1 Appunti di ELETTRONICA Amplificatore operazionale (amp. Op

Appunti di ELETTRONICA
Amplificatore operazionale (amp. Op oppure A. O.)
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µA741
Cos'è l'amplificazione:
Amplificare un segnale significa aumentarne il livello e di conseguenza la potenza. Il fattore di
amplificazione corrisponde al rapporto tra il segnale di uscita e il segnale d’ingresso, le grandesse IN e OUT
possono essere tensioni (in Volt) e correnti (in Ampere).
Perchè si amplifica:
Allora, generalmente si amplifica perchè si deve "potenziare" un segnale troppo debole, per esempio in
un'antenna radio, il segnale che arriva è molto debole in termini di Potenza, Amplificandolo diventa
utilizzabile per il nostro scopo e quindi riproducibile dalle casse.
In realtà gli amplificatori hanno anche altri scopi, quando si utilizzano amplificatori operazionali è possibile
fare operazioni matematiche sui segnali o condizionamenti.
Pensa altrimenti a dei trasduttori o in generale sensori che hanno uscite in corrente molto basse (ordine
magari dei mA), magari da acquisire da un sistema digitale a 5V, Il segnale deve essere trasformato in
tensione e amplificato in modo che stia sul nostro ordine di grandezza, ossia l'ordine dei Volt.
Gli elementi fondamentali di un amplificatore può essere : BJT, FET oppure l’amplificatore operazionale.
AMP. OP. SCHEMI E FORMULE
APPLICAZIONI LINEARI DELL’A.O.
Proprietà
- Resistenza d’ingresso “infinita”, Ri = ∞ implica
che, le correnti in ingresso sono nulle I+= I- = 0
- Guadagno open loop “infinito” A = ∞, V- = V+
- Resistenza Ro di uscita è uguale a zero, Ro= 0 vuol
dire che, la corrente di uscita dell’amplificatore è
indipendente dal carico.
- la banda passante B dell’A. O. è infinita, vuol dire
che l’A. O. accetta tutte le frequenze.
Amplificatore non invertente: il segnale d’ingresso
è applicato sul morsetto positivo non invertente
dell’A.O. ed ha un guadagno di tensione GV positivo
Circuito equivalente A. O. ideale
Amplificatore invertente: il segnale d’ingresso è
applicato al morsetto negativo invertente dell’A.O. ed
ha un guadagno di tensione GV negativo e che i due
segnali IN e OUT sono sfasati di 180°.
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guadagno di tensione GV positivo e che i due
segnali IN e OUT sono in fase.
guadagno di tensione
GV = VU / Vi
= (1 + R2 / R1)
Inseguitore di tensione – adattatore – separatore
Si ottiene dall’amplificatore non invertente. Ha un
guadagno unitario, e l’uscita
uguale all’ingresso Vi = Vu 
Il guadagno di tensione GV = 1
Amplificatore
differenziale: è un circuito
che amplifica la differenza
tra due segnali.
guadagno di tensione
GV = - R2 / R1
Convertitore corrente/tensione
(I/V)
Un circuito per la conversione dei
piccoli segnali in corrente (> 0,01
microampere) a una tensione più
facilmente misurabile proporzionale. Alcuni
applicazioni è nel circuito di condizionamento di un
sistema di acquisizione dati.
VU = - Rf . I
Sommatore invertente a
due ingressi
Se R = R1 = R2 allora:
Vu = - ( V1 + V2).
Sommatore non invertente a due ingressi
RA = RB e R1 = R2 si ha:
VU = V1 + V2
Per R1 = R3 e R2 = R4 si ha:
Applicazioni non lineare
Comparatore invertente
mette a confronto un segnale di ingresso con uno
di riferimento Vr, l’uscita è un segnale digitale.
Vu = A.(Vr – Vi)
Nel caso Vi<Vr, la Vu = +Vsat.
Invece quando Vi>Vr, la Vu= -Vsat
Comparatore NON invertente
Vu = A.(Vi – Vr)
Nel caso Vi > Vr, la Vu = +Vsat.
Invece quando Vi < Vr, la Vu = Vsat.
Nel caso la tensione di riferimento Vr = 0 Allora, il
comparatore viene chiamato a zero.
Integratore ideale
Derivatore ideale
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FILTRO ATTIVO passa basso non invertente
FILTRO ATTIVO passa alto non invertente
Fig. 1
Fig. 2
Filtro attivo passa-basso invertente
Gv = Vu/Vi
Oppure Gv = - R2 /
R1.
La frequenza di taglio
ft = 1 / (2.π. R2.C)
filtra ed amplifica le
frequenze al di sotto
di ft
Filtro attivo passa-alto invertente
Gv = - R2 / R1 e
in deciBel
Gv|dB = 20.log|Gv|
La frequenza di taglio
ft = 1 / (2.π.R1.C).
filtra e amplifica per
frequenze maggiori
di ft
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9) Considerando il circuito rappresentato in figura 1.83, calcolare la tensione V1 e quella di uscita Vu
sapendo che Vs = 1,5 [V], R1 = 1[kΩ], R2 = 10[kΩ] e Rs = 500[Ω]. Indicare il valore massimo della
tensione di ingresso che non provochi distorsione in uscita per VCC = ± 10 [V].
10)
11) Calcolare il guadagno dello stadio amplificatore di figura 1.87, per R = 10 R1
12)
13) Analizzando il circuito di figura 1.86, determinare i valori delle resistenze R1 e R2 supponendo che
RL = 10[kΩ], R3 = R4 = 5[kΩ], Iu=0,5 [mA], VS = 2[V] e I = 0,1 [mA].
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14)
15) Un amplificatore non invertente realizzato con amp. Op. ha R1= 22 [kΩ] e la resistenza di
retroazione Rf= 150 [kΩ] ed alimentato a ±12[V]. Disegnare il circuito, calcolare il fattore di
amplificazione e l’ampiezza massima del segnale di ingesso per cui la risposta non è deformata a
causa della saturazione.
16) Un amplificatore invertente realizzato con amp. Op. . ha R1= 15 [kΩ] e la resistenza di retroazione
Rf= 300 [kΩ] ed alimentato a ±12[V]. calcolare il guadagno sia in scala naturale che in decibel e la
masima ampiezza del segnale in ingresso per cui l’uscita non ha distorsioni a causa della
saturazione.
17) Sull’ingresso di un integratore ideale con R = 10 [kΩ] , C = 20 [nF] si applica una tensione
sinusoidale di ampiezza 25[mV] e frequenza 103[Hz]. Calcolare il segnale in uscita (ampiezza e fase).
18) Un derivatore ideale con amp op ha R = 100 [kΩ] , C = 100 [nF]. Determinare la risposta ad un
segnale sinusoidale di ampiezza 15 [mV] e frequenza 100 [Hz].
19) come si possono ricavare le tensioni duali necessarie per alimentare un A. O.?
20) Quale relazione lega le tensioni d’ingresso e quella d’uscita di un amp. Op.?
21) Quali sono le caratteristiche o proprietà di un amp. Op. ideale e quali conseguenze comportano agli
effetti dell’analisi dei circuiti?
22) Perché un amp. Op. non può essere utilizzato come amplificatore, senza l’aggiunta di altri
componenti?
23) Che cos’hanno in comune tutte le configurazioni lineari ad amp. Op.?
24) Che cosa si intende per cortocircuito virtuale tra gli ingressi di un amp. Op.? sotto quali condizioni si
verifica?
25) Spiegare che effetto ha la retroazione negativa sull’amp. Op.?
26) Disegnare gli schemi e ricavare le espressioni dei guadagni degli amplificatori invertente e non
invertente. In che cosa differiscono i due amplificatori?
27) Dimensionare un amplificatore con guadagno GV = -25. sapendo che le tensioni di saturazioni
valgono ± Vsat = ± 15 [V], calcolare il massimo valore di picco del segnale d’ingresso che non
provoca distorsione.
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