Simboli Amplificatori Differenziali non si è esplicitata la presenza
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Simboli Amplificatori Differenziali non si è esplicitata la presenza degli alimentatori DC Normalmente i circuiti che realizzano l’amplificatore differenziale e operazionale non contengono un nodo elettricamente connesso al nodo di massa. G. Martines 1 Amplificatore differenziale ideale Amplificatore differenziale reale G. Martines 2 Guadagno di tensione di un amplificatore differenziale reale L’Amplificatore operazionale è un amplificatore differenziale con guadagno di tensione molto elevato. Concetto di cortocircuito virtuale Nella ipotesi che la tensione di uscita vo sia finita: mentre le correnti di ingresso sono nulle nella ipotesi RID = ∞ G. Martines 3 Ipotesi fondamentali per gli Amplificatori Operazionali ideali: Altre proprietà degli Amplificatori Operazionali ideali: G. Martines 4 Amplificatore Operazionale in configurazione invertente G. Martines 5 Con il concetto di cortocircuito virtuale: Calcolo resistenza di uscita G. Martines 6 G. Martines 7 G. Martines 8 G. Martines 9 AMPLIFICATORE OPERAZIONALE REALE Identificazione dello stadio amplificatore G. Martines 10 GUADAGNO AD ANELLO APERTO FINITO Consideriamo uno stadio non invertente: G. Martines 11 Errore sul cortocircuito virtuale: Errore sul guadagno ad anello chiuso (Gain Error): ed in termini percentuali (Fractional Gain Error): G. Martines 12 RESISTENZA DI USCITA NON NULLA G. Martines 13 RESISTENZA DI INGRESSO FINITA Configurazione non invertente: G. Martines 14 RESISTENZA DI INGRESSO FINITA Configurazione invertente: G. Martines 15 RESISTENZA DI INGRESSO FINITA Configurazione invertente: G. Martines 17 RAPPORTO DI REIEZIONE DI MODO COMUNE FINITO G. Martines 18 INSEGUITORE DI TENSIONE E CMRR Gain Error: G. Martines 19 RESISTENZA DI INGRESSO DI MODO COMUNE G. Martines 20 TENSIONE DI OFFSET ALL’INGRESSO G. Martines 21 CORRENTE DI POLARIZZAZIONE E OFFSET DI CORRENTE ALL’INGRESSO I B = ( I B 2 + I B1 ) 2 G. Martines 22 COMPENSAZIONE DELLA CORRENTE DI POLARIZZAZIONE VOT = R2 I B 2 − I B1 G. Martines 23 COMPENSAZIONE DELLA CORRENTE DI POLARIZZAZIONE IN AMPLIFICATORI AC NOTA: La presenza della R3, se necessaria, riduce la resistenza di ingresso nella configurazione non invertente G. Martines 24 LIMITAZIONE DELLA CORRENTE DI USCITA • La corrente di uscita di un amplificatore deve essere limitata per evitare una eccessiva dissipazione di potenza nei circuiti (sovraccarico) • La limitazione su Io impone vincoli sulla RL ma anche sulla rete di reazione. G. Martines 25 RISPOSTA IN FREQUENZA Gli operazionali si progettano in modo da avere elevato guadagno DC e risposta in frequenza a singolo polo: A0ωB è il prodotto guadagno-larghezza di banda GBW (A0 guadagno in continua, ωB banda a 3 dB) ωT è la frequenza angolare di guadagno unitario (o di transizione) per ω >> ωB: G. Martines A(s ) = A0ω s 26 RISPOSTA IN FREQUENZA NON INVERTENTE G. Martines 27 NOTA: Aβ = A 1 Aβ ovvero in dB β dB = A dB − 1 β dB per ω < ωH |Aβ| > 1 e Av(jω) = 1/β per ω > ωH |Aβ| < 1 e Av(jω) = ωT/ω per ω = ωH |Aβ| = 1 G. Martines 28 RISPOSTA IN FREQUENZA INVERTENTE In questo caso la reazione è parallelo-parallelo e quindi il guadagno è la transresistenza, ma in termini di guadagno di tensione si può scrivere in modo analogo al caso non invertente: NOTA: G. Martines AV(0) = 1 – 1/β 29 G. Martines 30 SLEW RATE È una caratteristica del funzionamento a largo segnale degli amplificatori operazionali Modello equivalente di un amplificatore operazionale G. Martines 31 Modello equivalente di un amplificatore operazionale reale SR = G. Martines dv O dt = max I max C 32 LARGHEZZA DI BANDA A PIENA POTENZA d (Vi sin ω t) = ωVi cos ω t dt SR fM = 2 πVO max Per sinusoidi di ampiezza minore di VOmax vale ancora la relazione: VO = VO max f M f . G. Martines 34 INVERTENTE AD ALTA RESISTENZA G. Martines 35 SOMMATORE PESATO G. Martines 36 AMPLIFICATORE DIFFERENZIALE v+ = R4 v2 R3 + R4 vO = vO = v+ − IR2 I= v1 − v+ R1 1 + R2 R1 R v2 − 2 v1 1 + R3 R4 R1 1 + R2 R1 − R2 R1 − R2 R3 R1 R4 vCM = 0 1 + R3 R4 R2 (v2 − v1 ) v = O che si ha per R2/R1 = R4/R3 ed allora: R1 per v1 = v2 = vCM : vO = G. Martines 37 RID = 2R1 Svantaggio: RIN1 = R1 è diversa da RIN2 = R1 + R2 i generatori vedono resistenze diverse (i1 ≠ i3) non si ottiene facilmente un guadagno variabile G. Martines 38 AMPLIFICATORE DIFFERENZIALE PER STRUMENTAZIONE G. Martines 39 CONVERTITORE CORRENTE-TENSIONE VO = − I S R2 la configurazione invertente con generatore di segnale nella forma di Norton. Convertitore di segno: Av = -1 se R2 = R1 AMPLIFICATORE PARAFASE Av = 2 G. Martines ma l’uscita non ha punti a massa 40 RETE DI REAZIONE REATTIVA Considerazioni valide per tutte configurazioni viste. SFASATORE Invertente: se Z1 (s ) = Z 2 (s ) la differenza di fase fra segnale di uscita e di ingresso vale: π + ∠Z 2 (s ) − ∠Z1 (s ) differenziatore: (più facile la sintesi) Vo 1 1 = s − s + Vi CR CR Φ = π − 2 tan −1 (ωCR ) G. Martines 41 AMPLIFICATORE PASSA-BASSO G. Martines 42 AMPLIFICATORE PASSA-ALTO G. Martines 43 INTEGRATORE DI MILLER G. Martines 44 (INSERIRE EFFETTI NON IDEALITÀ) G. Martines 45 DERIVATORE G. Martines 46 CONVERTITORE A IMPEDENZA NEGATIVA (NIC) G. Martines 47 CONVERTITORE TENSIONE-CORRENTE G. Martines 48 INTEGRATORE A IMPEDENZA NEGATIVA G. Martines 49
