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Esp-3 12-13 1
AMPLIFICATORI
• Amplificatore differenziale a BJT
• Amplificatori operazionali.
• Sorgenti Controllate e Amplificatori
• Classificazione degli amplificatori
• Amplificazione con “feedback”
• Applicazioni degli amplificatori operazionali.
Esp-3 12-13 2
Amplificatore differenziale a transistor (Millman-Grabel Cap. 10-18,10-19)
RC RC
VCC
ICC
RB RB
vu
v2 v1
DMCM
DMCM
CM
dDM
vvv
vvv
vvv
vvvv
2
1
21
21
)(2
1
2/)(2
1
sistema il risolvendo
RE
Esp-3 12-13 3
Amplificazione dell’amplificatore
differenziale a transistor
• Supponiamo di inviare nei due ingressi due segnali opposti: v1=-v2= v . Come conseguenza la somma delle correnti di emettitore non varia e l’amplificazione del circuito è RC/r il cui valore numerico è O(102).
• Se invece inviamo nei dei ingressi lo stesso segnale v1=v2= v l’amplificazione vale ~RC/2RE il cui valore numerico è O(10).
• Di conseguenza questo amplificatore (di tipo differenziale) amplifica maggiormente la differenza tra gli ingressi mentre tende ad essere meno sensibile al loro modo comune
Esp-3 12-13 4
Amplificatore differenziale tensione di uscita per segnali qualsiasi
CMRR
vvv
Av
CMRR
vvAv
A
AvAv
vAvAv
dDM
u
CMDMDMCM
DM
CMDMDMu
CMCMDMDMu
21
2
Esp-3 12-13 5
Amplificatore Operazionale Ideale
L’amplificatore Operazionale è un amplificatore di
tensione differenziale che amplifica la
differenza di tensione in ingresso e che esce in
tensione
+
_
Simbolo dell’amplificatore operazionale (ideale)
Esp-3 12-13 6
Amplificatore Operazionale Ideale
+
_
Simbolo circuitale dell’amplificatore operazionale (ideale)
L’amplificatore operazionale è un amplificatore
differenziale di tensione accoppiato in continua con
alto guadagno di tensione.
Ingresso non invertente
Ingresso invertente Uscita
Esp-3 12-13 7
Caratteristiche dell’Amplificatore
Operazionale Ideale
1. Resistenza d’ingresso infinita
2. Resistenza d’uscita zero
3. Amplificazione infinita (Implica la massa virtuale)
4. Risposta uniforme a tutte le frequenze (0-∞)
5. Se v+=v- allora vu=0.
Esp-3 12-13 8
Applicazioni dell’operazionale
(ideale)
Massa virtuale Avv se
Esp-3 12-13 9
Applicazioni dell’operazionale (cont.)
Circuito sommatore di tensioni
Questo circuito può essere usato come un DAC
• se Rk=R0/ 2k
• se le tensioni in ingresso rappresentano un numero digitale
(linea 0 LSB e linea 3 MSB)
Esp-3 12-13 10
Operazionale reale: A741
Esp-3 12-13 11
Il A741
Esp-3 12-13 12
AMPLIFICATORI REAZIONATI (Millman-Grabel sez.3-1,12-1-2-3-4-5)
• Corrispondenza tra amplificatori e generatori controllati
• Classificazione degli amplificatori e condizioni di idealità
in relazione alle impedenze.
• Concetto di “Feedback” e sua formulazione matematica
• Effetto della reazione sui parametri degli amplificatori.
• Altre applicazioni degli operazionali:
– Integratore
– Differenziatore
– Giratore.
Esp-3 12-13 13
Generatori controllati e amplificatori
~
Rs
vs RL
Aii1
Io i1
v2
I generatori controllati sono i dispositivi con i quali è possibile descrivere il
comportamento degli amplificatori. Nella figura seguente è mostrato un
generatore di corrente controllato in corrente. La corrente di uscita Io è
legata a quella di ingresso dal parametro A (amplificazione di corrente).
L’effetto della corrente in ingresso è trasferito in uscita attraverso il
generatore. L’uscita non ha alcun effetto sull’ingresso. In questo caso la
rete è detta unilaterale.
Esp-3 12-13 14
Classificazione degli amplificatori
• Quattro tipi di Amplificatori: uno per ogni tipo di
generatore controllato.
• Amp. di Tensione AV
• Amp. di Corrente AI
• Amp. a Transconduttanza (=convertitore
Tensione Corrente) g
• Amp. a Transimpedenza (=convertitore
Corrente Tensione)
Esp-3 12-13 15
Amplificatore di tensione
RL Ri
Ro Rs
Vs Vi Vo
+ +
AvVi
vRR
is
i
oL
Lv
soL
Liv
s
AA
RR
R
RR
RA
VRR
RVA
V
VA
io ,0
0 1
Condizione di idealità:
Esp-3 12-13 16
Amplificatore di corrente
Rs Is RL Ro Ri
AiIi
iRR
is
s
oL
oi
soL
oii
s
o
AA
RR
R
RR
RA
IRR
RIA
I
IA
io 0,
1
Io
Condizione di idealità:
Ii
Esp-3 12-13 17
Amplificatore a Transconduttanza
RL Ro
GVi
Io Rs
Vs Vi
+
GTrasRap
RR
R
RR
RG
VRR
RVG
V
ITrasRap
io RR
is
i
oL
o
soL
oi
s
o
,..
1.
Condizione di idealità:
Convertitore Tensione - Corrente
Esp-3 12-13 18
Amplificatore a Transimpedenza
Rs Is Ri
Ii
RL
Ro
Vo +
ZIi
ZTrasRap
RR
R
RR
RZ
IRR
RIZ
I
VTrasRap
io RR
is
s
oL
L
soL
Li
s
o
0,0..
1.
Condizione di idealità:
Convertitore Corrente - Tensione
Esp-3 12-13 19
Sorg. Somma Ampl. Camp. Car.
Rete
Reaz.
Io Ii
Vf
Il concetto di “FEEDBACK”
La reazione o feedback è la procedura che riporta in ingresso una
frazione del segnale di uscita jn modo che la somma dei due
segnali sia quella in ingresso al sistema.
If _
+
+ + _ Vi _ Vu
+
_
Esp-3 12-13 20
La Rete di Campionamento
Rete di
Feedback
Vu
Rete di
Feedback
(a)
Campionamento della
tensione di uscita
(b)
Campionamento della
corrente di uscita
Io Ampl.
AVi
Ru
Ampl. Carico
Ru AIi
RL RL
Carico
_
+
Iu
Esp-3 12-13 21
La Rete di
Confronto o Somma
Ampl.
Rete di
Feedback
Ampl.
Rete di
Feedback
Vi
Vf
Ii
If
(a)
Confronto in serie o
Somma di tensione
(b)
Confronto in parallelo o
Somma di corrente
Vi Vs + Vf Ii Is +If
Ri
_
+
+
_
Esp-3 12-13 22
L’Amplificatore Reazionato ideale • X indica corrente oppure tensione a seconda dei casi
• AOL indica l’amplifcazione,detta Open Loop, dell’amplificatore
• indica la frazione del segnale di uscita riportato in ingresso
AOL
Xf= Xo
Xo=AOL Xi
OL
OL
iOLi
iOL
fi
iOL
fi
iOL
s
iOL
s
o
A
A
XAX
XA
XX
XA
XX
XA
X
XA
X
XA
1
Xs
Xi=Xs+Xf
Esp-3 12-13 23
Assunzioni di base per il calcolo
dell’amplificazione con reazione
1. Il segnale di ingresso e trasmesso all’uscita solo
attraverso l’amplificatore e NON attraverso la rete di
reazione – La rete di feedback è unilaterale
2. Il segnale di feedback ingresso è trasmesso dall’uscita
all’ingresso solo attraverso la rete L’amplificatore è
unilaterale.
3. Il rapporto di trasferimento non dipende dal carico o
dalla impedenza del generatore
Esp-3 12-13 24
Effetti della reazione sull’amplificatore
1. Stabilizzazione del guadagno
1 etipicament
ponendo
OL
F
OL
OL
OL
F
F
F
OL
OL
OL
OLOL
OL
OLF
OL
OL
OLF
A
A
A
dA
A
A
A
dA
A
dA
A
dAA
A
dAdA
ATA
AA
22 )1()1(1
1
Esp-3 12-13 25
Effetti della reazione sull’amplificatore
cont.
• La reazione tende a rendere “ideali” le impedenze di ingresso e
di uscita dell’amplificatore.
Esempio 1. L’impedenza di ingresso di un amplificatore di
tensione reazionato con reazione in serie (reazione di tensione)
è:
iiFOLi
i
OLi
s
fi
s
siF
RRAR
I
AV
I
VV
I
VR
nte tipicame, )1(
)1(
Ampl.
Rete di
Feedback
Vi
Vf
Ri
_
+
+
_
+
_ Vs
Esp-3 12-13 26
Effetti della reazione sull’amplificatore
(continua 2)
Esempio 2. L’impedenza di uscita di amplificatore di tensione
reazionato con rete di campionamento di tensione:
Vu
Rete di
Feedback
AOL Vi
Ru
_
+
Iu
u
OL
u
iOLOL
iOL
u
uiOL
iF
cc
cauF
RA
R
VAA
VA
RRVA
VA
I
VR
)1(
1
)1(
/
N.B. In condizioni di corto circuito il
segnale di reazione è nullo e quindi la
tensione di uscita è:AOL Vi
Esp-3 12-13 27
Risposta in frequenza di un
operazionale reale
Per ragioni di stabilità la funzione di trasferimento degli amplificatori
operazionali reali ha la forma di un passa-basso del primo ordine
con una frequenza dell’ordine della decina di Hertz.
h
OLOL sAsA
1
1)0()(
Calcoliamo l’effetto del feedback su questa risposta in frequenza .
Esp-3 12-13 28
Risposta in frequenza di un
operazionale
)0()0(1)0(
1
)0(
)0(11
1
)0(1
)0(
)0(1
)0(
1
)0(1
1
1
)0(
)(1
)()(
FOLhFH
H
F
OLh
OL
OL
h
OL
OL
h
OL
h
OL
OL
OLF
AAAs
A
A
sA
A
sA
A
s
As
A
sA
sAsA Se ne deduce che il
prodotto tra il valore
dell’amplificazione
reazionata a frequenza
nulla e la relativa
frequenza di taglio è
una costante
)0()0(1
)0()0(1
)0()0(1)0(
OLh
OL
OLOLh
FOLhFH
AA
AA
AAA
Esp-3 12-13 29
Risposta in frequenza di un
operazionale reale
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