Nozioni di base sull'amplificatore operazionale
L'amplificatore operazionale, chiamato anche Op-Amp, è un circuito integrato che può essere utilizzato per eseguire varie operazioni lineari, non lineari e matematiche. Un amplificatore operazionale è un filedirect coupled high gain amplifier. È possibile utilizzare l'amplificatore operazionale sia con segnali CA che CC. Questo capitolo discute le caratteristiche e i tipi di amplificatori operazionali.
Costruzione dell'amplificatore operazionale
Un amplificatore operazionale è costituito da uno o più amplificatori differenziali, un traduttore di livello e uno stadio di uscita. Un amplificatore differenziale è presente allo stadio di ingresso di un amplificatore operazionale e quindi è costituito da un amplificatore operazionaletwo input terminals. Uno di questi terminali è chiamato comeinverting terminal e l'altro è chiamato come il non-inverting terminal. I terminali sono denominati in base alla relazione di fase tra i rispettivi ingressi e uscite.
Caratteristiche dell'amplificatore operazionale
Le caratteristiche oi parametri importanti di un amplificatore operazionale sono i seguenti:
- Guadagno di tensione ad anello aperto
- Tensione di offset in uscita
- Rapporto di reiezione di modo comune
- Velocità di risposta
Questa sezione discute queste caratteristiche in dettaglio come indicato di seguito:
Guadagno di tensione ad anello aperto
Il guadagno di tensione ad anello aperto di un amplificatore operazionale è il suo guadagno differenziale senza alcun percorso di feedback.
Matematicamente, il guadagno di tensione ad anello aperto di un amplificatore operazionale è rappresentato come -
$$ A_ {v} = \ frac {v_0} {v_1-v_2} $$
Tensione di offset in uscita
La tensione presente all'uscita di un amplificatore operazionale quando la sua tensione di ingresso differenziale è zero è chiamata come output offset voltage.
Rapporto di reiezione di modo comune
Rapporto di reiezione di modo comune (CMRR) di un amplificatore operazionale è definito come il rapporto tra il guadagno differenziale ad anello chiuso, $ A_ {d} $ e il guadagno di modo comune, $ A_ {c} $.
Matematicamente, CMRR può essere rappresentato come:
$$ CMRR = \ frac {A_ {d}} {A_ {c}} $$
Si noti che il guadagno di modo comune, $ A_ {c} $ di un amplificatore operazionale, è il rapporto tra la tensione di uscita di modo comune e la tensione di ingresso di modo comune.
Velocità di risposta
La velocità di variazione di un amplificatore operazionale è definita come la velocità massima di variazione della tensione di uscita a causa di una tensione di ingresso a gradini.
Matematicamente, la velocità di risposta (SR) può essere rappresentata come -
$$ SR = Massimo \: di \: \ frac {\ text {d} V_ {0}} {\ text {d} t} $$
Dove, $ V_ {0} $ è la tensione di uscita. In generale, la velocità di variazione viene misurata in $ V / \ mu \: Sec $ o $ V / m \: Sec $.
Tipi di amplificatori operazionali
Un amplificatore operazionale è rappresentato con un triangolo con due ingressi e un'uscita.
Gli amplificatori operazionali sono di due tipi: Ideal Op-Amp e Practical Op-Amp.
Sono discussi in dettaglio come indicato di seguito:
Op-Amp ideale
Un amplificatore operazionale ideale esiste solo in teoria e non esiste praticamente. Ilequivalent circuit di un amplificatore operazionale ideale è mostrato nella figura sotto riportata -
Un ideal op-amp presenta le seguenti caratteristiche:
Impedenza di ingresso $ Z_ {i} = \ infty \ Omega $
Impedenza di uscita $ Z_ {0} = 0 \ Omega $
Tensione ad anello aperto gaine $ A_ {v} = \ infty $
Se la tensione di ingresso (differenziale) $ V_ {i} = 0V $, la tensione di uscita sarà $ V_ {0} = 0V $
La larghezza di banda è infinity. Significa che un amplificatore operazionale ideale amplificherà i segnali di qualsiasi frequenza senza alcuna attenuazione.
Rapporto di reiezione di modo comune (CMRR) è infinity.
Velocità di risposta (SR) è infinity. Significa che l'amplificatore operazionale ideale produrrà un cambiamento nell'uscita istantaneamente in risposta a una tensione di gradino in ingresso.
Pratico amplificatore operazionale
In pratica, gli amplificatori operazionali non sono ideali e si discostano dalle loro caratteristiche ideali a causa di alcune imperfezioni durante la produzione. Ilequivalent circuit di un pratico amplificatore operazionale è mostrato nella figura seguente:
UN practical op-amp presenta le seguenti caratteristiche:
Impedenza di ingresso, $ Z_ {i} $ nell'ordine di Mega ohms.
Impedenza di uscita, $ Z_ {0} $ nell'ordine di few ohms..
Guadagno di tensione ad anello aperto, $ A_ {v} $ sarà high.
Quando scegli un amplificatore operazionale pratico, dovresti verificare se soddisfa le seguenti condizioni:
L'impedenza di ingresso, $ Z_ {i} $ dovrebbe essere la più alta possibile.
L'impedenza di uscita, $ Z_ {0} $ dovrebbe essere la più bassa possibile.
Il guadagno di tensione ad anello aperto, $ A_ {v} $ dovrebbe essere il più alto possibile.
La tensione di offset in uscita dovrebbe essere la più bassa possibile.
La larghezza di banda operativa dovrebbe essere la più alta possibile.
CMRR dovrebbe essere il più alto possibile.
La velocità di rotazione dovrebbe essere la più alta possibile.
Note - L'amplificatore operazionale IC 741 è l'amplificatore operazionale più popolare e pratico.