Complemento Amplificatore Differenziale e Amplificatore Operazionale Amplificatore Differenziale

Complemento Amplificatore Differenziale e Amplificatore Operazionale

Amplificatore Differenziale • È un dispositivo a due ingressi che dà in uscita una tensione proporzionale alla differenza degli ingressi: v 0=Ad(v 1 -v 2).

Amplificatore Differenziale • In generale l’uscita sarà funzione degli ingressi, che, sviluppata al primo ordine, si potrà scrivere: v 0=A 1 v 1+A 2 v 2. • Possiamo definire una tensione di modo comune: vc=1/2(v 1+v 2) ed una tensione differenziale vd= v 1 -v 2. Dunque: v 1=vc+(1/2)vd v 2=vc-(1/2)vd Sostituendo, si ottiene: v 0=Advd +Acvc Avendo definito l’amplificazione differenziale Ad=(A 1 -A 2) /2 e l’amplificazione di modo comune Ac=(A 1+A 2)

Amplificatore Differenziale • Un buon amplificatore differenziale avrà Ac<<Ad. • Definiamo il rapporto di reiezione di modo comune (common mode rejection ratio – CMRR) come: ρ=|Ad/Ac| • L’amplificatore differenziale ideale ha ρ=∞

Amplificatore Differenziale • È compsto, essenzialmente, da due amplificatori CE “affacciati”. • Trascurando re 1 ed re 2, quando v 1=v 2, possiamo considerare il singolo CE con una resistenza Re pari al doppio della Re originale. • L’amplificazione del CE considerato sarà: Av= -hfe. Rc/[hie+(1+hfe)2 Re] = Ad • Se v 1=-v 2, ai capi di Re, il segnale è nullo, dunque Av= -hfe. Rc/hie=Ac Pertanto: ρ=|Ad/Ac|=[hie+2(1+hfe)Re]/ hie Ricordando che hfe~100 e hie~3000Ω

Amplificatore Differenziale • Il CMRR è tanto migliore quanto maggiore è Re, dunque le prestazioni possono migliorare sostituendo Re con un transistor • In realtà al posto del transistor T 3 viene messo un current mirror. • La resistenza di ingresso è data da: Rdiff=2[hie+(1+hfe)re] In cui si vede il vantaggio delle resistenze re 1 e re 2: più sono grandi, maggiore è la resistenza di ingresso.

Amplificatore Operazionale • L’amplificatore operazionale ideale è un amplificatore differenziale con le seguenti caratteristiche: – Impedenza di ingresso infinita – Impedenza di uscita nulla – Guadagno infinito

Amplificatore Operazionale • Le tre caratteristiche sopra esposte implicano che: – Le correnti di ingresso sono nulle: In=Ip=0 – I terminali di ingresso sono alla stessa tensione => Vd=0 Questo è chiamato corto virtuale fra i terminali. • Altre caratteristiche dell’Op Amp ideale sono: – CMRR infinito – Larghezza di banda infinita – Slew rate infinita.

Amplificatore Operazionale • Lo schema di un amplificatore operazionale può essere diviso in tre blocchi: – Uno stadio di ingresso – Uno stadio di amplificazione – Uno stadio di uscita • Lo stadio di ingresso è l’amplificatore differenziale • Lo stadio di amplificazione è un amplificatore ad alto guadagno (può arrivare a 200000) che provvede anche una stabilizzazione in frequenza. • Lo stadio di uscita è un amplificatore di corrente che dà la bassa impedenza di uscita. In genere si tratta di un emitter follower.

Amplificatore Operazionale: schema semplificato

Un amplificatore operazionale reale: il 741