08.Amplificatore Operazionale

Amplificatore Operazionale

L’amplificatore è un circuito in cui un segnale applicato attraverso una porta d’ingresso viene amplificato e fornito all’esterno attraverso una porta d’uscita.

Caratteristica fondamentale di un amplificatore è il suo guadagno. Il guadagno può essere identificato in diversi modi, a seconda della grandezza fisica d’interesse. Guadagno di corrente/tensione/transconduttanza(tensione in ingresso e corrente in uscita)/tranresistenza(corrente in ingresso e tensione di uscita).

Risposta in frequenza

Se l’amplificatore è lineare (cioè l’uscita varia linearmente rispetto al segnale d’ingresso) gode di una importante proprietà: $V_{in}=V_{i}sin(\omega t)\to V_{out}=V_{o}sin(\omega t+\varphi )$ Appunto cambia ampiezza e fase, ma non la frequenza (pulsazione). La Fdt è un numero complesso, funzione di $\omega$, il cui modulo è $|T(\omega )|=\frac{V_o}{V_i}$ mentre la fase è uguale allo sfasamento $\varphi$. La funzione di trasferimento descrive il comportamento dell’amplificatore alle diverse frequenze. é dunque importantissimo utilizzarla. Come facciamo a ricavarla dalla rete? $Z_c=\frac{1}{jwC}$ $Z_L=jwL$ $Z_r=R$ oppure direttamente con la trasformata di Laplace: $Z_c=\frac{1}{sC}$ $Z_L=sL$ $Z_r=R$ L’amplificatore operazionale viene controllato tramite una differenza di tensioni, per minimizzare i disturbi esterni: viene amplificato il segnale differenziale. Se una scoreggia perturba i segnali che scorrono nei fili, essendo i fili molto vicini tra loro, verranno perturbati da un segnale uguale e dunque la differenza tra i due sarà nulla.

Non idealità

Abbiamo classificato le varie non idealità del amplificatore operazionale:

• non idealità di polarizzazione
• non idealità dovute all’ingresso
• un mistro tra le due precedenti classi
• Innanzitutto l’opamp ha un guadagno differenziale elevato ma non infinito.
• L’opamp in caso di ingresso differenziale nullo non presenta uscita invariata, ma cambia valore.

Abbiamo cioè un guadagno di modo comune. $V_o=A_d{V}_D+A_{CM}{V}_{cm}$ $V_{CM}=\frac{V_1+V_2}{2}$ Un parametro di merito di un opamp è il CMRR (common mode rejection rate) cioè: $CMRR=\frac{A_D}{A_{CM}}=20lo{g}_{10}(\frac{A_D}{A_{CM}})$

• L’impedenza dell’opamp in ingresso non è infinita. Dunque possiamo inserire sia una capacità e resistenza differenziale tra i due morsetti differenziali, sia una capacità e resistenza di modo comune con un terminale a terra e l’altro a uno dei due morsetti.

• L’impedenza in uscita non è nulla dunque introduciamo una resistenza in uscita.

• Correnti di bias: anche a segnale in ingresso nullo, le correnti entranti non sono nulle, dunque le possiamo rappresentare collegando un generatore di corrente a ciascun morsetto.

• Corrente di offset: la corrente di offset $I_{os}$ in un amplificatore operazionale è la corrente data dalla differenza tra le due correnti di ingresso (applicata con verso positivo da + a -).

• Tensione di offset: ponendo gli ingressi a massa ci si aspetterebbe una tensione di uscita nulla, ma ciò non accade. Inseriamo dunque un gen. di tensione su uno dei due morsetti. La tensione di offset è definita quindi come la tensione differenziale che deve essere applicata per portare la tensione di uscita dal valore di $V_{offset}$ a 0. A livello pratica, per essere calcolata, si applica un gen. di tensione per convenzione al morsetto +. Con il segno ‘concorde’ al morsetto, cioè ponendo il + del generatore verso il morsetto +.

• Slew Rate: $V_{out}=G\ast V_{in}$ non è immediato. La derivata di $V_{out}$, cioè la sua massima pendenza, satura allo Slew Rate.