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Amplificatore operazionale: corto circuito virtuale

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Amplificatore operazionale: corto circuito virtuale

Messaggioda Foto Utenteslang6 » 9 gen 2010, 10:42

Ciao a tutti, studiando gli amplificatori operazionali non ho ben capito il concetto di corto circuito virtuale.
Sbaglio a dire che questo "fenomeno" fa si che le tensioni v+ e v- ai morsetti di ingresso siano circa uguali? E soprattutto, come/perché si verifica questo corto circuito?
Ho già cercato un po' su internet e sul forum ma ho trovato poco di elementare. Qualcuno sa spiegarmelo proprio terra-terra?

Grazie mille!
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[2] Re: Amplificatore operazionale: corto circuito virtuale

Messaggioda Foto Utenteparolina » 9 gen 2010, 10:49

bè terra terra ... devi verificare che l'amplificatore operazionale operi in reazione negativa...verificata la reazione negativa puoi attuare il corto circuito virtuale..non solo le tensioni sono uguali ma la i-=i+=0!!
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[3] Re: Amplificatore operazionale: corto circuito virtuale

Messaggioda Foto Utentelucbie » 9 gen 2010, 13:05

Consideriamo l'operazionale in questa configurazione (se le Z sono resistori, la reazione è negativa):
Immagine

L'operazionale porta in uscita una tensione Vout = A * ( V+ - V- ) , con A pari al suo guadagno.

La V- è decisa dalla partizione Z / ( Z + Z' ) della Vout. Quindi V- è direttamente proporzionale a Vout.

Se aumento Vs, aumento V+ , aumento Vout, ma anche V-.
Questo aumento di Vout prosegue finché V+ e V- non raggiungono valori identici.

Significa che il sistema reagisce in modo da opporsi a differenze tra V+ e V- . Quindi, per guadagni A molto elevati e reazione negativa, puoi far finta che su V+ e su V- ci sia la stessa tensione.
V+ la imponi e V- si adatta allo stesso valore a causa del guadagno dell'operazionale e della reazione negativa.
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[4] Re: Amplificatore operazionale: corto circuito virtuale

Messaggioda Foto Utentelucbie » 9 gen 2010, 14:38

Analiticamente:

V_{out} = A \cdot \left ( V_{+} - V_{-} \right )

V_{-} = V_{out} \cdot \frac{Z}{Z+Z"}   \rightarrow   V_{out} = V_{-} \cdot \frac{Z+Z"}{Z}

Uguagliando le Vout ottenute si ottiene:
A \cdot \left ( V_{+} - V_{-} \right )=V_{-} \cdot \frac{Z+Z"}{Z}

Che, separando le due tensioni, diventa:
V_{+}=V_{-} \cdot \frac{Z+Z"}{A \cdot Z} + V_{-}=V_{-} \cdot \left( \frac{Z+Z"}{A \cdot Z}+1 \right)

Nel caso ideale di guadagno illimitato, A tende ad infinito, quindi il termine che moltiplica V_{-} nell'ultimissimo passaggio tende ad 1.
Risulta che:
V_{-}=V_{+}

Si parla di corto circuito virtuale perché fisicamente non c'è un cortocircuito ma il circuito si comporta come se ci fosse un cortocircuito tra V_{-} e V_{+}.
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[5] Re: Amplificatore operazionale: corto circuito virtuale

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 9 gen 2010, 17:45

Come Foto UtenteRenzoDF insegna, dato che sta in California, e comunque non c'e` cosa che lui non sappia, dicevo, come Lui insegna, la parola "virtuale" e` una errata traduzione dell'americano "virtual", che quasi sempre non vuol dire virtuale.

Virtual vuol dire "in pratica come se fosse", "praticamente"... I'm virtually there vuol dire "come se fossi li`". L'espressione "virtual short" significa "praticamente un cortocircuito", "come se ci fosse un corto".
E analogamente virtual ground non vuol dire massa virtuale (errore sia linguistico che elettrico), ma "praticamente zero volt" "di fatto potenziale di riferimento". (grazie Foto UtenteRenzoDF di avermi illuminato sulla lingua di Santa Barbara :))

Cio` detto per andare avanti bisognerebbe sapere quanto conosci dei principi della retroazione. Comunque provo a raccontartela in modo semplice.

Le regole base (e semplificate) per analizzare un circuito con operazionale sono queste qui: prima le dico poi le spiego.

SE l'operazionale e` in linearita`:
  • La tensione dell'ingresso invertente insegue quella dell'ingresso non invertente: la tensione differenziale di ingresso e` zero
  • Dato che fra i due ingressi non c'e` tensione, neanche Mandrake riesce a farci scorrere corrente: non scorre corrente differenziale nei morsetti di ingresso

Adesso vediamo un punto per volta. Il SE iniziale vuol dire che per avere l'operazionale in linearita` non dobbiamo tirarlo per il collo, chiedergli cose che non puo` fare. Ci sono essenzialmente tre modi per mandare fuori linearita` un operazionale:
  • Chiedergli una tensione di uscita che non riesce raggiungere, dato che e` alimentato a tensione finita
  • Chiedergli una corrente di uscita che non riesce ad erogare: di solito piu` di una ventina di milliampere non riesce a dare in uscita
  • Chiedergli di variare la sua tensione di uscita troppo in fretta (limitazione di slew-rate)
Condizione necessaria ma non sufficiente per avere l'operazionale in linearita` "che duri nel tempo" e` di avere una retroazione negativa in continua.

Se non si chiede l'impossibile all'operazionale, allora lui fornisce una tensione di uscita pari a V_\text{u}=A_\text{d}(V^+-V^-) (non proprio, ma per il momento va bene :)). Il coefficiente A_\text{d} e` il guadagno differenziale, che per un operazionale discreto puo` essere dalle parti di un milione o piu`.
SE l'operazionale non e` in linearita`, allora la tensione di uscita non dipende piu` da quella di ingresso, e A_\text{d} non esiste piu`, non e` definito. Scompare!

SE l'operazionale e` in linearita`, la sua tensione di uscita V_\text{u} sara` al massimo a qualche volt (meno della tensione di alimentazione), e quindi la tensione differenziale di ingresso Vd (la tensione fra i due morsetti di ingresso) sara` dalle parti di V_\text{d }=V^+-V^-=\frac{V_\text{u}}{A_\text{d}}
Questa equazione sembra usata "a rovescio" in quanto troviamo la tensione di ingresso a partire da quella di uscita, ma, parola di boy scout, funziona. Evito di discuterla qui per non allungare troppo.

Ora qualche volt di V_\text{u} diviso per un milione o piu` di A_\text{d} fa qualche microvolt: vorremo mica andare a cercare il pelo nell'uovo andando a mettere nei conti anche questi pochi microvolt?.

Se trascuriamo questi pochi microvolt, ecco che possiamo dire che praticamente (ho detto praticamente, non virtualmente) i due ingressi, invertente e non invertente, sono alla stessa tensione. Parlare di cortocircuito virtuale e` un buon modo per confondersi le idee :)

Fra i due ingressi invertente e non invertente e` presente una impedenza, detta impedenza di ingresso differenziale Z_\text{id}. In linearita` ai capi di questa impedenza non c`è tensione (V_\text{id}\simeq 0) e se ai capi di una Z non c'e` tensione non ci passa corrente differenziale.
Ci sono operazionali che hanno R_\text{id} molto bassa (molto al di sotto del kiloohm), sono i current feedback, malgrado tutto si usano le stesse regole degli operazionali normali.

Resta un'ultima cosa da spiegare. La retroazione negativa in continua fa sì che l'operazionale possa restare indefinitamente in linearità, che la sua tensione di uscita sia entro livelli che l'op amp riesce a dare e che quindi la sua tensione differenziale di ingresso sia praticamente (non virtualmente!) nulla.
Nelle regole che ho indicato prima ho detto invece che V- insegue V+. La differenza e` che nel 90% dei circuiti o piu`, per farne l'analisi conviene prima trovare V+ e poi imporre che V- le corra dietro. Se si impone che V-=V+ viene lo stesso (e in certi circuiti bisogna proprio fare cosi`), ma di solito si fanno piu` conti.
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
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[6] Re: Amplificatore operazionale: corto circuito virtuale

Messaggioda Foto UtenteTardoFreak » 9 gen 2010, 17:53

Spiegazione eccellente. I miei complimenti. =D>
Nel data sheet si trova tutto. Anche gli errori.
"La follia sta nel fare sempre la stessa cosa aspettandosi risultati diversi".
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[7] Re: Amplificatore operazionale: corto circuito virtuale

Messaggioda Foto Utenteadmin » 9 gen 2010, 18:13

Isidoro, io non so se slang6 si ricorderà della domanda e ti ringrazierà della risposta.
Lo faccio io ad ogni modo a nome suo, mio, e di tutti quelli che vogliono capire come si comporta un operazionale, cui le tue parole riescono perfino a dare vita! :D
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[8] Re: Amplificatore operazionale: corto circuito virtuale

Messaggioda Foto UtenteWed_17 » 9 gen 2010, 18:25

Immenso Isidoro, come al solito =D> Complimenti
Ci sono 10 tipi di persone: quelle che conoscono il sistema binario e quelle che lo ignorano.
...We are Motörhead, and we play rock 'n' roll...
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[9] Re: Amplificatore operazionale: corto circuito virtuale

Messaggioda Foto Utenteparolina » 9 gen 2010, 18:26

IL FREDDO ADDOSSO Ahahahaha
E IO CHE AVEVO RISPOSTO IN 2 RIGHE...CHE VERGOGNA!!!
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[10] Re: Amplificatore operazionale: corto circuito virtuale

Messaggioda Foto Utenteslang6 » 13 gen 2010, 8:42

Grazie a tutti per le risposte in particolare a IsodoroKZ, adesso mi è davvero tutto chiaro.

Grazile mille :!:
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