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Amplificatore operazionale : altre applicazioni

Convertitore tensione- corrente (V-I)

RL = Carico
iL= Corrente di lavoro


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


Convertitore corrente - tensione (I-V)

A causa della massa virtuale, non vi è corrente che percorre la RS.

AD590 (Trasduttore di temperatura)

   con   
 per cui

      

La 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.

                

     cioè:

Regolazione del guadagno e del valor medio

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

Esso è dotato di una amplificazione A>1 definita dal rapporto   

In questo caso gli intervalli di escursione di Vo e Vi sono simmetrici rispetto allo 0.
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 può 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 può 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 è 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 è 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.


Integratore

Si tratta di un semplice circuito in configurazione invertente, con la presenza di un condensatore sul ramo di reazione.
Ipotizzando una corrente come indicato in figura avremo delle cadute di tensione sia sul condensatore che sulla R.

 

Sul condensatore si ha:

La corrente è proporzionale alle variazioni di tensione (ovviamente in continua sarà i=0). Inoltre..:

     notiamo poi sulla maglia di reazione
     quindi      

Cioè l'uscita è proporzionale all'integrale del segnale di ingresso

Derivatore

In questo caso sul ramo di reazione viene posta la resistenza R, viceversa sul ramo all'ingresso invertente si pone il condensatore C. Faremo l'ipotesi che come nel caso precedente ci sia una corrente i che scorre dal generatore vi verso l'uscita.


Si nota subito: vi=vc  inoltre:

cioè :

in questo caso avremo che la la tensione di uscita è proporzionale alla derivata della tensione di ingresso.

Amplificatore logaritmico

Il circuito è illustrato qui a seguito; esso è 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 è la seguente:


I0 è la corrente inversa di saturazione
q è la carica dell'elettrone 1,6 10-3 C
K è la costante di Boltzmann 1,38 10-23 J/°K
T è la temperatura assoluta in °K
VD è la tensione ai capi del diodo
L'equazione precedente viene normalmente semplificata 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 è proporzionale al logaritmo neperiano della tensione di ingresso. Considerando che avremo che : la tensione di uscita è effettivamente proporzionale al logaritmo naturale della tensione di ingresso.

Amplificatore antilogaritmico (o esponenziale)

Lo si può 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.


In questo caso:

vo= -v= -iR

mentre abbiamo:

vi=vD.

essendo       da cui:

   


cioè la tensione di uscita è proporzionale all'esponenziale della tensione di ingresso.

Moltiplicatore di tensione

Un circuito che dati in ingresso due segnali E1 ed E2 (ma potrebbero essere n i segnali in ingresso) restituisca il loro prodotto vo=E1 E2, può essere realizzato con un circuito come il seguente

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

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

in uscita dall'amplificatore esponenziale:

La tensione di uscita è 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 avrà:


in uscita dall'esponenziale:

L'uscita è proporzionale al rapporto fra i due ingressi.

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