Amplificatori operazionali

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1 mplfcatr peraznal Parte (ersne el ) mplfcatr peraznal nn eal Il cmprtament egl amplfcatr peraznal real può scstars al mell eale per ers mt D segut errann pres n esame gl effett prtt alle seguent caratterstche nn eal Guaagn fnt Saturazne esstenza ngress fnta esstenza uscta nn nulla Massma crrente n uscta lmtata Errr n cntnua Tensne ffset Crrent plarzzazne

2 3 Effett el guaagn a anell apert fnt mplfcatre nn nertente Se s tene cnt el alre fnt el guaagn a anell apert, la relazne tra le tensn ngress e uscta un amplfcatre nn nertente può essere ttenuta nel m seguente ) ( 4 Effett el guaagn a anell apert fnt mplfcatre nn nertente Qun l guaagn tensne è Il guaagn a anell apert può essere cnserat pratcamente nfnt se rsulta mlt grane rspett a + / L errre relat cmmess utlzzan l espressne el guaagn eale è ) (

3 5 Effett el guaagn a anell apert fnt mplfcatre nertente Per l amplfcatre nertente, tenen cnt el alre fnt el guaagn a anell apert s ttene 6 Effett el guaagn a anell apert fnt mplfcatre nertente In quest cas l guaagn è S può rcnscere che la cnzne che ee essere ssfatta affnché pssa essere rtenut pratcamente nfnt cnce cn quella rcaata per l amplfcatre nn nertente Qun l errre relat cmmess cnseran nfnt è

4 Esemp mplfcatre nertente mplfcatre nn nertente Errre Errre 0 k 0 k 0 k 00 k 0 k M 0 k 0 M Guaagn a anell apert: etrazne Gl amplfcatr nertente e nn nertente sn cas partclar amplfcatr n retrazne L schema generale un amplfcatre n retrazne può essere rappresentat nel m seguente Il blcc rappresenta un amplfcatre cn guaagn Il blcc rappresenta una rete lneare passa (rete retrazne) alla cu uscta s ha l segnale f Quest segnale ene sttratt al segnale ngress e la fferenza f csttusce l ngress el blcc 8

5 etrazne Cmbnan le equazn preceent s può etermnare l guaagn ell amplfcatre n retrazne f (guaagn a anell chus) f f f La quanttà + è etta tass retrazne Se + f (retrazne negata cntrreazne) Se + f (retrazne psta reazne) 9 Effett ella retrazne negata Negl amplfcatr la retrazne negata ene utlzzata per ttenere ar effett qual Desensblzzazne el guaagn uzne ella strsne nn lneare uzne e sturb ument ella larghezza bana La retrazne psta pruce effett ppst e, qun, slt nn eserat (esstn cmunque anche applcazn che sfruttan la retrazne psta) 0

6 Desensblzzazne el guaagn Se l guaagn ell amplfcatre subsce una arazne, la crrspnente arazne el guaagn a anell chus è f f ( ) D cnseguenza, la arazne relata f è f ( ) ( ) f f Se + le arazn relate f sn nferr a quelle f f Desensblzzazne el guaagn l lmte, se + è mlt grane s ttene una esensblzzazne ttale el guaagn f In queste cnzn l guaagn pene sl alla rete retrazne e rsulta npenente a (purché sa abbastanza grane) Quest rappresenta un antagg perché, essen l parametr trasferment una rete passa, n genere può essere realzzat cn una precsne mlt superre a quella cn cu può essere un amplfcatre cn guaagn

7 Lnearzzazne S cnsera l cas n cu l amplfcatre ha una caratterstca trasferment nn lneare f( ) La tensne all ngress el blcc è In queste cnzn la penenza ella caratterstca trasferment ell amplfcatre n retrazne (guaagn fferenzale) è cè f f f f f 3 Lnearzzazne La relazne f f mstra che n presenza retrazne negata, cè se f la caratterstca ha un anament pù lneare rspett a f( ) Infatt s ha una ruzne maggre ella penenza ella caratterstca ne tratt a penenza pù eleata e mnre ne tratt a penenza mnre l lmte, ne tratt n cu l guaagn fferenzale è mlt eleat la penenza ene pratcamente cstante e è etermnata uncamente alla rete retrazne f 4

8 Lnearzzazne Esemp Senza retrazne Cn retrazne 5 uzne e sturb La retrazne negata può essere utlzzata per rurre sturb che hann rgne nell amplfcatre S cnsera l cas n cu un sturb n ene ntrtt n un sta nterme ell amplfcatre, p che l segnale ha subt un amplfcazne Il segnale all uscta ell amplfcatre è n s n s segnale utle n sturb 6

9 uzne e sturb In assenza retrazne l segnale n uscta è n s n partà segnale n ngress l rapprt tra l segnale e l sturb n uscta nn è mfcat alla retrazne s s partà segnale utle n uscta s ha un mglrament el rapprt segnale-sturb ut al fattre (+) s s n n s s n n s n 7 uzne e sturb La retrazne rsulta utle ne cas n cu è pssble aumentare l ampezza el segnale n ngress (n m a aere l stess segnale utle n uscta) senza alterare l sturb Nn è pssble mglrare l rapprt segnale-sturb se l sturb è srappst al segnale ngress Le cnserazn fatte per un sturb che nterene n un sta nterme pssn essere rpetute anche ne cas n cu l sturb ene ntrtt all uscta ell amplfcatre (n quest cas s ha e ) ppure all ngress (, ) e le cnclusn che s ttengn sn le stesse 8

10 Increment ella larghezza bana Se la rete retrazne è puramente ressta, nel cas retrazne negata s ttene anche una ruzne ella penenza el guaagn ell amplfcatre alla frequenza D cnseguenza s ttene un amplament ella bana passante ell amplfcatre Maggr ettagl su quest punt errann presentat n segut 9 mplfcatre nn nertente L amplfcatre nn nertente può essere mess rettamente n crrspnenza cn l schema un amplfcatre n retrazne Il blcc è csttut al parttre tensne frmat a e 0

11 mplfcatre nn nertente Il guaagn a anell chus ale ( ) f Impnen s rtra la cnzne Quan queste cnzn sn ssfatte s ha mplfcatre nertente L amplfcatre nertente può essere rappresentat cn un schema smle al preceente, csttut a un amplfcatre n retrazne preceut a un blcc cn funzne trasferment

12 mplfcatre nertente Il guaagn a anell chus ale f nche n quest cas, mpnen s rtra la cnzne Quan queste cnzn sn ssfatte s ha 3 Saturazne Fnra s è assunt che gl amplfcatr peraznal aesser un cmprtament lneare Questa ptes è erfcata sl per un nterall lmtat alr ella tensne uscta, che nn può superare n alre asslut la tensne urazne La caratterstca ngress-uscta un peraznale può essere rappresentata cn un anament lneare a tratt n cu s stngun tre regn 0 4

13 egn funznament Nelle tre regn l peraznale ene rappresentat meante crcut equalente ers Cascun crcut equalente può essere utlzzat sl se è erfcata una cnzne altà egne lneare: 0 cnzne: egne urazne psta: cnzne: 0 egne urazne negata: 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

14 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 mplfcatre nn nertente egn funznament egne lneare ( ) 8

15 mplfcatre nn nertente egn funznament egne urazne psta ( 0) 0 egne urazne negata ( 0) 0 9 mplfcatre nn nertente Caratterstca ngress-uscta egne lneare Saturazne psta Saturazne negata 30

16 3 mplfcatre nertente egn funznament egne lneare ( ) 3 mplfcatre nertente egn funznament egne urazne psta ( 0) egne urazne negata ( 0) 0 0

17 mplfcatre nertente Caratterstca ngress-uscta Saturazne psta egne lneare Saturazne negata 33 Esemp cn retrazne psta egn funznament egne lneare ( ) In questa regne l cmprtament el crcut è apparentemente entc a quell un amplfcatre nertente 34

18 Esemp cn retrazne psta egn funznament egne urazne psta ( 0) 0 egne urazne negata ( 0) 0 35 Esemp cn retrazne psta Caratterstca ngress-uscta egne lneare Saturazne psta Saturazne negata 36

19 Stabltà La caratterstca cmpleta el crcut cn retrazne psta è ersa a quella ell amplfcatre nertente Per alr cmpres tra s hann tre pssbl alr ella tensne uscta S può erfcare che alr cntenut nella regne lneare crrspnn a stat nstabl, qun nn è pssble fare funznare l amplfcatre peraznale n questa regne 37 Stabltà S assume che entramb crcut pern nella regne lneare e che (per esemp a causa un sturb) s abba un ncrement In entramb cas la tensne el n X tene a aumentare Nel prm crcut s ha un aument ella tensne ell ngress nertente che tene a fare mnure rprtanl al alre nzale Nel secn crcut s ha un aument ella tensne ell ngress nn nertente che tene a fare aumentare ulterrmente In quest cas cntnua a aumentare fnché nn ene raggunta la regne urazne 38

20 Stabltà In m analg s può erfcare che un sturb che tenesse a far mnure la tensne uscta prterebbe l secn crcut nella cnzne urazne negata Nella regne urazne psta, la tensne ell ngress nn nertente ene mantenuta a un alre maggre e qun tale a mantenere l amplfcatre peraznale n urazne nalgamente, nella regne urazne negata, la tensne ell ngress nn nertente ene mantenuta a un alre mnre Le regn urazne crrspnn, qun, a stat stabl 39 Ccl steres S assume che nzalmente sa e qun che l crcut sa n cnzn urazne negata Se s aumenta, rmane negata fnché nn raggunge l alre Per alr maggr è psta, qun l crcut s prta nella cnzne urazne psta In queste cnzn, se s mnusce, rmane psta fnché nn ene raggunt l alre Per alr nferr, ene nuamente negata e l crcut rtrna nella cnzne urazne negata Qun, cmplessamente s ttene un ccl steres 40

21 Ccl steres 4 Cmparatre cn steres Il cmprtament el crcut pene al alre ella tensne uscta Se =, passa al alre quan sale al spra ella tensne sgla psta th Se =, passa al alre quan scene al stt ella tensne sgla negata th 4

22 Esemp Dat un segnale ngress snusale el tp ( t) M sen( t) s ule realzzare un crcut che frnsca n uscta una tensne el tp ( t) per ( t) 0 per ( t) 0 Questa funzne può essere realzzata meante un amplfcatre peraznale nn retraznat In quest cas crrspne alla tensne urazne ell peraznale 43 Esemp Se al segnale (t) s srappne un sturb, n prssmtà e punt n cu l segnale s annulla s pssn aere attraersament multpl ell zer che ann lug a mpuls spur n uscta Se s hann nfrmazn sulla massma ampezza che può assumere l sturb, è pssble etare quest ncnenente meante un cmparatre a steres cn tensne sgla th aeguata In quest cas, per passare a un stat all altr ccrre una arazne el segnale ngress nn nferre a th 44

23 Esemp: cmparatre 45 Esemp: cmparatre cn steres 46

24 esstenza ngress In un amplfcatre peraznale reale s hann resstenze alre fnt sa tra ue ngress sa tra gl ngress e la massa S efnscn le seguent resstenze ngress esstenza ngress fferenzale msurata tra ue ngress alr tpc ell rne M esstenza ngress m cmune c msurata tra gl ngress cllegat tra lr e la massa alr tpc ell rne 00 M 47 esstenza ngress esstenza ngress fferenzale I esstenza ngress m cmune c I 48

25 esstenza ngress un amplfcatre nn nertente Per alutare la resstenza ngress un amplfcatre nn nertente s può fare rferment al seguente crcut n I 49 esstenza ngress un amplfcatre nn nertente Il crcut può essere rsegnat n quest m // c Qun s ha n // n n c ( ) ( ) 50

26 esstenza ngress un amplfcatre nn nertente Dat che nrmalmente c e l secn aen nell espressne n è trascurable rspett al prm s può prre n // c n Qun se + è mlt grane rsulta n 5 esstenza uscta Se la resstenza uscta ell peraznale nn è uguale a zer, s può etermnare la resstenza uscta sa ell amplfcatre nertente sa quell nn nertente meante l seguente crcut I ut I 5

27 esstenza uscta Qun s ttene ut I Dat che nrmalmente, s può prre ut Qun se + è mlt grane ut è mlt pccl rspett a Per esemp, per un nsegutre tensne ( ) realzzat cn un amplfcatre peraznale cn 0 5 e 00 s ha ut m 53 Massma crrente n uscta La crrente uscta un amplfcatre peraznale nn può superare, n alre asslut, un alre lmte tpcamente ell rne qualche ecna m Se l crcut rchee all amplfcatre peraznale una crrente maggre, la tensne uscta ura al alre crrspnente alla massma crrente ergable 54

28 Tensne ffset Se le tensn applcate agl ngress un amplfcatre peraznale sn nulle, anche la tensne uscta rebbe essere nulla In pratca, a causa asmmetre ell sta ngress, n queste cnzn s ttene una tensne ersa a zer La tensne uscta può essere azzerata cllegan un generatre tensne alre OS (tensne ffset) cn pprtuna plartà a un egl ngress (la plartà OS nn è nta a prr) I alr tpc OS sn ell rne qualche m L amplfcatre peraznale s cmprta cme se nternamente fsse presente un generatre tensne OS cn plartà ppsta rspett al generatre estern 55 Tensne ffset La tensne ffset etermna una traslazne ella caratterstca ngress-uscta ell amplfcatre peraznale, che cnseguenza nn è pù smmetrca rspett all rgne Quan gl ngress s pssn rtenere n cnzn crtcrcut rtuale la tensne nn è nulla ma è uguale a OS 56

29 Tensne ffset zzeran l ngress gl amplfcatr nertente e nn nertente assumn la stessa cnfgurazne In entramb cas l effett ella tensne ffset sull uscta può essere etermnat meante quest crcut La tensne n uscta è uguale alla tensne ffset mltplcata per l guaagn crrspnente all amplfcatre nn nertente 57 Tensne ffset D slt gl amplfcatr peraznal spngn una cpa termnal aggunt a cu ene cllegat un crcut per la cmpensazne ella tensne ffset Nel cas pù cmune quest termnal sn cllegat meante un ptenzmetr all almentazne negata Spstan l cursre el ptenzmetr alla pszne centrale s ntruce un sblancament nel crcut cn cu s può cmpensare l effett ell asmmetra ell sta ngress ell peraznale 58

30 Crrent plarzzazne Per far funznare l amplfcatre peraznale ccrre che a su termnal ngress engan frnte elle crrent cntnue I B, I B ette crrent plarzzazne ngress Queste crrent pssn essere rappresentate meante ue generatr crrente cllegat tra gl ngress e la massa E mprtante ntare che la presenza queste crrent nn è n relazne cl fatt che la resstenza ngress ell amplfcatre peraznale ha alre fnt I alr I B e I B slt nn sn ugual e la lr fferenza I OS I B I B è etta crrente ffset ngress 59 Crrent plarzzazne Per gl amplfcatr peraznal realzzat cn transstr bplar alr tpc elle crrent plarzzazne sn ell rne 00 n, mentre l alre ella crrente ffset e ell rne 0 n Sa nel cas ell amplfcatre nertente, sa n quell ell amplfcatre nn nertente, l effett ella tensne ffset sull uscta può essere etermnat meante quest crcut 60

31 Crrent plarzzazne L effett elle crrent plarzzazne sull uscta può essere rtt nseren una resstenza n sere all ngress nn nertente 0 I B 3 I B I B 3 I B 3 I B 6 Crrent plarzzazne Se le crrent plarzzazne fsser ugual s ptrebbe azzerare la tensne uscta pnen In pratca, cn quest alre 3 s ttene 0 I B IB) ( I OS che, nrmalmente, crrspne a una ruzne ella tensne uscta crca un rne granezza 6