OpAmp - Docenti.unina

Complemento
Amplificatore Differenziale e
Amplificatore Operazionale
Amplificatore Differenziale
• È un dispositivo a due ingressi che dà in uscita
una tensione proporzionale alla differenza degli
ingressi: v0=Ad(v1-v2).
Amplificatore Differenziale
• In generale l’uscita sarà funzione degli ingressi, che, sviluppata al
primo ordine, si potrà scrivere:
v0=A1v1+A2v2.
• Possiamo definire una tensione di modo comune: vc=1/2(v1+v2) ed
una tensione differenziale vd= v1-v2. Dunque:
v1=vc+(1/2)vd
v2=vc-(1/2)vd
Sostituendo, si ottiene:
v0=Advd +Acvc
Avendo definito l’amplificazione differenziale
Ad=(A1-A2) /2
e l’amplificazione di modo comune
Ac=(A1+A2)
Amplificatore Differenziale
• Un buon amplificatore differenziale avrà
Ac<<Ad.
• Definiamo il rapporto di reiezione di modo
comune (common mode rejection ratio –
CMRR) come:
ρ=|Ad/Ac|
• L’amplificatore differenziale ideale ha
ρ=∞
Amplificatore Differenziale
• È compsto, essenzialmente, da
due amplificatori CE “affacciati”.
• Trascurando re1 ed re2, quando
v1=v2, possiamo considerare il
singolo CE con una resistenza Re
pari al doppio della Re originale.
• L’amplificazione del CE
considerato sarà:
Av= -hfeRc/[hie+(1+hfe)2Re] = Ad
• Se v1=-v2, ai capi di Re, il segnale
è nullo, dunque
Av= -hfeRc/hie=Ac
Pertanto:
ρ=|Ad/Ac|=[hie+2(1+hfe)Re]/ hie
Ricordando che hfe~100 e hie~3000Ω
Amplificatore Differenziale
• Il CMRR è tanto migliore
quanto maggiore è Re, dunque
le prestazioni possono
migliorare sostituendo Re con
un transistor
• In realtà al posto del transistor
T3 viene messo un current
mirror.
• La resistenza di ingresso è
data da:
Rdiff=2[hie+(1+hfe)re]
In cui si vede il vantaggio delle
resistenze re1 e re2: più sono
grandi, maggiore è la
resistenza di ingresso.
Amplificatore Operazionale
• L’amplificatore operazionale ideale è un amplificatore
differenziale con le seguenti caratteristiche:
– Impedenza di ingresso infinita
– Impedenza di uscita nulla
– Guadagno infinito
Amplificatore Operazionale
• Le tre caratteristiche sopra esposte implicano
che:
– Le correnti di ingresso sono nulle: In=Ip=0
– I terminali di ingresso sono alla stessa tensione =>
Vd=0
Questo è chiamato corto virtuale fra i terminali.
• Altre caratteristiche dell’Op Amp ideale sono:
– CMRR infinito
– Larghezza di banda infinita
– Slew rate infinita.
Amplificatore Operazionale
• Lo schema di un
amplificatore
operazionale può essere
diviso in tre blocchi:
– Uno stadio di ingresso
– Uno stadio di
amplificazione
– Uno stadio di uscita
• Lo stadio di ingresso è l’amplificatore differenziale
• Lo stadio di amplificazione è un amplificatore ad alto guadagno
(può arrivare a 200000) che provvede anche una stabilizzazione
in frequenza.
• Lo stadio di uscita è un amplificatore di corrente che dà la bassa
impedenza di uscita. In genere si tratta di un emitter follower.
Amplificatore Operazionale:
schema semplificato
Un amplificatore operazionale
reale: il 741