Elettronica Generale

Amplificatori Operazionali

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Amplificatori multistadio

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Gli amplificatori a singolo transistore non sono in generale in grado di soddisfare contemporaneamente le esigenze di: - guadagno, - resistenza di ingresso, - resistenza di uscita, - risposta in frequenza, - Gli amplificatori multistadio affrontano il problema includendo pi transistori, anche di tipo diverso (BJT, MOSFET), opportunamente combinati.

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Lamplificatore operazionale

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Modello dellamplificatore operazionale

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A = guadagno di tensione a circuito aperto vid = (v+-v-) = differenza dei segnali in ingresso Rid = resistenza di ingresso dellamplificatore Ro = resistenza di uscita dellamplificatore

Caratteristiche ideali: - A - Rid (i+ = i- = 0) - Ro 0 - Banda passante

vid = v+ v-

vo

A

+VCC

-VEE

Lamplificatore operazionale un amplificatore multistadio con tipicamente:

- ingresso differenziale di tensione, - uscita singola di tensione, - doppia tensione di alimentazione (+VCC e VEE).

+VCC

-VEE

+VCC

-VEE

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Comparatore di tensione

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! Per vs > VREF, luscita satura a VCC. ! Per vs < VREF, luscita satura a -VEE. ! Amplificatori realizzati per essere utilizzati

come comparatori sono progettati in modo da raggiungere le due tensioni di saturazione senza ritardi eccessivi

! In presenza di segnali di ingresso rumorosi, si possono verificare molteplici transizioni quando il segnale attraversa il livello di riferimento.

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Comparatore di tensione con isteresi

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! Il comparatore di tensione con isteresi utilizza una retroazione positiva ed bistabile.

! Per tensioni di uscita positive, VREF=VCC. Per tensioni di uscita negative, VREF=-VEE. La tensione di riferimento cambia quando cambia lo stato della tensione di uscita.

! La caratteristica di trasferimento presenta unisteresi e risulta insensibile al rumore in ingresso di ampiezza inferiore alla differenza tra le tensioni di soglia.

=R1

R1+R2

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Amplificatore invertente: configurazione

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! Ingresso positivo a massa

! Rete di retroazione: resistenze R1 e R2 connesse rispettivamente tra lingresso invertente e il generatore di ingresso e il nodo di uscita dellamplificatore

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Amplificatore invertente: guadagno in tensione

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0ov22i1sisv = RR

1

svsi R=

Ma is=i2 (i-=0) e v-=0 (vid=v+-v-=0), quindi:

e

1

2svov

R

RvA ==

! Guadagno di tensione negativo: comporta uno sfasamento di 180 tra segnali sinusoidali di ingresso e uscita.

! Il modulo del guadagno maggiore di 1 se R2 > R1

! Il modulo del guadagno minore di 1 se R1 > R2

! La tensione al terminale invertente delloperazionale pari a zero (anche se non connesso direttamente a massa).

MASSA VIRTUALE (N.B. grazie alla retroazione negativa!)

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Amplificatore non invertente: configurazione

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" Il segnale di ingresso applicato al terminale non invertente. " Parte del segnale di uscita viene riportata sul terminale di

ingresso negativo (retroazione negativa). " Lanalisi viene fatta determinando la relazione tra v1, la tensione

di ingresso vs e la tensione di uscita vo.

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Amplificatore non invertente: guadagno in tensione

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1

21svov

121svov

R

RvA

RRR

+==

+=

Dato che i-=0

Inoltre:

Ma vid = 0, quindi:

211ov1v RRR+

=

1vidvsv =

1vsv =

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Buffer di tensione (guadagno unitario)

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! un caso particolare di amplificatore non invertente, con R1 infinita e R2 nulla. Quindi Av =1

! Echiamato anche inseguitore di tensione. ! Realizza una trasformazione notevole del livello di impedenza, mantenendo

inalterato il livello del segnale. ! Il buffer a guadagno unitario non richiede una corrente in ingresso e pu

pilotare un carico con una resistenza arbitrariasenza riduzioni del livello del segnale.

! Il buffer a guadagno unitario utilizzato in molti sensori e sistemi di acquisizione dati.

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Amplificatore sommatore (invertente)

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! I fattori di proporzionalit relativi ai 2 ingressi possono essere modificati indipendentemente scegliendo adeguatamente R2 e R1.

! Un numero arbitrario di ingressi pu essere collegato al nodo sommatore per mezzo di resistenze aggiuntive.

11v

1i R= 22v

2i R=3ov

3i R=

Dato che lingresso invertente rappresenta una massa virtuale (c la retroazione nagativa):

Dato che i-=0, i3= i1 + i2,

!!!!!!

"

#

$$$$$$

%

&

=

2

2

1

13 R

v

R

vRov

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Amplificatore sottrattore (o differenziale)

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1v1

2-v1

21)-v1v(1

2-v

21i-v22i-vov

R

R

R

RR

R

R

RR

+

=

==

"""""

#

$

%%%%%

&

'

=

2v21

2vRR

R

+=+Inoltre,

Dato che v-= v+ )2v1(v1

2v =R

Ro

Per R2= R1 si ottiene:

)2v1(vv =o