Amplificatore operazionale
Gli amplificatori operazionali sono dispositivi elettronici di tipo integrato e molto diffusi; realizzati a partire dagli anni Quaranta, hanno conosciuto un grande sviluppo con l'impiego dei transistor e sono entrati a far parte di quel gruppo di componenti che hanno prodotto una vera e propria rivoluzione tecnologica nel campo dell'elettronica analogica.
Il loro nome, amplificatori operazionali, deriva dal fatto che uno dei primi impieghi di questi componenti è stato quello di svolgere operazioni matematiche come addizioni, sottrazioni, moltiplicazioni, derivate e integrali.
Il loro nome, amplificatori operazionali, deriva dal fatto che uno dei primi impieghi di questi componenti è stato quello di svolgere operazioni matematiche come addizioni, sottrazioni, moltiplicazioni, derivate e integrali.
dal punto di vista funzionale può essere definito come un amplificatore di tensione differenziale, cioè un dispositivo elettronico in grado di fornire in uscita una tensione proporzionale (amplificata o attenuata) alla differenza di tensione fornita ai due terminali di ingresso (ovviamente ogni tensione ha bisogno di essere riferita a un punto a potenziale zero, che costituisce la cosiddetta "massa comune").
Esprimendo tutto ciò con una formula, otteniamo:
Esprimendo tutto ciò con una formula, otteniamo:
VOUT= Gd * (VIN1 - VIN2)
dove Gd è il guadagno differenziale di tensione, ovvero la capacità del dispositivo di amplificare la differenza tra le due tensioni applicate agli ingressi. Questo parametro ha sempre un valore elevato.
Dal punto di vista ideale l'amplificatore operazionale presenta le seguenti caratteristiche:
Guadagno differenziale di tensione Gd = infinito, cioè capacità di amplificare senza limiti la differenza tra i segnali in ingresso. In realtà la tensione in uscita potrà soltanto raggiungere il massimo valore consentito dal circuito di alimentazione, cioè in uscita potrò avere al massimo "soltanto" la tensione di alimentazione.
Impedenza d'ingresso infinita, cioè l'amplificatore operazionale non assorbe alcuna corrente dai dispositivi che si trovano a monte, e Impedenza d'uscita nulla, cioè la Vout non viene influenzata dal valore ohmico del carico.
Dal punto di vista ideale l'amplificatore operazionale presenta le seguenti caratteristiche:
Guadagno differenziale di tensione Gd = infinito, cioè capacità di amplificare senza limiti la differenza tra i segnali in ingresso. In realtà la tensione in uscita potrà soltanto raggiungere il massimo valore consentito dal circuito di alimentazione, cioè in uscita potrò avere al massimo "soltanto" la tensione di alimentazione.
Impedenza d'ingresso infinita, cioè l'amplificatore operazionale non assorbe alcuna corrente dai dispositivi che si trovano a monte, e Impedenza d'uscita nulla, cioè la Vout non viene influenzata dal valore ohmico del carico.
Banda passante a catena aperta infinita, ovvero se l'amplificatore operazionale non ha alcuna retroazione può amplificare segnali di qualsiasi frequenza, specialmente quelli a frequenze elevate. La Banda passante di un dispositivo è l'intervallo di frequenze di lavoro entro il quale il guadagno, cioè la capacità di amplificare, non scende al di sotto del 70,7% del suo valore massimo, (vedi figura 2)
Banda passante a catena aperta infinita, ovvero se l'amplificatore operazionale non ha alcuna retroazione può amplificare segnali di qualsiasi frequenza, specialmente quelli a frequenze elevate. La Banda passante di un dispositivo è l'intervallo di frequenze di lavoro entro il quale il guadagno, cioè la capacità di amplificare, non scende al di sotto del 70,7% del suo valore massimo, (vedi figura 2)
Nella realtà le caratteristiche dell'amplificatore operazionale sono un po' diverse; soprattutto alla parola "infinito/a" va sostituita "molto elevato/a" e a quella "nulla" va sostituita "molto bassa". In pratica le caratteristiche ideali descritte in precedenza costituiscono un ottimo punto di riferimento per la comprensione del funzionamento degli amplificatori operazionali e per il loro corretto utilizzo.
Connessione e alimentazione
Nella pratica un amplificatore operazionale si presenta come un circuito integrato con 8 pin ("piedini" o connessioni esterne). Si tratta dei due ingressi, uno contraddistinto con il segno + e detto "non invertente", l'altro indicato con il segno - e detto "invertente", dell'uscita, delle due alimentazioni (il dispositivo ha bisogno di un'alimentazione +Vcc e di una - Vcc) e altri due pin dedicati ad altre operazioni di bilanciamento (un pin non viene usato).
Un'alimentazione duale è una connessione con cui vengono fornite al dispositivo, in punti diversi, due tensioni di valore uguale ma opposto rispetto alla massa GND.Ad esempio l'amplificatore operazionale viene alimentato con +Vcc = +12 V e con -Vcc = - 12 V (ovviamente GND = 0 V).
Per questo tipo di alimentazioni è necessario un alimentatore con una presa particolare fornita di tre terminali: -Vcc, Gnd, +Vcc
Per questo tipo di alimentazioni è necessario un alimentatore con una presa particolare fornita di tre terminali: -Vcc, Gnd, +Vcc