L'amplificatore operazionale: applicazioni e caratteristiche

L'amplificatore operazionale: applicazioni e caratteristiche

- Premessa -

Il termine AMPLIFICATORE OPERAZIONALE deriva dal fatto che,originariamente,tale dispositivo veniva usato nei calcolatori analogici per svolgere operazioni matematiche (come somme sottrazioni moltiplicazioni derivate integrali ecc.)sui segnali elettrici. I primi A.O. furono realizzati negli anni 40 con tubi a vuoti; tali dispositivi erano voluminosi, costosi e richiedevano una notevole potenza di alimentazione. L'avvento del transistore bipolare consenti un notevole miglioramento con la realizzazione  di A.O. come moduli a componenti discreti.Successivamente la realizzazione di A.O. come circuiti integrati monolitici costituì una vera e propria rivoluzione nel campo dell'elettronica analogica.Un circuito integrato monolitico consiste in un gruppo di componenti elettronici variamente interconnessi tra loro come transistori,diodi,resistori e condensatori,tuti realizzati in un singolo blocco di silicio monocristallino. Da quando si utilizzano i circuiti integrati è nata la microelettronica; cioè circuiti molto piccoli ma sempre più complessi. Questo comporta una serie di vantaggi:

1)minore ingombro

2)riduzione dei costi di produzione

Per quanto riguarda i vantaggi elettrici :Hanno aumentato l'affidabilità e hanno ridotto i consumi e hanno aumentato la frequenza di lavoro.Il primo di tali di tali dispositivi fu realizzato negli anni 60 dalla Fairchild. Sempre la stessa casa introdusse sul mercato,nel 1968 l'A.O. uA741 che ben presto diventò uno standard industriale. Da allora il numero di case produttrici di A.O. è cresciuto enormemente tuttavia il 741 continua ad essere uno degli A.O. più popolari. L'Amplificatore Operazionale è uno dei più versatili componenti dell'elettronica; esso è un amplificatore di tensione realizzato in forma integrata e caratterizzato dall'avere le seguenti caratteristiche:

a) amplificazione elevatissima, teoricamente infinita, nei tipi commerciali A @ 100.000, ovvero un guadagno G @ 100 dB.

b) impedenza di ingresso teoricamente infinita; nei tipi commerciali è di alcuni MW con modelli fino a 1.000.000 MW ; la capacità di ingresso è mediamente di qualche pF.

c) impedenza di uscita molto bassa, teoricamente zero; nei tipi commerciali è di alcuni ohm e può scendere fino a centesimi di ohm.

d) curva di risposta in frequenza lineare dalla continua (f = 0) fino ad un valore limite che dipende dal guadagno.

Esso richiede due alimentazioni, una positiva e una negativa, poiché deve poter elaborare anche segnali continui, positivi e negativi.

Un Amp. Op. è costituito in genere da tre parti fondamentali:

- STADIO DI INGRESSO

- STADIO INTERMEDIO

- STADIO DI USCITA

- Lo STADIO DI INGRESSO è costituito da un amplificatore differenziale a due ingressi e una sola uscita; esso presenta un'elevata impedenza di ingresso e un guadagno non molto elevato. Lo stadio d'ingresso converte il segnale di tensione di ingresso in un segnale di corrente che viene inviato allo stadio intermedio.

- Lo STADIO INTERMEDIO può essere costituito da un amplificatore di tipo Darlington, in grado di fornire un elevato guadagno di corrente ( b d = b 1 * b 2 ) .

- Lo STADIO DI USCITA è generalmente costituito da un amplificatore inseguitore in classe B o AB, che viene alimentato dal segnale proveniente dallo stadio intermedio e lo amplifica ulteriormente in corrente secondo il guadagno dei transistor di uscita.

In questo stadio viene di solito inserito un circuito che evita il danneggiamento in caso di sovraccarico di corrente dovuto ad un eventuale troppo bassa resistenza di carico.

Simbolo grafico dell' Ampl. Op.