Caratteristiche dell'amplificatore operazionale

Amplificatore operazionale o op amp, come sono solitamente chiamati, sono dispositivi lineari che possono fornire un'ingrandimento DC ideale. Sono fondamentalmente dispositivi di amplificazione di tensione utilizzati con componenti di retroazione esterni come resistenze o condensatori. Un op amp è un dispositivo a tre terminali, con un terminale chiamato ingresso inverting, l'altro ingresso non inverting e l'ultimo è l'uscita. Di seguito è riportata una diagramma di un tipico op amp:

Come si può vedere dal diagramma, l'op amp ha tre terminali per ingresso e uscita e due per l'alimentazione.
Prima di comprendere il funzionamento di un op amp, dobbiamo conoscere le caratteristiche dell'op amp. Le spiegheremo una per una qui:

Guadagno di tensione a ciclo aperto (A)

Il guadagno di tensione a ciclo aperto senza alcuna retroazione per un op amp ideale è infinito. Tuttavia, i valori tipici del guadagno di tensione a ciclo aperto per un op amp reale variano da 20.000 a 200.000. Sia la tensione d'ingresso Vin. Sia A il guadagno di tensione a ciclo aperto. Allora la tensione d'uscita è Vout = AVin. Il valore di A è generalmente all'interno del range specificato, ma per un op amp ideale, è infinito.

Impedenza d'ingresso (Zin)

L'impedenza d'ingresso è definita come la tensione d'ingresso divisa dalla corrente d'ingresso. L'impedenza d'ingresso di un op amp ideale è infinita. Ciò significa che non c'è corrente che scorre nel circuito d'ingresso. Tuttavia, un op amp reale ha una certa corrente che scorre nel circuito d'ingresso, di magnitudine da pochi pico-ampere a pochi milli-ampere.

Impedenza d'uscita (Zout)

L'impedenza d'uscita è definita come il rapporto tra la tensione d'uscita e la corrente d'ingresso. L'impedenza d'uscita di un op amp ideale è zero, tuttavia, gli op amps reali hanno un'impedenza d'uscita di 10-20 kΩ. Un op amp ideale si comporta come una sorgente di tensione perfetta, erogando corrente senza perdite interne. La resistenza interna riduce la tensione disponibile al carico.

Larghezza di banda (BW)

Un op amp ideale ha una larghezza di banda infinita, ovvero può amplificare qualsiasi segnale da DC alle frequenze AC più alte senza alcuna perdita. Quindi, un op amp ideale si dice che abbia una risposta di frequenza infinita. Negli op amps reali, la larghezza di banda è generalmente limitata. Il limite dipende dal prodotto della larghezza di banda di guadagno (GB). GB è definito come la frequenza dove il guadagno dell'amplificatore diventa unitario.

Tensione di offset (Vio)

La tensione di offset di un op amp ideale è zero, il che significa che la tensione d'uscita sarà zero se la differenza tra i terminali inverting e non inverting è zero. Se entrambi i terminali sono collegati a massa, la tensione d'uscita sarà zero. Tuttavia, gli op amps reali hanno una tensione di offset.

Rapporto di rifiuto in comune (CMRR)

Il termine "comune" si riferisce alla situazione in cui la stessa tensione è applicata ai terminali inverting e non inverting dell'op amp. Il rifiuto in comune si riferisce alla capacità dell'op amp di rifiutare il segnale comune. Ora siamo in grado di comprendere il termine rapporto di rifiuto in comune. Il rapporto di rifiuto in comune misura la capacità dell'op amp di rifiutare il segnale comune. Matematicamente è definito come

Dove, AD è il guadagno differenziale dell'op amp, ∞ per un op amp ideale. ACM si riferisce al guadagno in comune dell'op amp. Il CMRR di un op amp ideale è ∞. Ciò significa che è in grado di rifiutare tutti i segnali comuni. Inoltre, dalla formula, possiamo vedere che AD è infinito per un op amp ideale e ACM è zero. Quindi il CMRR di un op amp ideale è infinito. Quindi respingerà qualsiasi segnale comune a entrambi. Tuttavia, gli op amps reali hanno un CMRR finito e non rifiutano tutti i segnali comuni.

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