Amplificatori operazionali
Un amplificatore operazionale, o amplificatore operazionale, è un amplificatore differenziale ad altissimo guadagno con alta impedenza di ingresso e bassa impedenza di uscita. Gli amplificatori operazionali sono tipicamente utilizzati per fornire variazioni di ampiezza di tensione, oscillatori, circuiti di filtro, ecc. Un amplificatore operazionale può contenere un numero di stadi amplificatori differenziali per ottenere un guadagno di tensione molto elevato.
Questo è un amplificatore differenziale ad alto guadagno che utilizza l'accoppiamento diretto tra l'uscita e l'ingresso. Questo è adatto per le operazioni CC e CA. Gli amplificatori operazionali svolgono numerose funzioni elettroniche come dispositivi di strumentazione, generatori di segnali, filtri attivi, ecc. Oltre a varie operazioni matematiche. Questo dispositivo versatile viene utilizzato anche in molte applicazioni non lineari, come comparatori di tensione, convertitori analogico-digitali e convertitori digitale-analogico, amplificatori logaritmici, generatori di funzioni non lineari, ecc.
Amplificatore differenziale di base
La figura seguente mostra un amplificatore differenziale di base:
Nella figura sopra -
VDI = ingresso differenziale
VDI= V 1 - V 2
VDO = uscita differenziale
VDO= V C1 - V C2
Questo amplificatore amplifica la differenza tra i due segnali di ingresso, V 1 e V 2 .
Guadagno di tensione differenziale,
$$ A_d = \ frac {V_ {DO}} {V_ {DI}} $$
e
$$ A_d = \ frac {(V_ {C1} - V_ {C2})} {V_ {DI}} $$
Come mostrato nella figura seguente, l'amplificatore operazionale di base è costituito da tre fasi:
Fase di input
Questa è la prima fase e ha le seguenti caratteristiche.
- CMR alto (rifiuto di modo comune)
- Alta impedenza di ingresso
- Ampia larghezza di banda
- Offset di ingresso basso (CC)
Queste sono alcune caratteristiche significative per le prestazioni dell'amplificatore operazionale. Questo stadio è costituito da uno stadio amplificatore differenziale e un transistor è polarizzato in modo da agire come una sorgente di corrente costante. La sorgente di corrente costante aumenta notevolmente il CMR dell'amplificatore differenziale.
Di seguito sono riportati i due ingressi all'amplificatore differenziale:
- V 1 = Ingresso non invertente
- V 2 = Ingresso invertente
Fase intermedia
Questa è la seconda fase e progettata per ottenere migliori guadagni di tensione e corrente. Il guadagno di corrente è necessario per fornire corrente sufficiente per pilotare lo stadio di uscita, dove viene generata la maggior parte della potenza dell'amplificatore operazionale. Questo stadio è costituito da uno o più amplificatori differenziali seguiti da un inseguitore di emettitore e da uno stadio di spostamento del livello CC. Il circuito di spostamento del livello consente a un amplificatore di avere due ingressi differenziali con una singola uscita.
| V out = + ve | quando V 1 > V 2 |
| V out = -ve | quando V 2 <V 1 |
| V out = 0 | quando V 1 = V 2 |
Fase di uscita
Questo è l'ultimo stadio dell'amplificatore operazionale ed è progettato per avere una bassa impedenza di uscita. Ciò fornisce la corrente necessaria per guidare il carico. Più o meno corrente verrà prelevata dallo stadio di uscita man mano che il carico varia. Pertanto, è essenziale che la fase precedente funzioni senza essere influenzata dal carico in uscita. Questo requisito è soddisfatto progettando questo stadio in modo da avere un'elevata impedenza di ingresso e un elevato guadagno di corrente, tuttavia con una bassa impedenza di uscita.
L'amplificatore operazionale ha due ingressi: Non-inverting input e Inverting input.
La figura sopra mostra il tipo invertente di amplificatore operazionale. Un segnale applicato al terminale di ingresso invertente viene amplificato, tuttavia il segnale di uscita è sfasato di 180 gradi rispetto al segnale di ingresso. Un segnale applicato al terminale di ingresso non invertente viene amplificato e il segnale di uscita è in fase con il segnale di ingresso.
L'amplificatore operazionale può essere collegato in un gran numero di circuiti per fornire varie caratteristiche operative.