L'operazionale usato senza nessun collegamento di retroazione (vedremo nel seguito di cosa si tratta) viene detto ad anello aperto (open loop). Come si è visto quando funziona ad anello aperto l'operazionale satura sempre, cioè la sua tensione di uscita è sempre uguale a +Vsat o a -Vsat.
L'operazionale ad anello aperto è così sensibile anche nei confronti di debolissime tensioni di rumore o all'effetto di piccole asimmetrie nei circuiti interni, che esso satura anche in assenza di segnale applicato in ingresso. Si osservi per esempio il seguente circuito:
Nel circuito in figura Vd = 0 V e dunque in teoria si dovrebbe avere:
Vu = Aol x Vd = 0 V
Tuttavia ciò non avviene perché l'operazionale satura comunque: la sua tensione di uscita si porterà a +Vsat o a -Vsat, cioè a +14V o a -14V circa (quale fra i due valori non può essere previsto, poiché dipende da come è stato realizzato internamente il componente). Impedire all'operazionale ad anello aperto di saturare è impossibile come cercare di mettere uno spillo in equilibrio sulla sua punta.
In pratica ad anello aperto l'unica cosa che rimane da determinare è se la saturazione avviene a +Vsat o a -Vsat. La regola a questo proposito è semplice:
- se la tensione applicata al terminale non invertente V+ è maggiore di quella applicata sul terminale invertente V- (V+ > V-), allora la tensione di uscita dell'operazionale vale +Vsat
- se viceversa V- è maggiore di V+, allora la tensione di uscita vale -Vsat
Una delle (poche) applicazioni interessanti dell'operazionale ad anello aperto è come comparatore. In elettronica si dice comparatore un circuito in grado di confrontare fra loro due segnali di ingresso, fornendo in uscita un livello alto e basso a seconda di quale dei due segnali di ingresso è maggiore dell'altro.
Il modo più semplice di realizzare un comparatore è appunto quello di utlizzare un amplificatore operazionale ad anello aperto. I due segnali da confrontare vengono collegati con l'ingresso invertente e non invertente dell'operazionale. L'uscita dell'operazionale vale +Vsat (tensione di saturazione a livello alto) se il segnale applicato all'ingresso + è maggiore di quello applicato all'ingresso -; viceversa l'uscita dell'operazionale vale - Vsat (tensione di saturazione a livello basso).
Solitamente il comparatore viene usato con uno dei due ingressi costante (tensione di soglia o di riferimento) e l'altro variabile. Si consideri a questo proposito il funzionamento del circuito in figura:
Altri schemi di utilizzo dell'amplificatore operazionale come comparatore (ad anello aperto e con la retroazione positiva) si trovano nella sezione del sito dedicata ai comparatori e ai generatori di segnale.
A causa del valore elevatissimo che assume la sua resistenza di ingresso (parecchi MΩ anche per gli operazionali più economici), la corrente che l'operazionale assorbe nei suoi terminali di ingresso + e - è sempre bassissima, tanto da poter essere considerata pratcamente nulla.
In pratica si possono assumere come generalmente valide le seguenti approssimazioni:
- i+ = 0 A (corrente di ingresso sul terminale non invertente nulla);
- i- = 0 A (corrente di ingresso sul terminale invertente nulla).
Nella realtà queste due correnti non valgono esattamente zero, ma assumono comunque valori estremamente piccoli (minori del µA).
Questo fatto è estremamente importante poiché fa sì che l'operazionale carichi pochissimo i generatori di ingresso. In pratica, anche nel caso in cui i generatori di ingresso abbiano elevate resistenze interne (cioè siano tutt'altro che ideali), il bassissimo assorbimento di corrente da parte dell'operazionale non produce praticamente nessuna perdita di tensione.
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