Applicazioni degli amplificatori operazionali

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Questo wikilibro illustra alcune applicazioni degli amplificatori operazionali a circuiti integrati allo stato solido. Una notazione schematica semplificata è usata, ed al lettore viene ricordato che molti dettagli quali la scelta dei dispositivi e le connessioni delle alimentazioni non sono mostrate. I resistori impiegati in queste configurazioni sono tipicamente dell'ordine dei kΩ. Resistori minori di 1 kΩ causano un flusso di corrente eccessivo e possibile danneggiamento dei dispositivi. Resistori maggiori di 1MΩ causano del rumore termico eccessivo ed una eccessiva corrente di polarizzazione.

È importante rendersi conto che le equazioni mostrate di sotto, che hanno attinenza con ciascun tipo di circuito, hanno come presupposto che gli amplificatori siano ideali. Coloro che sono interessati alla costruzione di questi circuiti per uso pratico dovrebbero consultare dei riferimenti molto più dettagliati. Si vedano le sezioni dei Link esterni e dei Riferimenti.

Applicazioni a circuiti lineari[modifica]

Amplificatori differenziali/sottrattore[modifica]

Il circuito mostrato è usato per trovare la differenza di due tensioni ciascuna moltiplicata per una qualche costante (determinata dai resistori).

Il nome "amplificatore differenziale" non deve essere confuso col "differenziatore", pure mostrato in questa pagina.

Amplificatore differenziale


  • Differenza (tra i due terminali d'entrata)=


Differenza amplificata[modifica]

Quando e

Amplificatore di differenza[modifica]

Quando e (includendo quando )

Amplificatore invertente[modifica]

Inverte ed amplifica una tensione (moltiplica per una costante negativa). inverting amplifier

  • (poiché V è punto di massa virtuale)

Amplificatore non invertente[modifica]

non-inverting amplifier

  • (praticamente, l'amplificatore operazionale presenta una resistenza d'ingresso che varia da 1 MΩ a Ω)

Amplificatore inseguitore[modifica]

È usato quale amplificatore separatore, per eliminare gli effetti di carico o come impedenza di interfaccia (collegare un dispositivo ad elevata impedenza d'uscita ad un dispositivo a bassa impedenza d'ingresso).

inseguitore di tensione

  • (praticamente, l'impedenza d'entrata differenziale dell'amplificatore operativo va da 1 MΩ a Ω).

Amplificatore sommatore[modifica]

Addiziona varie tensioni pesate.

summing amplifier

  • quando , e è indipendente.

  • quando

Amplificatore integratore[modifica]

integrating amplifier

dove e sono funzioni del tempo e è la tensione in uscita al tempo t=0.

  • Questo circuito può pure venire considerato come un tipo di filtro.

Amplificatore derivatore[modifica]

Esegue la derivata rispetto al tempo del segnale in ingresso.

differentiating amplifier

dove e sono funzioni derivabili del tempo.

  • Questa applicazione può pure essere vista come un tipo di filtro.

Amplificatore comparatore[modifica]

Compara due tensioni ed esplicita uno di due stati, e a seconda del risultato del confronto.

comparator amplifier

  • per
  • per

Amplificatore strumentale[modifica]

Combina una impedenza d'entrata elevata ed altre peculiari caratteristiche che riducono il rumore di fondo ed assicurano una accuratezza elevata nelle misurazioni

instrumentation amplifier

  • È costituito aggiungendo a ciascun ingresso di un amplificatore differenziale un amplificatore separatore non invertente per aumentare l'impedenza d'ingresso.

In questo schema, se poniamo R2 = R3 il guadagno totale è dato da G =

Trigger di Schmitt[modifica]

Il trigger (grilletto) di Schmitt è un circuito comparatore particolare. Ha una tensione d'ingresso ed una tensione d'uscita. L'uscita può essere o alta o bassa. Quando la tensione applicata si trova al disotto di una data soglia, l'uscita è alta, mentre diventa bassa quando essa si trova al disopra di una soglia a livello più elevato. Quando l'ingresso si trova a transitare tra le due soglie l'uscita mantiene il suo valore per una virtuale isteresi.

schmitt trigger

Giratore o simulatore di induttanza[modifica]

Simula un induttore

Gyrator.png

  • Vedasi l'articolo

Zero voltage detector[modifica]

Riferimento di tensione a diodi Zener a partitore.

Convertitore di impedenza negativa[modifica]

Configurazione per la realizzazione di un carico negativo per qualsiasi generatore di segnali

negative impedance converter

Analizziamo il circuito. Con un amplificatore ideale i terminali + e - sono allo stesso potenziale, cosicché la corrente è data semplicemente da

Ora, considerando la rete "" è possibile scrivere

Sostituendo la relazione precedente e riordinando si ottiene

da cui si ottiene la resistenza d'ingresso

Configurazioni non lineari[modifica]

Raddrizzatore di precisione[modifica]

Si comporta, nei confronti del carico, come un diodo ideale. Il carico, nel diagramma, è rappresentato dal resistore .

super diode

  • Questa è la configurazione di base con delle limitazioni.
  • Per maggiori informazioni e conoscere la effettiva configurazione vedasi: Raddrizzatore di precisione.

Logaritmi[modifica]

La relazione tra la tensione in ingresso e quella in uscita è la seguente

in cui è la corrente di saturazione del diodo.

logarithmic configuration

Dato per idealizzato l'amplificatore, il suo terminale positivo è a massa, cosicche la corrente attraverso il resistore R ed il diodo è

, (1)

in cui è la corrente che attraversa anche il diodo.

La relazione tra la corrente in un diodo e la tesione ad esso applicata è nota essere

che diventa, per valori di superiori allo 0, approssimativamente

, (2)

Posto , uguagliate le equazioni (1) e (2), l'inversa della equazione ottenuta

fornisce il valore di .

Esponenziali[modifica]

La relazione tra la tensione in ingresso e quella in uscita è data da

dove è la corrente di saturazione del diodo.

exponential configuration

Prendendo in considerazione un amplificatore operazionale ideale l'attacco positivo si trova virtualmente a massa, cosicché la corrente di diodo viene data da

Quando la tensione è maggiore di zero il valore della corrente è dato approssimativamente da

.

La tensione d'uscita è

.

Altre applicazioni[modifica]

Altro[modifica]

  • Amplificatori operazionali a retroazione di corrente.
  • Transconduttanza degli amplificatori operazionali.
  • Compensazione di frequenza.

Altri progetti[modifica]