Amplificatori Operazionali Op amp ideale V-: terminale invertente V+: terminale non invertente L'op amp amplifica di un parametro A (guadagno differenziale) la differenza di tensione agli ingressi. V o= AV + −V - Il valore di A è infinito (per un amplificatore ideale) o comunque molto alto. ACM è il guadagno di modo comune. Dai due ingressi non entra corrente, quindi l'impedenza di ingresso è infinita. L'uscita V0 si comporta come un generatore ideale di tensione: mantiene una tensione costante, qualsiasi sia la corrente che deve fornire, perciò l'impedenza di uscita è 0. L'op amp funziona in corrente continua. V V Definendo vcm come ingresso di modo comune ( v cm= + ) e vd come differenza tra gli 2 ingressi ( v d =V + −V - ), gli ingressi V+ e V- possono essere riscritti come: V -=v cm −v d / 2 e V + =v cm v d / 2 A CMRR (Common Mode Rejection Ratio)=20 log ACM Configurazione retroazionata invertente RF R1 V0 Vi Vo V+ La retroazione negativa porta ad avere V - =V + V =V +−V -=0 −R F V Qualsiasi circuito riconducibile a questo può essere risolto come V o= R1 i −R F Il guadagno ideale di questo circuito è G id = R1 RF Il guadagno d'anello aperto è G OP =−A s R1R F R1 Il guadagno d'anello è G LOOP =−A s R1R F e Guadagno Il guadagno può essere ideale solo nel caso in cui il guadagno differenziale A è infinito. Altrimenti, se A è finito (ma generalmente comunque molto elevato) si parla di guadagno reale Se A=∞ Se A∞ G ID = v out (per la configurazione invertente) v in G REALE = G ID 1 1− G LOOP Guadagno d'anello aperto 1. Tagliare l'anello 2. 3. Collegare a massa ciò che non è attaccato all'uscita 4. a) Calcolare V'out = (v+ - v-) V ' out b) G op= V in Guadagno d'anello 1. 2. 3. 4. Spegnere i generatori interni al circuito Tagliare l'anello Applicare vt di test a valle del taglio Misurare la tensione di uscita a monte del taglio 1. vout,t si calcola con A(v+ - v-) v out , t 2. G loop = vt Errore statico di guadagno: G ID −G REALE Errore statico percentuale di guadagno: ∣ ∣ G ID −G REALE ⋅100 G ID OP AMP in frequenza Un amplificatore operazionale può essere visto come un sistema con un solo polo il cui guadagno in A0 A s= con p =Frequenza del polo s frequenza è 1 p Un circuito contenente un operazionale può essere approssimato usando c =2 ⋅Banda invece di p GBWP Il prodotto guadagno banda (Gain BandWidth Product) è una costante. Il suo calcolo, dipende dall'inclinazione del tratto del diagramma di Bode. Con pendenza -1: G 1⋅f 1=G 2⋅f 2 Con pendenza -2: G 1⋅f 12=G 2⋅f 22 Con pendenza -n: G 1⋅f 1n=G 2⋅f 2n G deve essere espresso come lineare, non in dB. In generale: GBWP=G ID⋅Banda= A0⋅ p G1 -1 f2 G2 f1 Resistenze di ingresso e uscita ROUT = ROUT ad anello aperto R0∥ R1R2 = 1−G LOOP 1−G LOOP R IN = R IN ad anello aperto⋅1−G LOOP =[ R d R1∥ R 2R 0 ]⋅1−G LOOP + ROUT = - R IN ad anello aperto R 2 = 1−G LOOP A0 Non idealità Correnti di Bias Per eliminare gli effetti della corrente di Bias, bisogna aggiungere al terminale non invertente un R1 R 2 resistore R3= R1R 2 CMRR Common Mode Rejection Ratio A CMRR=20 log [ dB] ACM ⇒ CMRR10=10 CMRR 20 [lineare ] L'effetto del CMRR può essere modellizzato con un generatore di tensione v CM V V v CMRR = con v CM = + in serie a uno degli ingressi dell'OP AMP. CMRR10 2