La figura seguente riassume brevemente i principali parametri delle due configurazioni di amplificatori con operazionale più usate:

Il significato dei simboli è:

• A_v guadagno ad anello chiuso;
• R_in resistenza di ingresso;
• R_o resistenza di uscita.

Esaminiamo ora separatamente le diverse voci.

 

Come dice il nome stesso, il guadagno ad anello chiuso dell'amplificatore invertente è negativo, poiché il segnale di uscita ha polarità opposta rispetto al segnale di ingresso. Normalmente un cambiamento di polarità del segnale è abbastanza ininfluente rispetto all'utilizzo dell'amplificatore: per esempio per i segnali audio l'inversione di polarità non crea alcun problema, poiché il nostro udito non è in grado comunque di distinguere fra segnali con polarità opposte.

Le formule di calcolo per l'amplificazione sono leggermente diverse e quella dell'invertente può sembrare leggermente più semplice di quella del non invertente: questo, ovviamente, non costituisce un vantaggio in nessun senso!

E' invece interessante osservare che, variando il valore della resistenza di retroazione R_f, il guadagno dell'invertente può essere modificato da un minimo di zero (con R_f = 0) a un massimo teorico di infinito (con R_f → ∞, anche se in realtà il valore massimo è limitato dal guadagno ad anello aperto dell'operazionale).

Il guadagno dell'amplificatore non invertente invece può variare da un minimo di 1 (con R_f = 0) a un massimo teorico infinito. Questo significa che con l'amplificatore non invertente non è possibile realizzare un attenuatore (guadagno, in valore assoluto, 0< A_v<1) , mentre questo è possibile con l'invertente.

Può sembrare abbastanza bizzarro voler realizzare un attenuatore usando un circuito amplificatore, dal momento che basta un semplice partitore resistivo per questo scopo. Tuttavia invece la cosa è usata abbastanza di frequente, poiché l'attenuatore realizzato con operazionale gode di una migliore resistenza di ingresso e di uscita, rispetto all'attenuatore puramente resistivo.

Infine usando l'amplificatore invertente e un trimmer (resistenza variabile) sulla retroazione è possibile realizzare un semplice amplificatore con guadagno variabile da 0 in su. Lo schema è mostrato in figura:

 

Nell'amplificatore non invertente il segnale di ingresso V_in è applicato direttamente sull'ingresso non invertente dell'operazionale. Come sappiamo la corrente che entra in tale ingresso è sempre molto piccola, quasi nulla. Dunque la R_in dell'amplificatore non invertente (rapporto fra tensione di ingresso V_in e corrente di ingresso I _in) è sempre molto elevata, quasi infinita:

Sostanzialmente si può considerare che la resistenza di ingresso dell'amplificatore non invertente ha un valore paragonabile a quello della R_in dell'operazionale (tipicamente pari ad alcuni MΩ). Sarebbe tuttavia possibile dimostrare che la presenza della retroazione negativa ha l'effetto di aumentare ulteriormente tale valore. In un amplificatore non invertente il valore della resistenza di ingresso è data da:

R_{i_cl} = R_{i_ol} x (1 + A_ol β)

dove R_{i_cl} è la resistenza di ingresso dell'amplificatore non invertente retroazionato, R_{i_ol} è la resistenza di ingresso del solo operazionale, A_ol è il guadagno ad anello aperto dell'operazionale e

è il fattore di retroazione del circuito.

Siccome A_ol è molto elevato, ne consegue che anche R_{i_cl} è ancora più elevata della resistenza di ingresso dell'operazionale.

 

Per quanto riguarda invece l'amplificatore invertente, la situazione è diversa. Infatti in questo caso la tensione di ingresso V_in non è applicata direttamente all'operazionale, ma alla resistenza R₁.

La corrente che passa in R₁è facilmente calcolabile, dato che la tensione V_in cade tutta su R₁ (a causa del fatto che la tensione differenziale di ingresso dell'operazionale retroazionato può essere considerata praticamente nulla):

Dunque abbiamo:

I_in = V_in/R₁

ma:

R_in = V_in/I_in

da cui evidentemente:

R_in = R₁

In pratica il valore di R_in coincide col valore della resistenza R₁. Sebbene sia spesso possibile scegliere valori abbastanza elevati per R₁, tali valori non potranno mai essere paragonabili a quelli della resistenza di ingresso dell'operazionale.

Da ciò ne consegue la superiorità, dal punto di vista della resistenza di ingresso, dell'amplificatore non invertente rispetto all'amplificatore invertente.

 

Per quanto riguarda la resistenza di uscita, la formula di calcolo è identica sia per l'amplificatore invertente che per quello non invertente:

dove

• R_out è la resistenza di uscita dell'amplificatore retroazionato;
• R_o è la resistenza di uscita del solo operazionale;
• A_CL è il guadagno ad anello chiuso (-R₂/R₁ oppure 1+R₂/R₁ a seconda dei casi);
• A₀ è il guadagno ad anello aperto dell'operazionale.

Siccome A₀ è sempre molto più grande di A_CL, ne consegue che la resistenza di uscita R_out dell'amplificatore retroazionato è sempre notevolmente più bassa della resistenza di uscita R_o del solo operazionale.

Per esempio, se consideriamo un amplficatore invertente con guadagno ad anello aperto A₀ = 10⁵ , resistenza di uscita R_o = 50 Ω, R₁= 2 kΩ e R₂= 10 kΩ (A_CL=-5), abbiamo:

R_out = 50 x 5/10⁵ = 0,025 Ω

Il valore è così basso da poter essere considerato zero per la maggior parte delle applicazioni pratiche.

 

A causa della migliore resistenza di ingresso, la configurazione non invertente viene generalmente preferita a quella invertente per la realizzazione di amplificatori generici.

La configurazione invertente può essere utile nei casi in cui si voglia realizzare un attenuatore, si abbia la necessità di regolare il guadagno oppure occorra invertire la polarità del segnale di ingresso.

 

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