edutecnica

Amplificatore operazionale applicazioni varie        

In tutte le seguenti applicazioni 'miste' assumeremo, per semplicit, di usare amplificatori operazionali ideali con guadagno ad anello aperto infinito (Aol = ∞) ed impedenza di ingresso infinita (assenza di correnti di offset).

Convertitore tensione-corrente        

L'amplificatore operazionale pu essere facilmente impiegato come convertitore tensione-corrente.

convertitore tensione-corrente       

La corrente iL nel carico RL proporzionale vi indipendentemente dal valore di RL.
Di questo convertitore possibile costruire, anche, una versione non invertente.

Convertitore corrente-tensione        

A causa della massa virtuale, non c' corrente che percorre la Rs , resistenza interna al generatore di corrente iL in ingresso.
Tutta la corrente erogata dal generatore (di corrente) viene convogliata sulla resistenza di retroazione, dunque

convertitore corrente-tensione       

Trasduttore di temperatura AD590       

Questo traduttore molto diffuso prodotto dalla Analog Device, sfrutta la dipendenza della caratteristica di una giunzione PN dalla temperatura.
Il componente dotato di due terminali (pi uno collegato al contenitore che non viene solitamente rappresentato negli schemi) se opportunamente alimentato presenta una corrente di uscita proporzionale alla temperatura assoluta T [in kelvin K] .

     dove la costante h vale   

Il campo di utilizzo compreso tra i valori -55C (218K) e +150C (423K). La tensione di alimentazione pu assumere valori tra 4 e 30V. Il condizionamento del segnale pu essere effettuato con il circuito elementare del convertitore corrente-tensione, rappresentato dal seguente schema

AD590 trasduttore di temperatura         dove si ha

   

il valore della resistenza R modifica il fattore di scala temperatura-tensione.

Tecnica di modifica dell'offset       

E' possibile modificare l'offset del segnale di uscita, con lo scopo di azzerare vo in corrispondenza di un determinato valore di vi.

         Dallo schema si vede che

        poi           , sapendo che

Regolazione del guadagno e del valor medio       

Un amplificatore operazionale, in condizioni semplificate, cio con un segnale bilanciato (simmetrico rispetto l'asse dei tempi) in ingresso, opera secondo lo schema seguente:

Sappiamo gi che dotato di una amplificazione A>1 definita dal rapporto

In questo caso gli intervalli di escursione di vo e vi sono simmetrici rispetto allo zero. Non sempre le cose si presentano sotto tale forma; in generale, il segnale di ingresso e/o il segnale di uscita non rispettano questa simmetria e il segnale di ingresso non solo deve essere amplificato,
(retta della caratteristica con angolo >45) ma deve anche adattarsi ad un determinato intervallo di uscita.

Se ci pensiamo bene il legame fra vi e vo pu essere ricondotto al problema matematico della ricerca di una retta passante per due punti.

Se consideriamo la retta passante per i punti A(x2,y2) e B(x1,y1) notiamo che il coefficiente angolare m pu essere espresso come:

   questo ci permette di definire la retta:   

dato che poi uno qualsiasi dei due punti A o B deve soddisfare l'equazione della retta trovata, avremo:

questa equazione deve valere anche per il punto medio della retta

Fatte queste argomentazioni non ci resta che sostituire alla y la vo e alla x la vi .

Quello che era il coefficiente angolare m:

Il guadagno G dato dal rapporto tra le massime escursioni dei segnali d'ingresso e d'uscita.

La tensione di offset E si ricava osservando che il valor medio del segnale v' in uscita dall'amplificatore, vale G volte il valor medio vim del segnale d'ingresso e quindi, per raggiungere il valore medio in uscita vom necessario sommare una componente continua pari a:

Per segnali d'ingresso sbilanciati , si utilizza generalmente un amplificatore invertente e un sommatore invertente a guadagno unitario.

circuito per il condizionamento del segnale con amplificatore operazionale

Amplificatore logaritmico       

amplificatore logaritmico

Il circuito disegnato un amplificatore invertente con un diodo al silicio sull'anello di reazione. Ricordiamo che l'espressione che regola la corrente in un diodo in conduzione la seguente:

Io la corrente inversa di saturazione
q la carica dell'elettrone 1,6·10-19 C
k la costante di Boltzmann 1,38·10-23 J/K
T la temperatura assoluta in K
vD la tensione ai capi del diodo
L'equazione precedente viene normalmente approssimata nel seguente modo:

Nel nostro caso abbiamo:

          

Inoltre osserviamo che: vo= - vD

per cui avremo:    normalmente si pone    per cui possiamo dire:

la tensione di uscita proporzionale al logaritmo naturale della tensione di ingresso.

Amplificatore antilogaritmico       

amplificatore antilogaritmico o esponenziale

L'amplificatore antilogaritmico (o esponenziale) si pu ottenere da un amplificatore logaritmico, scambiando le posizioni del diodo e della resistenza. Valgono inoltre, le stesse considerazioni di prima fatte sul diodo e assumiamo anche in questo caso una corrente i che scorre dall'ingresso all'uscita.

           

cio la tensione di uscita proporzionale all'esponenziale della tensione di ingresso.

Moltiplicatore di tensione       

Un circuito che dati in ingresso due segnali v1 ed v2 (ma potrebbero essere n i segnali in ingresso) che restituisca il loro prodotto vo=v1·v2, pu essere realizzato con un circuito come il seguente

moltiplicatore di tensione

con due amplificatori logaritmici, un sommatore invertente e un antilogaritmico; avremo:

   con    

ipotizzando tutte le resistenze uguali ad R in uscita dal sommatore si avr:

in uscita dall'amplificatore esponenziale:

       dunque     

La tensione di uscita proporzionale al prodotto degli ingressi.

Divisore di tensione                  

Invece del sommatore invertente, usiamo un amplificatore differenziale

come nel caso precedente abbiamo:

   con    

ipotizzando tutte le resistenze uguali ad R in uscita dal differenziale si avr:

      in uscita dall'esponenziale: ci sarà

        

L'uscita proporzionale al rapporto fra i due ingressi.