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Principali parametri degli amplificatori operazionali
Per capire le numerose caratteristiche di un Amp. Op. è opportuno prendere in esame il Data Sheet (foglio dati), dello stesso, come è riportato nei manuali tecnici forniti dal costruttore.
Il foglio dati contiene di solito le seguenti informazioni:
1) Una descrizione generale dell'Ampl.Op.
2) Uno schema del circuito interno
3) La configurazione dei piedini del dispositivo
4) I valori massimi assoluti
5) Le caratteristiche elettriche
6) Le curve tipiche di comportamento
Considereremo, adesso, i parametri principali, prendendo come esempio un Ampl.Op. classico, il m A741:
VALORI MASSIMI
1) TENSIONE DI ALIMENTAZIONE (+/- VS)
E' la massima tensione (positiva o negativa) che può essere
impiegata per alimentare l'Ampl. Op..
2) DISSIPAZIONE INTERNA DI POTENZA
(PD)
E' la massima potenza che l'Ampl.Op. può dissipare ad una
precisa temperatura ambientale e, dipende anche dal tipo di contenitore.
3) DIFFERENZA DI TENSIONE TRA GLI
INGRESSI (Vid)
E' la massima tensione che può essere applicata tra
gli ingressi + e - .
4) TENSIONE DI INGRESSO (Vicm)
E' la massima tensione di ingresso che può essere
applicata contemporaneamente tra ognuno dei due ingressi e la massa; chiamata
anche tensione di modo comune. Generalmente essa è uguale alla Vs.
5) DURATA DI CORTOCIRCUITO
SULL'USCITA
E' il periodo di tempo durante il quale l'uscita
dell'Ampl.Op. può rimanere in corto circuito con la massa o con le
tensioni di alimentazione.
CARATTERISTICHE ELETTRICHE
Ciascuno dei parametri seguenti avrà un valore minimo, un valore tipico e/o un valore massimo:
PARAMETRI DI INGRESSO
1) Tensione di offset in ingresso (VOS)
E' la tensione che deve essere applicata ad uno dei terminali di ingresso
per produrre una tensione di uscita uguale a zero. Un Ampl.Op. ideale
ha una tensione d'uscita nulla.
La tensione di sbilanciamento
(offset) è principalmente dovuta allo stadio di ingresso dell'Ampl.Op. Esso è
di solito costituito da un amplificatore differenziale, e poiché esistono
sempre delle piccole differenze di realizzazione tra due transistor che
costituiscono la coppia differenziale questo fatto determina delle diversità
tra le tensioni continue di soglia B-E Vbe dei due transistor e quindi un
offset di tensione. L'offset di tensione, che risulta di solito compresa tra
0,5 e 5 mV negli Ampl.Op. in commercio (per il 741 tra
2 e 6 mV), può
essere compensato principalmente in due modi:
2) Corrente di offset di ingresso (IOS)
E' la differenza rilevabile, con Ampl.Op. a riposo, tra le
due correnti di ingresso quando la tensione d'uscita è nulla: dopo cioè che è
stata compensata la tensione di offset.
La corrente di offset è dovuta principalmente alla differenza tra i guadagni di
corrente dei due transistor e anch'essa può essere compensata.
3) Resistenza di ingresso (RIN)
In un Ampl.Op. si possono distinguere due tipi di
resistenza di ingresso:
- resistenza di ingresso di modo comune
- resistenza di ingresso di modo
differenziale
Si definisce resistenza di ingresso di modo comune
quella rilevabile tra i due morsetti di ingresso, collegati in corto circuito,
e la massa. Essa corrisponde alla metà della resistenza rilevabile tra un
singolo ingresso dell'Ampl.Op. e la massa. Essa è
dell'ordine dei GW.
La resistenza di ingresso di
modo differenziale è quella rilevabile tra i due ingressi invertente e non
invertente. Spesso i costruttori forniscono solo la resistenza di ingresso di
modo differenziale in quanto, essendo la resistenza
di modo comune elevata, per le applicazioni circuitali
è importante soprattutto la conoscenza di quella differenziale. Per il 741 essa
è compresa tra 0.3 e 2 MW
PARAMETRI DI USCITA
1) Resistenza di uscita (ROUT)
E' la resistenza che l'Ampl.Op. (considerato come generatore) presenta verso il
carico. E' misurata quindi tra l'uscita e la massa. Per il 741 essa è di 75 W
2) Corrente di uscita di corto
circuito (ISC)
E' la massima corrente di uscita che l'Ampl.Op. può fornire ad un carico. Per
il 741 è di 25 mA.
3) Massima escursione della
tensione di uscita (VOUT)
E', in funzione della resistenza di carico, la massima tensione di picco di
uscita che l'Ampl.Op. può fornire senza entrare in saturazione o tagliare
il segnale. Per il 741 è +/- 14V tipico con RL=10KW
ALTRI PARAMETRI
1) Guadagno di tensione ad anello aperto (A)
E' il rapporto fra tensione di uscita e tensione di ingresso di un
Ampl.Op. senza reazione esterna.
2) Slew rate (velocità di salita di
VU - rapidità di risposta)
E' il rapporto tra un incremento D VU del segnale di uscita e
l'intervallo di tempo Dt in cui tale incremento avviene
SR= D VU / D t
ed è espresso in V/ m sec.
3) Rapporto di reiezione di modo comune
(CMRR)
E' la misura della capacità dell'Ampl.Op. di non amplificare segnali presenti
contemporaneamente ai due ingressi. Corrisponde al rapporto tra il guadagno di
modo differenziale e quello di modo comune.
CMRR=ADM/ACM
4) Guadagno di tensione ad anello
chiuso (Ar)
E' il rapporto fra tensione di uscita e tensione di ingresso di un Ampl.Op. con
reazione esterna. L'elevato guadagno
ad anello aperto fa si che raramente l'Ampl. Op. venga utilizzato in questo
modo, preferendo invece, reazionarlo negativamente, nel senso che, mediante
componenti esterni, una parte del segnale d'uscita viene riportato al morsetto
invertente, realizzando così un guadagno ad anello chiuso molto inferiore a
quello ad anello aperto. Si ha l'amplificatore invertente quando il
segnale d'ingresso viene portato all'ingresso invertente (-) e il segnale
d'uscita è sfasato di 180°. Si ha l'amplificatore non invertente
quando il segnale d'ingresso viene portato all'ingresso non invertente (+) e il
segnale d'uscita è in fase con l'ingresso.
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