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