Amplificatori operazionali

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1 mplcatr peraznal Parte (ersne del -5-7) etrazne Se s tene cnt del att che nella regne lneare l guadagn ad anell apert nn è nt, s ttengn, per le cngurazn nn nertente e nertente, le relazn seguent d d mplcatre nn nertente mplcatre nertente

2 3 etrazne Le due equazn precedent sn un cas partclare dell equazne che può essere rappresentata medante l schema a blcch Quest schema mstra che due amplcatr csttuscn cas partclar d sstem n retrazne La tensne derenzale d ngress d è una cmbnazne del segnale d ngress e del segnale d uscta nertentereamplcatnertentennreamplcat 4 etrazne Il guadagn degl amplcatr può essere espress cme de è dett guadagn ad anell chus Il prdtt è dett guadagn d anell Se e qund (cme aene per gl amplcatr nertente e nn nertente) s ha una retrazne negata cntrreazne Se e qund s ha una retrazne psta reazne

3 lcun eett della retrazne negata Negl amplcatr la retrazne negata ene utlzzata per ttenere ar eett qual Desensblzzazne del guadagn duzne della dstrsne nn lneare ument della larghezza d banda La retrazne psta prduce eett ppst e, qund, d slt nn desderat (esstn cmunque anche applcazn che sruttan la retrazne psta) 5 Desensblzzazne del guadagn Se l guadagn dell amplcatre subsce una arazne d, la crrspndente arazne del guadagn ad anell chus è d d d d d ( ) D cnseguenza, la arazne relata d è d d d ( ) ( ) d Se le arazn relate d sn nerr a quelle d d d d 6

4 7 Desensblzzazne del guadagn l lmte, se è mlt grande s ttene una desensblzzazne ttale del guadagn In queste cndzn l guadagn ad anell chus dpende sl dalla rete d retrazne e rsulta ndpendente da Quest rappresenta un antagg perché, essend l parametr d traserment d una rete passa, n genere può essere realzzat cn una precsne mlt superre a quella cn cu può essere un amplcatre cn guadagn 8 Eett del guadagn ad anell apert nt Nel cas degl amplcatr nertente e nn nertente, se e qund s ttene In entramb cas l scstament relat del guadagn reale da quell ttenut cn l ptes d amplcatre peraznale deale d è nertentennreamplcatl'pernertentereamplcatl'per d d d

5 Esemp mplcatre nertente mplcatre nn nertente d % d % k k k k k M k M Guadagn ad anell apert: 5 9 Eett della resstenza d ngress nn nnta Idealmente un amplcatre nn nertente ha resstenza d ngress nnta Se l amplcatre peraznale ha una resstenza d ngress n nta, anche la resstenza d ngress dell amplcatre nn nertente n ha alre nt Per determnare ' n, s può ntare che algn le relazn d

6 Eett della resstenza d ngress nn nnta Qund s ha d n n D cnseguenza la resstenza d ngress è n n Se rsulta anche ' n n, cè, per eett della retrazne, la resstenza d ngress dell amplcatre nn nertente rsulta mlt maggre della resstenza dell amplcatre peraznale nn retraznat Eett della resstenza d uscta nn nulla Idealmente la resstenza d uscta d n amplcatre peraznale è uguale a zer Per determnare l eett d una resstenza d uscta nn nulla, sa nel cas dell amplcatre nertente, sa n quell dell amplcatre nn nertente, s può calclare la resstenza d uscta ' dell amplcatre studand l seguente crcut (ttenut annulland la tensne d ngress ) V I

7 Eett della resstenza d uscta nn nulla S può ntare che V d D cnseguenza la crrente I è V d V I V Nrmalmente l secnd termne entr la parentes è trascurable rspett al prm qund V I Se, per eett della retrazne s ha ' << Per esemp, per un nsegutre d tensne ( ) realzzat cn un amplcatre peraznale cn 5 e rsulta ' m 3 Lnearzzazne S cnsdera l cas n cu l amplcatre ha una caratterstca d traserment nn lneare ( d ) La tensne derenzale d ngress è d In queste cndzn la pendenza della caratterstca d traserment dell amplcatre n retrazne (guadagn derenzale) è d d d cè d d dd d d d d d d d d dd d dd d d d 4

8 Lnearzzazne La relazne d d dd d d dd mstra che n presenza d retrazne negata, cè se d dd la caratterstca ha un andament pù lneare rspett a ( d ) Inatt s ha una rduzne maggre della pendenza della caratterstca ne tratt a pendenza pù eleata e mnre ne tratt a pendenza mnre l lmte, ne tratt n cu l guadagn derenzale è mlt eleat la pendenza dene pratcamente cstante ed è determnata uncamente dalla rete d retrazne d d d d d 5 Lnearzzazne Esemp Senza retrazne Cn retrazne 6

9 spsta n requenza d un amplcatre peraznale La dpendenza del guadagn ad anell apert d un amplcatre peraznale dalla requenza può essere rappresentata dalla relazne ( j) Mdell a un pl j = guadagn ad anell apert n cntnua = pulsazne de tagl () = requenza d tagl Il guadagn dmnusce cn pendenza - db/decade (-6 db/ttaa) a partre da una requenza relatamente bassa Valr tpc d sn dell rdne d Hz Quest cmprtament è dut a un cndensatre che ene nsert nel crcut dell amplcatre peraznale ed ha l scp d garantre che l amplcatre sa stable quand ene cllegat n retrazne (cmpensazne n requenza) 7 spsta n requenza d un amplcatre peraznale db / decade 8

10 spsta n requenza d un amplcatre peraznale In un amplcatre peraznale reale sn present numers eett reatt parasst La unzne d traserment ha un numer eleat d pl I pl dut agl eett parasst sn pst a requenze mlt maggr d (n genere l secnd pl crrspnde ad una requenza maggre d MHz) Per requenze nerr a quella a cu nterene l secnd pl, l cmprtament dnamc dell amplcatre peraznale è determnat dal prm pl (pl dmnante) 9 Banda d guadagn untar La requenza UG per cu l guadagn rsulta uguale a densce la banda d guadagn untar dell amplcatre peraznale Dat che UG >>, s ha ( j UG ) UG UG/ Inltre, per UG >> l guadagn può essere espress dalla relazne apprssmata UG ( j) / Nta: quest rsultat algn se alla requenza UG l amplcatre peraznale (cme aene nrmalmente) può essere rappresentat medante l mdell a un pl (cè se gl altr pl sn a requenze maggr d UG )

11 Prdtt guadagn larghezza d banda Per gl amplcatr nertente e nn nertente, tenend cnt della dpendenza dalla requenza del guadagn ad anell apert, s ttene V ( j) / j/ ( j) V ( j) / j/ /( ) j j ( ) de è l guadagn n cntnua ad anell chus ( ) è la requenza d tagl ad anell chus Prdtt guadagn larghezza d banda Cmplessamente per eett della retrazne s ttene una rduzne del guadagn n cntnua d un attre + un aument della requenza d tagl (cè un aument della larghezza d banda) dell stess attre ) ( ) ( Il prdtt guadagn larghezza d banda (GBW) nn camba GBW Inltre (se alla requenza d guadagn untar ale l mdell a un pl) s ha anche GBW UG

12 Prdtt guadagn larghezza d banda lg( ) lg lg( ) Guadagn (db) db / decade lg 3 spsta n requenza degl amplcatr nertente e nn nertente Sa nella cngurazne nertente sa n quella nn nertente rsulta Per l guadagn n cntnua ad anell chus è Qund n entramb cas la larghezza d banda b dell amplcatre è data dalla relazne b GBW GBW GBW 4

13 spsta n requenza degl amplcatr nertente e nn nertente Per l amplcatre nn nertente l guadagn n cntnua cncde cn Qund la larghezza d banda d un amplcatre nn nertente cn guadagn n cntnua è b GBW GBW GBW Per l amplcatre nertente, a causa del attre, l prdtt b dmnusce al dmnure del guadagn n cntnua Per un amplcatre nertente cn guadagn n cntnua la larghezza d banda è b GBW GBW GBW 5 Esemp 5 GBW MHz mplcatre nn nertente mplcatre nertente b b MHz.5 5 khz. khz khz. khz khz. khz Hz 6

14 Cngurazne nertente generalzzata Se nella cngurazne nertente s ssttuscn le resstenze e cn due mpedenze Z (j) e Z (j) s ttene un crcut aente unzne d traserment H( j) V V Z Z ( j) ( j) 7 Integratre Dat che l ngress nertente è rtualmente a massa s ha ( t) ( t) Inltre C ( t) ( t) Qund, se per t la tensne del cndensatre è C () V, s rcaa ( t) C ( t) C () C x dx V x dx C ( ) C ( ) L uscta è V pù un termne prprznale all ntegrale dell ngress C = cstante d temp dell ntegratre t t 8

15 Integratre spsta n requenza S pne Z Z jc La unzne d traserment è V Z H( j) V Z jc Qund s ha H( j) C H() (db) db / decade arg H( j) 9 Il mdul della unzne d traserment ale (guadagn = db) per (C) db C 9 Integratre spsta n requenza Dat che l guadagn aumenta al dmnure della requenza, l ntegratre rsulta partclarmente sensble a dsturb a bassa requenza In partclare per tendente a Il cndensatre tende a cmprtars cme un crcut apert e l guadagn tende a nnt Idealmente una pccla cmpnente cntnua del segnale d ngress prdurrebbe una tensne d uscta nnta In pratca l amplcatre peraznale ene prtat n saturazne, qund n queste cndzn nn s può rappresentare cme amplcatre peraznale deale 3

16 Lmtazne del guadagn a bassa requenza I prblem relat al cmprtament a bassa requenza pssn essere rdtt cllegand un resstre n parallel al cndensatre Il cmprtament del crcut, però, s dscsta da quell dell ntegratre deale (n msura maggre al dmnure d ) In quest cas s ha Z jc Qund la unzne d traserment è Z H( j) Z j C / j C 3 Lmtazne del guadagn a bassa requenza Cn l nserment d l pl della unzne d traserment s spsta da s a s /( C) In cntnua l guadagn è nt e ale Per ( C) s ha H( j) / j C j C e qund l cmprtament del crcut è smle a quell d un ntegratre deale 3

17 Lmtazne del guadagn a bassa requenza lg H (db) db / decade 8 arg(h) 9 C 33 Fltr passa-bass nertente del rdne Quest crcut s cmprta cme un ltr passa-bass del prm rdne La pulsazne d tagl è C Il guadagn n cntnua ale H 34

18 Deratre La tensne del cndensatre cncde cn la tensne d ngress ( t) ( t) Le crrente del cndensatre può crclare sl attraers d ( t) C ( t) C dt Qund s ttene C ( d t) C dt L uscta è prprznale alla derata dell ngress C = cstante d temp del deratre 35 Deratre spsta n requenza S pne Z Z jc La unzne d traserment è Z H( j) jc Z Qund s ha H( j) C H() (db) H() (db) db / decade arg H( j) 9 Il mdul della unzne d traserment ale (guadagn = db) per (C) db C 36

19 Lmtazne del guadagn ad alta requenza Il deratre rsulta mlt sensble a dsturb ad alta requenza apde arazn del segnale d ngress (dute per esemp a rumre) pssn prdurre de pcch d ampezza eleata n uscta Inltre deratr tendn ad aere prblem d stabltà Quest prblem pssn essere rdtt cllegand un resstre n sere al cndensatre Il cmprtament del crcut, però, s dscsta da quell del deratre deale (n msura maggre all aumentare d ) In quest cas s ha Z jc Z H( j) Z jc j C 37 Lmtazne del guadagn ad alta requenza L nserment d ntrduce nella unzne d traserment un pl per s /( C) d alta requenza, cè per maggre della pulsazne d tagl /( C), l guadagn ale Per ( C) s ha H( ) j C j e qund l cmprtament del crcut è smle a quell d un deratre deale 38

20 Lmtazne del guadagn ad alta requenza lg H (db) db / decade arg(h) 9 8 C 39 Fltr passa-alt nertente del rdne Quest crcut s cmprta cme un ltr passa-alt del prm rdne La pulsazne d tagl è C Il guadagn n cntnua ale 4 H 4

21 Fltr passa-banda Cmbnand due crcut precedent è pssble ttenere un ltr passabanda In quest cas la unzne d traserment è H( s) V V C s ( C s)( C s) H s s s 4 Fltr passa-banda Nell ptes che le due pulsazn d tagl sddsn la cndzne C C per cmpres tra e l guadagn ale H (guadagn d centr banda) l d ur della banda passante l guadagn dmnusce cn pendenza db/decade 4