Alimentazione duale e singola amplificatore

[xeletro91]

Salve a tutti, mi sono iscritto in questo forum da pochissimo, arrivo subito al dunque, sto preparando l'esame di Elettronica e ho un dubbio che da giorni non riesco a risolvere. si tratta della tensione duale che alimenta un amplificatore operazionale in generale. Questo dubbio mi è sorto quando, studiando la teoria del generatore di tensione di riferimento composto da un amplificatore operazionale e un diodo zener posto tra l'uscita e l'ingresso "-" dell'amplificatore stesso. In pratica dice che per poter funzionare ossia per poter essere polarizzato inversamente il diodo zener, l'amplificatore deve essere alimentato da una tensione singola anziché duale. Quello che forse credo di aver intuito è che se fosse alimentato da un'alimentazione duale simmetrica, la tensione d'uscita continua sarebbe nulla, perché tale alimentazione incentra la dinamica dell'amplificatore sulla zona lineare in prossimità dell'origine, e quindi avrei una tensione (continua) d'uscita nulla di conseguenza corrente (continua) d'uscita nulla. Perciò, non essendoci alcuna tensione imposta in ingresso (in ingresso lo schema di tale generatore è rappresentato solo con resistenze, senza alcun generatore di segnale o di tensione continua) la tensione ai capi dello zener sarebbe nulla e quindi il diodo sarebbe interdetto. Mentre invece con alimentazione singola avrei in uscita una componente di tensione continua in grado di polarizzare inversamente lo zener e quindi sarebbe in grado di funzionare e condurre (tensione in ingresso nulla perché non c'è nessun generatore di tensione ma solo resistenze). Però quello che non capisco bene è quale percorso IN GENERALE (non per forza nel caso specifico) fa una corrente di alimentazione quando l'amplificatore è alimentato da una tensione duale. Se la corrente d'uscita continua dall'amplificatore è nulla (punto di lavoro 0,0) allora ciò che dovrebbe uscire dal morsetto +Vcc dovrebbe poi rientrare interamente nel morsetto -Vcc (trascurando le perdite all'interno delle componenti dell'amplificatore) e quindi da quello che forse credo di aver capito è che nel caso di tensione duale, fuori dall' amplificatore, esempio nel circuito di retroazione, non dovrebbe circolare corrente di alimentazione alcuna, vorrei una conferma su ciò che ho detto. Altro dubbio è perché invece nel caso di alimentazione singola, tale corrente di alimentazione scorre anche fuori dall'amplificatore. Grazie mille in anticipo :)

[BrunoValente]

Ciao xeletro91, benvenuto.
i tuoi ragionamenti mi sembrano un po' contorti e neanche corretti, almeno per quello che credo di aver capito
In realtà la questione è molto semplice: l'amplificatore si comporta sempre nello stesso modo, non può sapere se è alimentato con alimentazione singola o duale, non ha un morsetto di connessione al riferimento, esso vede solo la differenza di potenziale tra il morsetto di alimentazione positivo e quello negativo, il suo comportamento dipende solo dalle tensioni agli ingressi, se la tensione all'ingresso non invertente è maggiore (anche se di poco) di quella all'ingresso invertente allora la tensione di uscita sale verso il valore +Vcc, viceversa, se invece è minore, scende verso il valore -Vcc, o verso il riferimento se l'alimentazione è singola, ma l’operazionale non lo sa.
La vera differenza consiste solo nel fatto che il campo di tensioni ammesse per gli ingressi e per l'uscita, nel caso di alimentazione singola va da 0V a +Vcc (in realtà un po' meno), mentre nel caso di alimentazione duale va da -Vcc a + Vcc (in realtà un po' meno).

Per quanto riguarda il riferimento di tensione con lo zener a cui hai fatto cenno, ho difficoltà a seguirti, faresti bene a fare uno schema con FidoCad.

[brabus]

Avevo realizzato un video in merito: il concetto di alimentazione singola e duale è solo nella nostra testa: l'opamp ha solo due terminali di alimentazione, dunque per lui è del tutto indifferente!

La differenza la fa la tensione di modo comune all'ingresso.

http://www.electroyou.it/brabus/wiki/ey-vlog-2-op-amp-common-mode-voltage-range

[xeletro91]

Ciao xeletro91, benvenuto.
(...)

EDIT BY MOD: non quotare tutto, grazie.

http://www.itimonaco.it/documpdfvari/fi ... iferim.pdf Grazie BrunoValente, comunque il primo circuito che vede è quello a cui mi riferisco, in pratica dice che per poter funzionare il diodo zener, l'amplificatore deve essere alimentato da una tensione singola anzichè duale, se il ragionamento che ho fatto non è giusto allora non ho la più pallida idea di questa decisione. Se mi desse una risposta chiara glie ne sarai grato. Grazie mille

[claudiocedrone]

Il link non funziona; disegna gli schemi con FidoCADJ e postali secondo le regole del forum; tutte le istruzioni nello "help" della pagina.

[xeletro91]

...

http://www.itimonaco.it/documpdfvari/fi ... iferim.pdf guarda ora se funziona il link, intanto provo a vedere come disegnare il circuito :)

[BrunoValente]

..Se mi desse una risposta chiara glie ne sarai grato.

Ci provo.
Per chiarezza riporto lo schema in FidoCad.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Anzitutto vediamo come funziona il diodo zener: esso si comporta come un circuito aperto per tensioni ai suoi capi che vanno da circa -0.7V a +Vz, fuori da questo campo invece conduce.

Ora dobbiamo cercare di capire cosa accadrebbe se l'operazionale fosse alimentato con alimentazione duale.

Come vedi il circuito presenta contemporaneamente due reazioni: una positiva con il partitore resistivo R1-R2 e una negativa con il partitore costituito dallo zener e da R.

Come saprai, se vi fosse solo la reazione positiva, quella costituita da R1 e R2, il circuito sarebbe bistabile, cioè la tensione in uscita non potrebbe che assumere valori completamente positivi o completamente negativi, cioè non sarebbero ammessi valori intermedi per i quali la condizione non sarebbe stabile..un po' come fa una sedia che non è in grado di reggersi in equilibrio stabile quando viene inclinata e poggia su due sole zampe.

In pratica, con lo zener scollegato, all'accensione il circuito porterebbe la tensione di uscita o verso valori positivi oppure verso valori negativi rimanendo poi permanentemente in quella posizione.

A determinare se la tensione di uscita preferisce andare su oppure giù è l'offset, cioè all'accensione, essendo il circuito leggermente sbilanciato da una parte o dall'altra a causa della tensione di offset, accade che la tensione di uscita si muove rapidamente verso la direzione favorita.

Questa circostanza si verifica in parte anche con la presenza dello zener perché all'inizio, quando la tensione di uscita è ancora bassa, lo zener si comporta come fosse un circuito aperto e non fa sentire la sua presenza.

Con lo zener collegato e con una alimentazione duale, nel caso in cui il verso della tensione di offset fosse tale da favorire valori positivi in uscita, la tensione salirebbe rapidamente ma appena raggiunto il valore Vz, lo zener comincerebbe a condurre e si instaurerebbe una reazione negativa che contrasterebbe quella positiva dovuta al partitore R1-R2 e che ad un certo punto prevarrebbe instaurando un equilibrio che impedirebbe un ulteriore aumento della tensione di uscita. La tensione di uscita si fermerebbe quindi al valore



Se però la tensione di offset fosse invece di segno opposto e favorisse valori di tensione negativa in uscita, accadrebbe qualcosa di analogo ma al contrario: la tensione di uscita si fermerebbe al valore



perché lo zener a -0.7V inizierebbe a condurre dalla parte opposta.

Proprio per evitare che questa condizione indesiderata possa verificarsi, l'autore del testo consiglia di alimentare l'operazionale con alimentazione singola: con una alimentazione singola la tensione di uscita non può assumere valori negativi ed egli ritiene che questo sia sufficiente a garantire che la tensione di uscita assuma sempre e solo il valore positivo calcolato.

Per me questa condizione non è sufficiente, credo che in particolare con alcuni tipi di operazionali la tensione di uscita possa rimanere bloccata a zero, specialmente con un carico collegato verso il riferimento.

[xeletro91]

..Se mi desse una risposta chiara glie ne sarai grato.

..

Grazie è stato veramente molto chiaro, l'unico dubbio che ancora ho riguarda la tensione d'uscita. Cioè quando lei ha citato più volte questa tensione d'uscita, sia nel caso duale, sia nel caso di alimentazione singola; essa in pratica sarebbe una tensione continua (visto che non ci sono generatori di segnale nello schema)?? se si da chi è impressa? dall'alimentazione?? e ciò mi rimanda alla domanda oggi imposta, cioè la corrente di alimentazione si instaura in tutto il circuito non solo all'interno dell'amplificatore??.invece quella di offset dovuta ad una non simmetria da parte dei due ingessi presuppone però che tra uno dei due ci sia una tensione impressa, però nello schema non c'è, c'è solo quella dell'alimentazione ai morsetti, anzi al morsetto positivo per quale motivo???...grazie mille per la pazienza e scusi il disturbo.

[BrunoValente]

Ovviamente tutte le tensioni nel circuito provengono da quella di alimentazione.
Ogni tensione, ad esempio quella tra l'uscita e il riferimento, è in effetti una caduta di tensione su uno o più elementi circuitali interni e/o esterni all'operazionale.
In effetti, oltre all'alimentatore, non c'è nessun altro generatore vero e proprio ma il circuito, nei confronti dei carichi applicati alla sua uscita, si comporta proprio come se esso fosse un vero generatore di tensione continua.. in realtà è solo un effetto simulato dal circuito.
Anche la tensione di offset, il cui generatore equivalente in genere non viene rappresentato negli schemi se non quando se ne parla esplicitamente, altro non è che una caduta di tensione non completamente bilanciata nelle giunzioni dei transistor di ingresso. Le correnti che la determinano provengono anch'esse dalla tensione di alimentazione attraverso le resistenze interne all'operazionale che polarizzano i transistor di ingresso.

[xeletro91]

Ovviamente ....

Grazie mille mi ha chiarito molto di più le idee. Se potrei chiederle un ultima cosa poi non la disturbo più; quando polarizzo un amplificatore alimentato da una tensione duale ho correnti continue e tensioni continue di polarizzazione nulle, perché incentro la dinamica dell'amplificatore intorno al punto di lavoro che coincide con l'origine(0,0). Matematicamente mi è tutto chiaro, quello che non capisco è al livello fisico. Perché se ho una tensione duale la corrente di alimentazione è nulla nel circuito (e stessa cosa per la tensione); questo vuol dire che nell' amplificatore e nel circuito esterno allo stesso, non circola proprio fisicamente questa corrente, oppure c'è qualche altro motivo che giustifica questo comportamento?? ovviamente mi riferisco ad un caso generale, no al caso specifico di prima. Grazie ancora buona serata :)