente a massa (anche se un termnale è cllegat a una massa rtuale) se s cllegasse a massa l ngress nertente la crrente L s annullerebbe 5 Cnerttre tensne-crrente L n E pssble utlzzare anche la cnfgurazne nn nertente In quest m s ttene una crrente cn ers ppst rspett al cas preceente 5

27 5 Cnerttre tensne-crrente cn carc rfert a massa Se la resstenza carc ha un termnale a massa s può utlzzare quest crcut Cn una scelta pprtuna e alr elle resstenze s può fare n m che la crrente nel carc sa npenente al alre L 5 Cnerttre tensne-crrente cn carc rfert a massa S può elmnare la penenza L a L pnen In queste cnzn s ttene L L L L L L L L L