GUIDA Amplificatore Operazionale Invertente

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Blume

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Amplificatore operazionale in configurazione invertente

Nell'ultimo tutorial abbiamo visto come l'amplificazione di un operazionale (AVo) può raggiungere valori molto elevati attorno a 1.000.000 e più.

Tuttavia questo guadagno molto elevato non è molto utile nelle applicazioni reali perchè rende l'amplificatore instabile e difficile da controllare, infatti pochi milliVolt (mV) in ingresso sarebbero sufficienti a saturare la tensione di uscita dell' amplificatore operazione e farla oscillare tra la tensione di alimentazione positiva e negativa, perdendo così il controllo completo della potenza.



Siccome il guadagno di un amplificatore operazionale è estremamente elevato possiamo quindi permetterci di perdere una parte di questo alto guadagno collegando una resistenza adeguata attraverso l'amplificatore, dal terminale di uscita al terminale di ingresso invertente, questo ci servirà sia a ridurre che a controllare il guadagno complessivo dell'amplificatore. Producendo quindi un effetto noto comunemente come retroazione negativa, così da avere un sistema basato sull'amplificatore operazionale molto stabile.

La Retroazione negativa è il processo di “feed back” di una frazione del segnale di uscita fino al suo ingresso, ma per rendere il feedback negativo, dobbiamo alimentarlo al terminale negativo o “invertente” dell'Amplificatore operazionale utilizzando una resistenza di feedback che chiameremo . Questa reazione tra l'uscita ed il terminale di ingresso invertente forza la tensione differenziale di ingresso verso lo zero.

Questo effetto produce un circuito chiuso per l'amplificatore con conseguente guadagno ora chiamato guadagno ad anello chiuso. In un circuito chiuso invertente l'amplificatore utilizza il feedback negativo (o retroazione) per controllare con precisione il guadagno complessivo dell'amplificatore, ma ad un costo nella riduzione del guadagno.

La tensione retroattiva negativa nel terminale di ingresso invertente ha un segnale diverso rispetto alla tensione di ingresso effettiva quindi sarà la somma della tensione di ingresso più la tensione feedback negativa. Dobbiamo quindi separare il segnale reale dall' ingresso invertente utilizzando un resistore di ingresso , Rin .

Configurazione Invertente di un Amplificatore Operazionale



In questo circuito amplificatore invertente è collegata una resistenza di retroazione per produrre un funzionamento ad anello chiuso.

Ci sono due regole molto importanti da ricordare sugli amplificatori invertenti e questi sono:
  • Nessun flusso di corrente scorre nei terminali d'ingresso
  • La tensione di ingresso differenziale è pari a zero, come V1 = V2 = 0 (Massa Virtuale)
Quindi tramite queste due regole si può ricavare l'equazione per il calcolo del guadagno ad anello chiuso di un amplificatore invertente, utilizzando principi primi.
La Corrente ( i ) scorre attraverso la rete di resistenza come mostrato.






















Il guadagno di tensione di un Amplificatore Operazionale Invertente è dato come:




E questo può essere trasformata per trovare la Vout in:




Il segno negativo nell'equazione indica un'inversione del segnale di uscita rispetto all'ingresso sfasato di 180°.
Ciò è dovuto alla retrazione negativa.
L'equazione per la tensione di uscita Vout mostra anche che il circuito è lineare. Per un guadagno dell'amplificatore fissato come Vout = Vin x Av. Questa proprietà può essere molto utile per convertire un segnale più piccolo di un sensore ad una tensione molto più grande.

Esercizio

Trova il guadagno del seguente circuito amplificatore invertente ad anello chiuso.




Usando la formula precedentemente trovata per il guadagno del circuito




possiamo ora sostituire i valori dei resistori nel circuito come segue:

Rin = 10k e Rƒ = 100kΩ.

e il guadagno del circuito è calcolato come: -Rƒ / Rin = 100k / 10k = -10.

Pertanto, il guadagno ad anello chiuso del circuito amplificatore invertente sopra è -10

Un ultimo punto da notare dell'amplificatore in configurazione invertente è che se i due resistori sono di valore uguale,
Rin = Rƒ il guadagno dell'amplificatore sarà -1 e produrrà una forma complementare della tensione di ingresso in uscita come Vout = -Vin . Questo tipo di configurazione invertente dell'amplificatore è generalmente chiamata come guadagno unitario, inverter o semplicemente un buffer invertente.

Nel prossimo tutorial sugli amplificatori operazionali, analizzeremo il comportamento del circuito dell' amplificatore non invertente che produce un segnale di uscita che è “in fase” con l'ingresso.
 
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