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.