ELEMANIA
Operazionale - Differenziale
Amplificatore differenziale

L'operazionale appartiene a una classe di amplificatori detti amplificatori differenziali. Un amplificatore differenziale, come suggerisce il nome, è un amplificatore che amplifica la differenza fra due tensioni applicate a due differenti terminali di ingresso. Nel caso dell'operazionale i due terminali sono quelli indicati col + e col - sul simbolo del componente (terminale non invertente e terminale invertente). Si faccia riferimento al seguente schema semplificato:

La formula di funzionamento dell'operazionale è la seguente:

Vout = Aol x ( V+ - V- )

Il parametro Aol è detto guadagno ad anello aperto (open loop gain - sui datasheet viene talvolta indicato anche come Large Signal Voltage Gain) e rappresenta praticamente l'amplificazione dell'operazionale. Il valore di tale parametro dipende dal tipo di operazionale usato, ma è sempre molto elevato, come vedremo meglio in seguito.

Il fatto che si tratta di un amplificatore differenziale risulta evidente dal fatto che quella che viene amplificata è la differenza fra due tensioni: la tensione applicata al terminale non invertente V+ e quella applicata al terminale non invertente V-.

La differenza fra V+ e V- corrisponde alla tensione Vd presente fra i due terminali + e -, come indicato in figura:

Vd si chiama tensione differenziale di ingresso (input differential voltage). Inserendo Vd la formula di funzionamento dell'operazionale diventa la seguente:

Vout = Aol x Vd

Qualcuno potrebbe obiettare che tale formula è del tutto identica (a parte i simboli usati) alla usuale legge di funzionamento di un amplificatore di tensione:

Vout = A x Vin

In cosa dunque differisce il funzionamento dell'operazionale (e degli amplificatori differenziali in generale) da quello dei normali amplificatori di tensione?

 

Assenza di un terminale di massa comune

Per capire cosa renda speciale un amplificatore differenziale (come l'operazionale) consideriamo nuovamente lo schema di un amplificatore ad emettitore comune a BJT (cioè un amplificatore non differenziale):

Si presti attenzione al terminale di massa che è comune fra l'ingresso, l'uscita e la tensione di alimentazione Vcc.

Si osservi ora uno schema di amplificazione realizzato con un differenziale (come l'operazionale):

In questo caso ingresso e uscita non hanno nessun "filo" in comune. La massa è in comune fra l'uscita e le due tensioni di alimentazione, ma la tensione differenziale di ingresso Vd è priva di riferimento a massa (si dice che è floating o "galleggiante").

Questa caratteristica, tipica non solo dell'operazionale ma in generale di tutti gli amplificatori differenziali, ha importanti conseguenze soprattutto sul comportamento dell'amplificatore nei confronti del rumore generato internamente e su quello proveniente dall'esterno del circuito.

Senza poter in questa sede approfondire ulteriormente l'argomento della maggiore immunità al rumore degli stadi differenziali (che richiederebbe ben altra trattazione), basti qui considerare che un eventuale disturbo presente in ugual misura sui due terminali di ingresso del differenziale verrebbe eliminato dal segnale di uscita, proprio in virtù dell'operazione di differenza fatta dall'amplificatore. Questo fatto è particolarmente utile quando si vogliono amplificare segnali in presenza di un rumore elevato: se il segnale viene prelevato senza riferimento a massa e amplificato in modo differenziale, l'eventuale rumore (purché presente, come si è detto, uguale su entrambi i terminali di ingresso) viene praticamente eliminato facendo la differenza fra i segnali.

 

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