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Chiarimenti sui concetti base dell' amp. operazionale

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[1] Chiarimenti sui concetti base dell' amp. operazionale

Messaggioda Foto Utentenyky93 » 17 nov 2013, 13:15

Ciao a tutti =) ho iniziato lo studio degli amplificatori operazionali; in aggiunta alle dispense del corso, ho letto i diversi articoli e discussioni presenti nel forum (faccio soprattutto riferimento al recente articolo amplificatori-operazionali-ideali-e-reali di Foto Utenteobiuan)
ma non credo di avere ancora le idee molto chiare :oops: quindi tento un approccio diretto sul forum con la speranza di riuscire a chiarire i concetti base

Prendo come riferimento l'amplificatore invertente e il suo circuito equivalente come sono riportati sulle mie dispense



Le caratteristiche di un OPA ideale, come riportato dall'articolo sono le seguenti

- Amplificazione infinita
- Impedenza di ingresso infinita
- Impedenza d'uscita 0
- Larghezza di banda infinita:


Queste caratteristiche sono conseguenza del fatto che un amplificatore operazionale è in genere costruito da vari stadi, ma in tutti i casi il primo stadio è un ingresso di tipo differenziale e l'ultimo stadio è un inseguitore di tensione

Il motivo per cui i due ingressi si trovano alla stessa tensione è dovuto alla retroazione negativa e all'effetto Miller. Posso disegnare il circuito equivalente nel seguente modo




Con

R_1=\frac{R'}{1-A_v}

R_2=\frac{R'}{1-\frac{1}{A_v}}

Quindi R_1 << R_i ed R_2 >> R_0

(R_i ed R_0 generalmente sono due parametri presenti nel Datasheets dell'amplificatore?)

(la cortocircuitazione dei due ingressi è solo virtuale!!! Da alcune parti ho visto modellizzare nel seguente modo



che non ha senso!?
)

Ora, nel momento in cui io applico il segnale che voglio amplificare, si generano due correnti che chiamiamo Ib_1 e Ib_2 che idealmente dovrebbero essere uguali, e corrispondono alle correnti di base dei due transistor d'ingresso. Si potrebbe esplicitare il verso della corrente nel seguente modo?



ringrazio in anticipo chiunque riesca ad intrufolarsi nei miei pensieri contorti :mrgreen: :mrgreen:
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[2] Re: Chiarimenti sui concetti base dell' amp. operazionale

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 17 nov 2013, 13:23

nyky93 ha scritto:Le caratteristiche di un OPA ideale, come riportato dall'articolo sono le seguenti

- Amplificazione infinita
- Impedenza di ingresso infinita
- Impedenza d'uscita 0
- Larghezza di banda infinita:


In realtà, è sufficiente la prima: le caratteristiche successive sono per "buona misura", ma non sono necessarie.

nyky93 ha scritto:Queste caratteristiche sono conseguenza del fatto che un amplificatore operazionale è in genere costruito da vari stadi, ma in tutti i casi il primo stadio è un ingresso di tipo differenziale e l'ultimo stadio è un inseguitore di tensione


No, quelle caratteristiche sono solo un'assunzione e non sono conseguenza della costruzione di un op amp reale, piuttosto il viceversa: nel progettare gli op amp reali si cerca di approssimare le caratteristiche di quello ideale.

nyky93 ha scritto:Il motivo per cui i due ingressi si trovano alla stessa tensione è dovuto alla retroazione negativa e all'effetto Miller.


Uh? No, l'effetto Miller non ha importanza.
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[3] Re: Chiarimenti sui concetti base dell' amp. operazionale

Messaggioda Foto Utentenyky93 » 17 nov 2013, 13:46

No, quelle caratteristiche sono solo un'assunzione e non sono conseguenza della costruzione di un op amp reale, piuttosto il viceversa: nel progettare gli op amp reali si cerca di approssimare le caratteristiche di quello ideale.


Ok riformulo la domanda giusto per essere chiari: per cercare di progettare un op amp che approssimi le caratteristiche di quello ideale, nella maggior parte dei casi si parte con l'idea di montare uno stadio differenziale in entrata e un inseguitore di tensione in uscita?

Uh? No, l'effetto Miller non ha importanza.


L'effetto Miller è utile solo a costruire un circuito equivalente. In realtà l'azione che porta a una cortocircuitazione virtuale dei due ingressi è dovuta alla retroazione negativa esatto?

In altri termini, riferendomi all'articolo, la seguente spiegazione

Detta in soldoni (non me ne vogliano gli esperti di elettronica, fa schifo ne convengo ma di sicuro pensare così può aiutare un novizio): se il "+" viene spostato sopra il "-" da un segnale di ingresso, l'OPA sposterà l'uscita verso l'alto. Ma se l'uscita è riportata all'ingresso "-", non potrà spostarla sopra il livello che porta il"-" alla stessa tensione del "+".


coincide con l'interpretazione che ho dato al verso delle correnti nell'ultimo schema?
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[4] Re: Chiarimenti sui concetti base dell' amp. operazionale

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 17 nov 2013, 14:16

nyky93 ha scritto:per cercare di progettare un op amp che approssimi le caratteristiche di quello ideale, nella maggior parte dei casi si parte con l'idea di montare uno stadio differenziale in entrata e un inseguitore di tensione in uscita?


Sì, con un secondo stadio di guadagno tra i due. Un op amp è un amplificatore differenziale, quindi lo stadio differenziale di ingresso serve per realizzare questa funzione garantendo bassa tensione di offset e bassa deriva.

nyky93 ha scritto:L'effetto Miller è utile solo a costruire un circuito equivalente.


Quel circuito equivalente rischia di essere fuorviante.

nyky93 ha scritto:In realtà l'azione che porta a una cortocircuitazione virtuale dei due ingressi è dovuta alla retroazione negativa esatto?


Anche il termine cortocircuito virtuale è fuorviante ed è meglio non utilizzarlo (v. vari interventi di Foto UtenteIsidoroKZ sul tema). Se c'è un circuito di retroazione tra l'uscita dell'op amp e gli ingressi, l'op amp varia la tensione di uscita in modo da mantenere uguali le due tensioni di ingresso.

nyky93 ha scritto:coincide con l'interpretazione che ho dato al verso delle correnti nell'ultimo schema?


Se assumi che l'op amp sia ideale non ci sono correnti negli ingressi, quindi la tua interpretazione è sbagliata.
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[5] Re: Chiarimenti sui concetti base dell' amp. operazionale

Messaggioda Foto Utentemavesla » 17 nov 2013, 15:22

nyky93 ha scritto:Il motivo per cui i due ingressi si trovano alla stessa tensione è dovuto alla retroazione negativa e all'effetto Miller.

Ciao! Provo a rispondere a questa frase in un'altra maniera (più da controllista.. :? ). Considera il tuo Opamp come il blocco A nella figura (compresa l'operazione di sottrazione tra i due segnali Xe e Xf) e la rete di retroazione del sistema come il blocco Beta, quindi Xe e Xf rappresentano nel nostro caso i due ingressi dell'amplificatore operazionale).
Allora considerando che epsilon (scusate ma non so come inserire i simboli nel testo, ogni aiuto è ben gradito.. :D ) è uguale a epsilon=Xe - Xf e Xf=\frac{ABetaXe}{1+ABeta}, allora risulta epsilon=\frac{Xe}{1+ABeta}.
Così epsilon tende a 0 se l'amplificatore ha guadagno A infinito (con l'ipotesi di idealità dell'Opamp) e quindi risulterà che Vin+= Vin-.
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[6] Re: Chiarimenti sui concetti base dell' amp. operazionale

Messaggioda Foto Utenteobiuan » 17 nov 2013, 16:10

DirtyDeeds ha scritto:
nyky93 ha scritto:Le caratteristiche di un OPA ideale, come riportato dall'articolo sono le seguenti

- Amplificazione infinita
- Impedenza di ingresso infinita
- Impedenza d'uscita 0
- Larghezza di banda infinita:


In realtà, è sufficiente la prima: le caratteristiche successive sono per "buona misura", ma non sono necessarie.


Non sono d'accordo, le due impedenze di ingresso e di uscita di un ideale vanno specificate a infinito e a 0, solo l'ultima caratteristica (Larghezza di banda infinita) è diretta conseguenza del guadagno infinito.

nyky93 ha scritto:L'effetto Miller è utile solo a costruire un circuito equivalente. In realtà l'azione che porta a una cortocircuitazione virtuale dei due ingressi è dovuta alla retroazione negativa esatto?


L'effetto Miller, o meglio il Teorema di Miller, serve solo ad aiutarti nei calcoli dei parametri di ingresso e uscita, il circuito equivalente è un modello che in teoria dovrebbe facilitare la comprensione del funzionamento, costruito sulla base dell'assunzione di idealità. Il fatto che i due ingressi vengano mantenuti alla stessa tensione, come dici giustamente è una conseguenza della retroazione negativa.

nyky93 ha scritto:In altri termini, riferendomi all'articolo, la seguente spiegazione

Detta in soldoni (non me ne vogliano gli esperti di elettronica, fa schifo ne convengo ma di sicuro pensare così può aiutare un novizio): se il "+" viene spostato sopra il "-" da un segnale di ingresso, l'OPA sposterà l'uscita verso l'alto. Ma se l'uscita è riportata all'ingresso "-", non potrà spostarla sopra il livello che porta il"-" alla stessa tensione del "+".


coincide con l'interpretazione che ho dato al verso delle correnti nell'ultimo schema?


I due ingressi non assorbono corrente se consideri l'operazionale ideale (impedenza di ingresso infinita), per il resto le correnti indicate (che poi sono una sola) sono esatte.

Se consideri l'opa reale, allora le due correnti Ib1 e Ib2 sono giuste se l'operazionale ha ingressi di tipo NPN, vanno invece invertite se sono di tipo PNP, possono essere di nuovo considerate nulle nel caso di ingressi di tipo MOS, FET o DiFET.
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[7] Re: Chiarimenti sui concetti base dell' amp. operazionale

Messaggioda Foto Utentegotthard » 17 nov 2013, 16:15

Ciao Foto Utentemavesla!!
mavesla ha scritto:scusate ma non so come inserire i simboli nel testo, ogni aiuto è ben gradito.. :D

Per le formule in LaTeX usa questo.

In particolare, nel tuo caso, devi inserire tra i tag:
Codice: Seleziona tutto
[tex][/tex]

per scrivere beta
Codice: Seleziona tutto
\beta

e per scrivere epsilon
Codice: Seleziona tutto
\epsilon
;-)
...\frac{\mathrm{d} p}{\mathrm{d} t}=JCM... :!:
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[8] Re: Chiarimenti sui concetti base dell' amp. operazionale

Messaggioda Foto Utentemavesla » 17 nov 2013, 16:24

Grazie mille Foto Utentegotthard!! :ok:
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[9] Re: Chiarimenti sui concetti base dell' amp. operazionale

Messaggioda Foto Utentemavesla » 17 nov 2013, 16:34

obiuan ha scritto:Se consideri l'opa reale, allora le due correnti Ib1 e Ib2 sono giuste se l'operazionale ha ingressi di tipo NPN, vanno invece invertite se sono di tipo PNP, possono essere di nuovo considerate nulle nel caso di ingressi di tipo MOS, FET o DiFET.

Completo il discorso di Foto Utenteobiuan dicendo che queste considerazioni sono fatte senza valutare i circuiti di protezione a monte dell'operazionale che generano delle correnti di bias anche in ingressi di tipo MOS,etc...
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[10] Re: Chiarimenti sui concetti base dell' amp. operazionale

Messaggioda Foto Utenteobiuan » 17 nov 2013, 16:40

Non sono molto d'accordo. CIoè, concordo ovviamente sulla presenza dei circuiti di protezione, non sulla presenza a causa di questi di una corrente apprezzabile di bias...sempre che non consideri 100pA una corrente "apprezzabile". Nel caso si abbia bisogno di amplificare segnali di corrente di quel livello o che l'errore portate sulla misura sia non trascurabile, allora si deve ricorrere a tecniche di compensazione che le annullano, e quindi le si può considerare ancora zero :)
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