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G. Martines 1
Amplificatori Differenziali
nei simboli non si esplicitano gli alimentatori DC, cioè
Normalmente i circuiti che realizzano l’amplificatore differenziale e operazionale non contengono un nodo elettricamente connesso al nodo di massa.
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G. Martines 2
Amplificatore differenziale ideale
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G. Martines 3
Amplificatore differenziale reale
Guadagno di tensione di un amplificatore differenziale reale
L’Amplificatore operazionale è un amplificatore differenziale con guadagno di tensione molto elevato.
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G. Martines 4
Concetto di cortocircuito virtuale Nella ipotesi che la tensione di uscita vo sia finita:
mentre le correnti di ingresso sono nulle nella ipotesi
RID = ∞∞∞∞
NOTA: la presenza della controreazione garantisce che la tensione di uscita sia finita; basta considerare che il guadagno ad anello chiuso può essere espresso da:
βββ
1
1=≈
+==
A
A
A
A
v
vA
s
o
f
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G. Martines 5
Ipotesi fondamentali per gli Amplificatori Operazionali ideali:
Altre proprietà degli Amplificatori Operazionali ideali:
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G. Martines 6
Amplificatore Operazionale in configurazione
invertente
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G. Martines 7
Con il concetto di cortocircuito virtuale:
Calcolo resistenza di uscita
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G. Martines 8
Amplificatore Operazionale in configurazione
non-invertente
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G. Martines 9
Analisi della configurazione non-invertente
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G. Martines 10
Modello equivalente configurazione non-invertente
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G. Martines 11
AMPLIFICATORE OPERAZIONALE REALE
Identificazione dello stadio amplificatore
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G. Martines 12
GUADAGNO AD ANELLO APERTO FINITO
Consideriamo uno stadio non invertente:
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G. Martines 13
Errore sul cortocircuito virtuale:
Errore sul guadagno ad anello chiuso (Gain Error):
ed in termini percentuali (Fractional Gain Error):
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G. Martines 14
RESISTENZA DI USCITA NON NULLA
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G. Martines 15
RESISTENZA DI INGRESSO FINITA Configurazione non invertente:
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G. Martines 16
RESISTENZA DI INGRESSO FINITA Configurazione invertente:
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G. Martines 17
RESISTENZA DI INGRESSO FINITA Configurazione invertente:
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G. Martines 18
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G. Martines 19
RAPPORTO DI REIEZIONE DI MODO COMUNE
FINITO
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G. Martines 20
INSEGUITORE DI TENSIONE E CMRR
Gain Error:
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G. Martines 21
RESISTENZA DI INGRESSO DI MODO COMUNE
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G. Martines 22
TENSIONE DI OFFSET ALL’INGRESSO
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G. Martines 23
CORRENTE DI POLARIZZAZIONE E OFFSET DI
CORRENTE ALL’INGRESSO
( ) 212 BBB III +=
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G. Martines 24
COMPENSAZIONE DELLA CORRENTE DI
POLARIZZAZIONE
−= 122 BB
T
O IIRV
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G. Martines 25
COMPENSAZIONE DELLA CORRENTE DI
POLARIZZAZIONE IN AMPLIFICATORI AC
NOTA: La presenza della R3, se necessaria, riduce la
resistenza di ingresso nella configurazione non invertente
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G. Martines 26
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.
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G. Martines 27
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: ( )s
AsA
ω0=
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G. Martines 28
RISPOSTA IN FREQUENZA NON INVERTENTE
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G. Martines 29
NOTA:
dB
dBdB
AA
ββ
β
β1
AA dBin ovvero 1
−==
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
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G. Martines 30
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: AV(0) = 1 – 1/β
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G. Martines 32
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G. Martines 33
SLEW RATE È una caratteristica del funzionamento a largo segnale degli amplificatori operazionali
Modello equivalente di un amplificatore operazionale
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G. Martines 34
Modello equivalente di un amplificatore operazionale reale
C
I
dt
dvSR O max
max
==
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G. Martines 36
LARGHEZZA DI BANDA A PIENA POTENZA
tcosdt
t)sin(ωω
ωi
i VVd
=
fSR
VM
O
=2π max
Per sinusoidi di ampiezza minore di VOmax vale ancora la relazione: V V f fO O M= max .
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G. Martines 37
INVERTENTE AD ALTA RESISTENZA
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G. Martines 38
SOMMATORE PESATO
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G. Martines 39
AMPLIFICATORE DIFFERENZIALE
1
122
43
4 R
vvIIRvvv
RR
Rv O
+++
−=−=
+=
vR R
R Rv
R
RvO =
+
+−
1
12 1
3 42
2
11
per v1 = v2 = vCM : 01
1
43
41321212 =+
−−+= CMO v
RR
RRRRRRRRv
che si ha per R2/R1 = R4/R3 ed allora: ( )121
2 vvR
RvO −=
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G. Martines 40
12RRID =
Svantaggio: RIN1 = R1 è diversa da RIN2 = R1 + R2 � i generatori vedono resistenze diverse (i1 ≠ i3) � non si ottiene facilmente un guadagno variabile
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G. Martines 41
AMPLIFICATORE DIFFERENZIALE PER
STRUMENTAZIONE
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G. Martines 42
CONVERTITORE CORRENTE-TENSIONE
2RIV SO −= la configurazione invertente con generatore di segnale nella forma di Norton. Convertitore di segno: Av = -1 se R2 = R1
AMPLIFICATORE PARAFASE
Av = 2 ma l’uscita non ha punti a massa
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G. Martines 43
RETE DI REAZIONE REATTIVA
Considerazioni valide per tutte configurazioni viste.
SFASATORE Invertente: se ( ) ( )sZsZ 21 = la differenza di fase fra segnale di uscita e di ingresso vale:
( ) ( )sZsZ 12 ∠−∠+π differenziatore: (più facile la sintesi)
+
−=
CRs
CRs
V
V
i
o 11
( )CRωπ 1tan2 −−=Φ
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G. Martines 44
AMPLIFICATORE PASSA-BASSO
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G. Martines 45
AMPLIFICATORE PASSA-ALTO
( )sC
RsZ1
11 += ( ) 22 RsZ =
( )L
o
svs
sA
CRs
s
R
R
CsR
CsR
Z
ZA
ω+=
+
−=+
−=−=
1
1
2
1
2
1
2
11
dove 1
2
R
RAo −= e
CRf LL
1
12 == πω
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G. Martines 46
INTEGRATORE DI MILLER
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G. Martines 47
(INSERIRE EFFETTI NON IDEALITÀ)
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G. Martines 48
DERIVATORE
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G. Martines 49
CONVERTITORE A IMPEDENZA NEGATIVA (NIC)
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G. Martines 50
CONVERTITORE TENSIONE-CORRENTE
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G. Martines 51
INTEGRATORE A IMPEDENZA NEGATIVA