le configurazioni fondamentali

II lezione
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Tempi di svolgimento: 2 ore
Obiettivi: conoscere le principali configurazioni amplificatrici

2. Le Configurazioni fondamentali di un A.O come amplificatore.

2.1. Configurazione invertente

Un amplificatore operazionale si dice collegato in configurazione invertente quando il segnale in uscita è sfasato di 180° rispetto al segnale di ingresso: se l’ingresso è positivo, l’uscita risulta negativa e viceversa.
Per ottenere questo occorre che il segnale di ingresso sia applicato sul terminale invertente, contrassegnato dal segno - (meno).
Lo schema di un amplificatore invertente è mostrato in fig. 4:




Tenendo presenti le condizioni di cortocircuito virtuale, è possibile affermare che:
- i terminali dell’A.O. non assorbono corrente, quindi: IR1 = IR2 = I
- la tensione differenziale Vd è nulla, quindi: Vi = R1 /I e Vu = -R2 /I
Eguagliando i valori della corrente si ottiene:

Vi/R1=-Vu/R2

Da cui la relazione tra segnale in ingresso e segnale di uscita:

Vu/Vi=-R2/R1

E’ evidente che agendo sul valore di R1 ed R2 è possibile far variare il guadagno dell’amplificatore entro il range stabilito, però sempre con un segno negativo, proprio perché la fase del segnale dell’ingresso viene per definizione invertita di 180°.

2.2. Configurazione non-invertente

Un amplificatore operazionale si dice collegato in configurazione non-invertente quando il segnale in uscita è perfettamente in fase rispetto al segnale di ingresso: se l’ingresso è positivo, l’uscita risulta positiva e viceversa.
Per ottenere questo occorre che il segnale di ingresso sia applicato sul terminale non-invertente,
contrassegnato dal segno + (più).
Lo schema di un amplificatore non-invertente è mostrato in fig. 5:



Tenendo presenti le condizioni di cortocircuito virtuale, è possibile affermare che:
- i terminali dell’A.O. non assorbono corrente, quindi: IR1 = IR2 = I
- la tensione differenziale Vd è nulla, quindi: Vi = R1/I e Vu = Vi + R2 /I
Eguagliando i valori della corrente si ottiene come risultato finale:

E’ evidente che agendo sul valore di R1 ed R2 è possibile far variare il guadagno dell’amplificatore entro il range stabilito ) a un valore molto grande (per R1 <<>

Non è perciò possibile ottenere stati non-invertenti con guadagno inferiore a 1. Per ottenere tale
risultato è necessario ricorrere a due stadi invertenti posti in cascata:
- il prodotto dei loro singoli guadagni deve corrispondere al guadagno complessivo richiesto;
- la duplice inversione di fase garantisce la conservazione del segno tra ingresso e uscita.

2.3. Buffer o inseguitore di tensione

Un caso particolare deriva dalla configurazione non invertente nella quale il rapporto tra R2 e
R1 è nullo. Ciò può essere ottenuto imponendo i seguenti valori:
R1 = + ∞ (circuito aperto) e R2 = 0 (cortocircuito);
Lo schema che ne risulta è detto “buffer” (o inseguitore di tensione), ed è indicato in figura 6:

E’ immediato constatare come in questo caso la configurazione abbia guadagno unitario:

Si ha pertanto Vu=Vi (da qui il nome “inseguitore di tensione”).
A prima vista, la funzione svolta dal Buffer può risultare priva di utilità pratica: in fondo l’uscita
ha esattamente lo stesso andamento (in fase e modulo) dell’ingresso.
Tuttavia la vera utilità emerge riflettendo sul fatto che questo stadio presenta resistenza di ingresso infinita e resistenza di uscita nulla: il segnale di uscita è uguale a quello di ingresso, tuttavia la rete connessa all’uscita viene disaccoppiata dalla rete posta in ingresso. Ciò risulta particolarmente utile quando si vogliono impedire indesiderati effetti di carico tra la rete posta a monte del Buffer e la rete posta a valle.