Amplificatore Operazionale in configurazione Invertente
L'amplificatore invertente è un circuito largamente utilizzato, in esso la tensione Vin è applicata all'ingresso invertente, mentre l'altro ingresso, detto non invertente, viene collegato a massa, cioè a una tensione di 0 V. Il segnale in uscita risulta sfasato di 180°, da qui il nome di amplificatore invertente.
Un amplificatore in configurazione invertente è costituito da due resistenze ed un amplificatore operazionale. Si osservi il circuito:
Non cambia invece per nulla il collegamento di R2.
- R2 connette l'uscita all'ingresso invertente. Si tratta quindi di un circuito a retroazione negativa
- La tensione di ingresso è collegata all'ingresso invertente dell'operazionale tramite R1
- L'ingresso non invertente è connesso a massa
Non cambia invece per nulla il collegamento di R2.
Indichiamo i versi di tensioni e correnti:
- I versi di Vin e Vout sono "obbligati" in quanto riferiti a massa
- ΔV ha un verso obbligato dalla sua definizione
- I versi di V1 e V2 (ai capi delle rispettive resistenze) sono arbitrari
- I versi di I1 e I2 (nelle rispettive resistenze) sono dipendenti dalla scelta dei versi di V1 e V2
- Non sono stati indicati i versi di tutte le correnti e di tutte le tensioni in quanto inutili nella soluzione del circuito
Scriviamo ora le equazioni necessarie per calcolare il guadagno e l'impedenza di ingresso.
Per la prima equazione alle maglie consideriamo la maglia costituita da Vin, R1 e i due ingressi dell'amplificatore operazionale (ΔV):
Per la prima equazione alle maglie consideriamo la maglia costituita da Vin, R1 e i due ingressi dell'amplificatore operazionale (ΔV):
- Vin - V1 + ΔV = 0 (1)
- Vin - V1 = 0 (1-bis)
- Vin = V1 (1-ter)
- Vin - V1 + V2 - Vout = 0 (2)
- V2 - Vout = 0 (2-bis)
- V2 = Vout (2-ter)
- I2 + I1 = I- (3)
- I1 = - I2 (3-bis)
Calcoliamo il guadagno ad anello chiuso, applicando la definizione, le equazioni (2-ter), (1-ter), la legge di ohm e l'equazione (3-bis)
Osservazioni:
- G e Zin dipendono solo dalle due resistenze (se l'amplificatore è ideale)
- G è sempre negativo. Cioè l'uscita ha sempre segno opposto all'ingresso
- G può essere maggiore o minore, in modulo, di 1. Ciò significa che l'uscita può essere, in modulo, maggiore o minore dell'ingresso
- Non si è calcolato Zout perché coincide con quella dell'amplificatore (cioè 0 Ω)
- Attenzione a non confondere il guadagno del solo amplificatore operazionale (guadagno ad anello aperto, pari idealmente ad ∞) ed il guadagno del circuito che include anche le due resistenze (guadagno ad anello chiuso pari al rapporto delle resistenze)