Esperimentazioni di Fisica 3
AA 2012-2013
Scheda dell’esercitazione del 30 novembre 2012: “Costruzione ed analisi del
circuito girazione e misura dei parametri dell’amplificatore operazionale uA741”
1 Circuito Giratore
Il circuito mostrato in figura approssima il comportamento di un circuito giratore, tipicamente utilizzato per trasformare un’impedenza capacitiva in una di tipo induttivo. Costruito il
circuito, misurare:
• la funzione di trasferimento (diagramma di Bode)
• l’impedenza di ingresso in funzione della frequenza.
Confrontare le misure con gli andamenti attesi. (Nella scelta dei componenti utilizzare
RL R)
Figura 1: Circuito Giratore.
1
2 Misura dei parametri di un Amplificatore Operazionale.
Costruire il circuito di figura 2 che permette la misura delle caratteristiche dell’operazionale
indicato con D.U.T. (Device Under Test) 1 . In particolare è possibile misurare:
1. La tensione di offset di ingresso (Vio )
2. Le correnti di polarizzazione di ingresso (IB+ ) e (IB− )
3. L’amplificazione differenziale ad anello aperto (ADM )
4. Il rapporto di reiezione di modo comune (CM RR) (facoltativo)
Il modello semplificato di amplificatore operazionale utilizzato per ottenre le relazioni che
seguono è mostrato in figura 4.
Figura 2: Circuito per la misura delle caratteristiche di un operazionale.
Misura di Vio .
Porre V 0 = 0 e quindi dovrà essere Vu = 0; S1 e S2 chiusi. La misura di V è legata a Vio dalla
relazione:
R + R0
V =
Vio = 1001Vio ' 103 Vio ≡ V3
(1)
R
Misura di IB+ e IB− .
Aprire S1 lasciando S2 chiuso; porre V 0 = 0. Utilizzando anche lo schema di figura 4 si ha che
la tensione su R è:
V =
1 Vedi
R + R0
(Vio + RB IB+ ) ' 103 (Vio + 104 IB+ ) ≡ V4
R
il testo di Millman Grabel cap 14 sec. 7 per una trattazione più estesa
2
(2)
Dalla misura di V e da V3 , misurato nel punto precedente, si ha:
IB+ = (V4 − V3 )10−7 A = 100(V4 − V3 ) nA
Invertendo i ruoli di S1 e S2 la relazione precedente misura −IB− (attenzione al segno “-”).
Note le due correnti di bias è possibile valutare la cosidetta corrente di polarizzazione di ingresso
definita da: Iio = (IB+ + IB− )/2
Misura di ADM .
S1 e S2 chiusi; V 0 = Vx . Si ha quindi Vu = −Vx . Considerando che AV Vi = Vu , la caduta
di tensione su R tra i terminali d’ingresso dell’amplificatore è Vio + Vi (vedi anche figura 4).
Uguagliando le correnti in R e R0 si ha:
R + R0
Vu
3
(Vio + Vi ) ' 10 Vio −
≡ V5
(3)
V =
R
AV
Utilizzando il valore V3 , ottenuto precedentemente, si ha infine:
ADM ≡ AV =
103
Vu
V3 − V5
Discutere l’accuratezza della misura.
Misura di CMRR (facoltativo).
Porre V 0 = 0 (allora è anche Vu = 0); S1 e S2 chiusi. Inserire un generatore di tensione costante
Vs nell’ingresso non invertente. Il circuito si modifica nel modo seguente: La tensione presente
Figura 3: Circuito per la misura delle CMRR di un operazionale.
all’ingresso “+” è Vs . Quella nell’ingresso “-” , indicata con V2 , si ottiene tramite il teorema
di sovrapposizione e vale:
V2 = Vs
R0
R
R
+V
' Vs + V 0
R + R0
R + R0
R
considerando ancora il circuito di figura 4, otteniamo inoltre:
2VDM = −Vi = Vs − V − 2 + Vio = −V
3
R
+ Vio
R0
e
1
R
(Vs + V2 ) = Vs + V
2
2R0
Essendo nulla la tensione di uscita dell’operazionale si ha:
R
R
ADM VDN + ACM VCM = 0 = −ADM V
− Vio + ACM V
+ Vs
2R0
2R0
VCM =
Infine
CM RR ≡
ADM
V R/2R0 − Vio
=
ACM
V R/2R0 + Vs
Figura 4: Circuito equivalente di un operazionale che mostra le correnti di polarizzazione e la
tensione di offset di ingresso.
4
