Amplificatori Operazionali
Introduzione
L’ Amplificatore Operazionale è un amplificatore differenziale che genera al terminale di uscita una tensione proporzionale alla differenza di tensione fornite ai due terminali di ingresso. Deve essere alimentato con una tensione duale +- VCC che varia da 5V a 15V.
Questo dispositivo fu originariamente creato per lo svolgimento di operazioni
matematiche, i primi amp-op furono prodotti intorno agli anni 40, realizzati
tramite le valvole ma erano ingombranti e consumavano molta energia oltre
al fatto che erano molto imprecisi. Grazie al progresso della miniaturizzazione
nel 1964 fu introdotto l’ua741, uno dei più famosi operazionali. Oggi, gli
amp-op sono vastamente utilizzati in elettronica grazie alla loro versatilità e dimensione.
Idealmente l’amplificatore operazionale è caratterizzato da un impedenza di ingresso infinita, guadagno di tensione infinito e impedenza di uscita nulla. L’amplificatore operazionale reale si avvicina molto ai parametri di quello ideale ma il guadagno non è infinito anche se comunque molto alto, l’impedenza in ingresso si aggira intorno a ~1MΩ e quella d’uscita intorno ai ~75Ω. Simbolo circuitale:
Questo dispositivo fu originariamente creato per lo svolgimento di operazioni
matematiche, i primi amp-op furono prodotti intorno agli anni 40, realizzati
tramite le valvole ma erano ingombranti e consumavano molta energia oltre
al fatto che erano molto imprecisi. Grazie al progresso della miniaturizzazione
nel 1964 fu introdotto l’ua741, uno dei più famosi operazionali. Oggi, gli
amp-op sono vastamente utilizzati in elettronica grazie alla loro versatilità e dimensione.
Idealmente l’amplificatore operazionale è caratterizzato da un impedenza di ingresso infinita, guadagno di tensione infinito e impedenza di uscita nulla. L’amplificatore operazionale reale si avvicina molto ai parametri di quello ideale ma il guadagno non è infinito anche se comunque molto alto, l’impedenza in ingresso si aggira intorno a ~1MΩ e quella d’uscita intorno ai ~75Ω. Simbolo circuitale:
Configurazioni
- Invertente: l’amplificatore operazionale in modalità invertente restituisce in uscita il segnale applicato in ingresso ma invertito di fase e amplificato. Applichiamo il segnale sul pin invertente mentre il pin non invertente viene posto a massa. La rete di reazione è costituita dalle resistenze R1 e R2. In particolar modo la resistenza R2 riporta in ingresso sul pin invertente l’uscita, in questo modo la reazione risulta negativa. La corrente entrante sul pin invertente è nulla.
- Non Invertente: l’amplificatore operazionale in modalità non invertente restituisce in uscita lo stesso segnale applicato in ingresso con la stessa fase. Se per esempio in entrata vi è un segnale sinusoidale, in uscita avremo un segnale sempre sinusoidale ma amplificato. La corrente entrante su entrambi i pin di ingresso sarà nulla.
- Sommatore Invertente: Il sommatore invertente effettua l’operazione di somma delle tensioni di ingresso in modo pesato. Tutti i segnali da sommare vengono collegati al pin invertente dell’amplificatore, il pin non invertente è posto a massa. Il segnale di uscita sarà uguale alla somma dei segnali di ingresso ma amplificata ed invertita di fase.
- Sommatore Non Invetente: Il principio fondamentalmente è lo stesso del sommatore invertente, applichiamo in ingresso i segnali da sommare e in uscita otteniamo la somma amplificata ma con la stessa fase.
- Buffer/Inseguitore di Tensione/Adattatore di Impedenza: Questa configurazione è una delle più semplici che si possono realizzare con un amplificatore operazionale. Viene utilizzata tutte le volte che bisogna disaccoppiare un circuito con alta impedenza con uno a bassa impedenza. La corrente di ingresso è nulla. Il segnale di uscita sarà uguale a quello in ingresso in quanto non viene ne amplificato ne invertito di fase poiché il guadagno è uguale a 1.
- Comparatore: Il comparatore è un circuito che confronta due segnali applicati ai due ingressi di cui uno è preso come riferimento per il confronto. In uscita avremo un segnale alto o basso a seconda del risultato del confronto. Questo circuito è molto utilizzato per la realizzazione di moduli con sensori.