SOFTMAX - L' AMPLIFICATORE OPERAZIONALE   Index - L' AMPLIFICATORE OPERAZIONALE Status Introduzione Parametri dell' amplificatore operazionale

L' amplificatore operazionale (A.O.) è il più importante circuito integrato lineare, con le seguenti caratteristiche peculiari: accoppiamento diretto, alto guadagno, ingresso differenziale, alta impedenza d'ingresso e bassa impedenza di uscita. Il termine che li designa deriva dal fatto storico che originariamente venivano utilizzati nei calcolatori analogici per svolgere operazioni matematiche, come somme (mixer), integrazioni, derivazioni, ecc… La facilità dell'impiego ed i vantaggi che ne derivano sono legati all'uso della << retroazione negativa >> che migliora la << stabilità in guadagno >>, riduce l'impedenza d'uscita, aumenta la linearità e l'impedenza d'ingresso: a tutto ciò si aggiunge il fatto che le caratteristiche dell'amplificatore retro azionato dipendono essenzialmente dai valori e dal tipo degli elementi passivi utilizzati nella rete di retroazione. Generalmente, un amplificatore operazionale e' un dispositivo elettronico integrato, costituito da due ingressi (ingresso "differenziale") e da un'uscita, nonché da due terminali che servono per collegare le tensioni di alimentazione. Benchè precedentemente fosse rappresentato in altro modo, già da tempo e' stato adottato come simbolo un triangolo isoscele,vedi fig.1, che indica il "senso" dell' amplificazione alla stregua di un puntatore.

Normalmente il dispositivo viene alimentato da una tensione duale con massa comune, cosa che permette all' op-amp di avere un'uscita positiva o negativa rispetto a massa. In generale, ed orientativamente, l'amplificazione in tensione (a bassa frequenza) di un' amplificatore operazionale oscilla tra 100 e 300 V/mV, la sua impedenza di ingresso e' dell'ordine di 1 MOhm in ciascuno dei terminali di ingresso, mentre la sua impedenza di uscita e' solitamente pari a qualche centinaio di Ohm. Per quanto riguarda i terminali di ingresso, uno di essi si indica come negativo ed ha una uscita invertente (ovvero di segno contrario a quello del segnale di entrata), mentre l'altro viene indicato come positivo, ed ha un'uscita non invertente (mantiene lo stesso segno del segnale iniziale). Inoltre, se si applica una tensione di ingresso "positiva" al terminale negativo,fig. 2, mantenendo a massa l'altra entrata, l'uscita risulterà invertente e negativa.

Fig. 2

Al contrario, se viene applicato un segnale "positivo" al terminale positivo,fig. 3, mantenendo l'altro terminale a massa, l'uscita risulterà essere positiva ma non invertente. 

Fig. 3

Logicamente, applicando simultaneamente segnali identici ad entrambi gli ingressi,fig. 4, l'uscita sarà teoricamente nulla, giacché l'azione differenziale dell'amplificatore creerà una compensazione tra i medesimi.

Fig. 4

In altre parole, l'uscita del circuito risulterà proporzionale al segnale differenziale originato da ciascuna delle due entrate, in modo tale che se chiamiamo: 

Fig. 5

La tensione ottenuta all'uscita dell' op-amp, eo verrà definita dall' espressione:

il cui valore, evidentemente, sarà nullo nel caso in cui e1 sia uguale ad e2 in valore assoluto ed in segno. Un'applicazione molto semplice dell'amplificatore consiste nell'utilizzarlo come comparatore differenziale di tensioni,fig.6, di modo che una tensione di riferimento (e2) venga applicata al terminale negativo di ingresso ed una tensione variabile di prova (e1) sia introdotta nel terminale positivo dei medesimo. 

Fig. 6

Quando la tensione di prova supera di alcune decine di millivolt quella di riferimento, la tensione di uscita si porta verso la "saturazione" in senso positivo, mentre quando detta tensione di prova e' inferiore anche di poche decine di millivolt a quella di riferimento, l'uscita si porterà verso la saturazione, ma in senso negativo. Si noti come sia la grandezza della tensione differenziale di entrata quella che determina la tensione di uscita, e come i valori assoluti corrispondenti a ciascuna entrata rivestano scarsa importanza; cose del resto facilmente costatabili osservando la curva caratteristica di trasferimento corrispondente al circuito comparatore di cui ci stiamo occupando. 

Fig. 7 Curva caratteristica di trasferimento.

In conseguenza di quanto suesposto, se si utilizza, per esempio, una tensione di riferimento di 1 V, considerando che per provocare la commutazione dell'uscita da livello negativo di saturazione a positivo la tensione differenziale richiesta e"pari a 200 uV (si veda la curva di trasferimento), detta variazione si otterrà con solo lo 0.02% del segnale di 1 Volt applicato all'ingresso (+) come tensione di prova, il che significa che il circuito in questione si comporta come un comparatore di tensione di precisione, rivelatore di equilibrio.