Effetti della reazione sui parametri

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1 Effetti della reazione sui parametri Analizziamo come la reazione interviene sui parametri dello amplificatore complessivo, se questo è realizzato con un Amplificatore Operazionale reazionato. A d R 1 R I V E Ar, Ri, Ru Il guadagno Ar dipende solo dal rapporto / La reazione determina una stabilizzazione del guadagno Resistenza di ingresso Ri Il morsetto di ingresso dell amplificatore complessivo coincide con ul morsetto di ingresso dell Operazionale; con l approssimazione di Amplificatore Operazionale ideale, nel morsetto di ingresso non scorre corrente, quindi: Ri. Resistenza di uscita Ru la frazione di tensione di uscita riportata all ingresso è determinata dal partitore /, e non dipende dal carico, quindi: Ru = 0 Lezione A3, slide 17

2 Test lezione A3 Quali sono le caratteristiche di un amplificatore operazionale ideale? Quanto vale la tensione differenziale di ingresso di un operazionale (ideale)? Per quale motivo l impedenza di ingresso di un amplificatore di tensione deve essere alta? 18 Perché la reazione negativa abbassa la resistenza di uscita di un amplificatore di tensione? 19 Dove è utile un amplificatore con guadagno di tensione unitario Cosa è una massa virtuale? Come riconoscere un amplificatore invertente da uno non invertente? Nella risoluzione di una rete elettrica con amplificatori operazionali, quale operazione conviene eseguire per prima? 48 Come si calcola l uscita complessiva in presenza di più ingressi? 56 Una catena formata da 5 amplificatori di tensione noninvertenti può essere ricondotta a un doppio bipolo con 2/3/4 parametri? Come si può ottenere un amplificatore di tensione invertente con elevata impedenza di ingresso? , 32 Lezione A3, slide 69

3 Circuito con più operazionali Circuito semplificato A1 R 6 V 1 R 5 R 4 R 10 A2 Primo amplificatore (A1) Configurazione di amplificatore di tensione non invertente Vu1 = V1(R4/01) Secondo amplificatore Configurazione di amplificatore di tensione invertente (in realtà è di transresistenza, la tensione di ingresso viene trasformata in corrente da R5, e questa stessa corrente circolando in R6 determina la tensione di uscita Vu = Vi2 R6/R5 Funzione di trasferimento complessiva Vu = V1 (R4/0 1) R6 / R5 Lezione A3, slide 68

4 Calcolo complessivo Per analizzare un circuito con più ingressi occorre Separare gli ingressi Trasformate la rete in una catena di amplificatori Analizzare separatamente ciascun amplificatore con un solo ingresso Combinare i risultati. R 6 V 1 R 4 R 1 V 2 R 3 R5 R 7 R 8 R 6 V1 1 R3 V2 R7 R6 V E //R4 2 Lezione A3, slide 62

5 Ingresso V2 Le resistenze e R4 vanno in parallelo tra morsetto invertente e massa Le resistenze R3 e R7 formano un partitore dalla V2 al morsetto noninvertente R 6 R 4 V 2 R 3 R 7 L amplificatore è in una configurazione di amplificatore di tensione noninvertente, con un partitore all ingresso R3 V2 R7 Vd R6 VE //R4 VU2 Lezione A3, slide 59

6 Ingresso V1 Le resistenze R3 e R7 vanno in parallelo tra di loro, tra morsetto noninvertente e massa in R3//R7 non circola corrente, la caduta di tensione è 0 possono essere sostituite da un Corto Circuito La resistenza R4 è tra un nodo a potenziale 0 (massa virtuale) e massa non è mai percorsa da corrente e può essere rimossa. R 6 V 1 R 4 R 3 R 7 Rimane un amplificatore invertente, con guadagno R6/ R 6 V1 1 Lezione A3, slide 58

7 Componenti non rilevanti È collegata tra due generatori di tensione; la corrente che scorre in dipende solo da V1 e V2, non dal resto del circuito. Può essere rimossa (sostituita con Circuito Aperto). R5 R8 Inserita in serie a un ingresso di Amplificatore Operazionale, quindi percorsa da corrente nulla. La caduta di tensone su R5 è sempre = 0. Può essere sostituita con un Corto Circuito. Collegata in parallelo a un generatore di tensione (Ad Vd, in uscita all operazionale). Può essere rimossa. R 6 V 1 R 1 R 4 V 2 R 3 R5 R 7 R 8 R 6 V 1 R 4 V 2 R 3 R 7 Lezione A3, slide 56

8 Esempio 2 Resistenze tra nodi alla stessa tensione I = V/R: non scorre corrente, possono essere sostituite con circuiti aperti Resistenze in rami a corrente nulla V = I R: non cade tensione, possono essere sostituite con cortocircuiti. Queste variazioni modificano la potenza dissipata non modificano correnti e tensioni nella altre parti della rete Lezione A3, slide 50

9 Esempio 1 Resistenze in parallelo a generatori di tensione non modificano la tensione ai capi del generatore. possono essere sostituite con circuiti aperti. Resistenze in serie a generatori di corrente non modificano la corrente nella maglia. possono essere sostituite con cortocircuiti. Vale anche per le Z! Lezione A3, slide 49

10 Reazione positiva In tutti gli esempi precedenti la reazione è sempre fornita da un elemento inserito tra morsetto di uscita e morsetto di ingresso (in questi casi una resistenza). Questa reazione negativa (o controreazione) tende a rendere minime le variazioni di tensione all ingresso, e ha l effetto di stabilizzare il punto di funzionamento e in generale i parametri dell amplificatore. VI Vd VU In questo schema la resistenza di reazione è collegata tra uscita e il morsetto di ingresso: la reazione è positiva, e ha l effetto di esaltare le variazioni applicate all ingresso. I circuiti con reazione positiva non sono amplificatori: in questo caso si tratta di un comparatore di soglia con isteresi (analizzato all inizio della parte sui moduli digitali). Lezione A3, slide 46

11 Amplificatore di tensione invertente Il circuito ha un elemento ( ) collegato tra uscita e morsetto : è presente reazione negativa le grandezze di ingresso e uscita sono tensioni è un amplificatore di tensione L ingresso è sul morsetto : è un amplificatore invertente L ovale tratteggiato evidenzia un circuito con lo stesso schema, ma disegno differente Lezione A3, slide 45

12 Amplificatore di tensione noninvertente Il circuito ha un elemento ( ) collegato tra uscita e morsetto : è presente reazione negativa Le grandezze di ingresso e uscita sono tensioni: è un amplificatore di tensione L ingresso è sul morsetto : è un amplificatore non invertente L ovale tratteggiato evidenzia un circuito con lo stesso schema, ma disegnato in modo differente Lezione A3, slide 44

13 Riconoscere la configurazione Riconoscere il tipo di amplificatore e la configurazione (I/nonI) I1 I2 II VD I Zc IU A I M I I Rm B V D VD Ad C VI VE VU VI VD Ad Rc IU D VS Rs E VU Vd VU F VI Lezione A3, slide 43

14 Amplificatori con uscita in corrente Questo amplificatore ha ingresso in tensione e uscita in corrente Ri alta, Ru alta E un amplificatore di transconduttanza (Gm) V = 0, I U d V = R S S I VI = R V = V S S G m = 1 R S V D V S Zc Rs I U Lezione A3, slide 41

15 Calcoli per amplificatore di corrente Tutta la corrente del generatore esterno deve circolare nell ingresso Ri bassa Tutta la corrente in uscita deve circolare nel carico Ru alta La corrente di uscita Iu si ripartisce nel partitore di corrente /. La frazione che scorre in è pari alla corrente di ingresso Ii. V = 0, I 1 U d I = 0, I R 1 = I 2 R I = I I 2 1 = I1 I2 = II I R 2 R = I R 2 2 I I I 1 I 2 Zc I U Esempio di amplificatore con ingresso in corrente e uscita in corrente (current follower) Questo circuito riporta la corrente di ingresso Ii su un carico Zc. Il generatore di ingresso lavora in CC (Vd = 0). E un buffer (ripetitore) di corrente (a guadagno unitario) V = 0, U d I = 0, I = I = I 1 I I = I I 1 I I I I 1 Zc I U Lezione A3, slide 40

16 Perché Ri = 0? Il morsetto di ingresso corrisponde all ingresso invertente dell Amplificatore Operazionale. Quando l A.O. opera in linearità, la tensione differenziale di ingresso Vd è nulla. Il morsetto noninvertente () è collegato a massa, quindi anche il morsetto invertente () è a 0 V (massa virtuale) La corrente iniettata nel nodo di ingresso non modifica la sua tensione: V = 0 per qualunque I; la Requivalente è = 0 Dato che Ri = 0, tutta la corrente fornita dal generatore I1 diventa corrente Ii entrante nel morsetto di massa virtuale (ovvero non circola corrente nella resistenza equivalente Rg del generatore). Dato che I = 0, tutta la corrente Ii circola nella resistenza di reazione Rm. La tensione di uscita è Vu = 0V(massa virtuale) Im Rm = I1 Rm Il circuito è un amplificatore con transresistenza Rm R I I M I I I R M I 1 R G A.O. Lezione A3, slide 31

17 Esempio numerico schema base con R 1 = 90 kω, = 10 kω ; Av =? I = 0; non vi è caduta su Rs Vi = Vs Rs V S V A d d V E R 1 R c Vd = 0; Ve = Vi = Vs Dal partitore di uscita: Ve = Vu /( ) Complessivamente Av = Vu/Vi = ()/ = (9010)/10 = 10 non intervengono generatore: Rs carico: Rc è un amplificatore ideale di tensione Lezione A3, slide 21