Cos'è amplificatore operazionale?

Un amplificatore operazionale, spesso abbreviato in op-amp, è un circuito integrato (IC) che agisce come un amplificatore di tensione ad alto guadagno. È un componente fondamentale nell'elettronica analogica e viene utilizzato in una vasta gamma di applicazioni.

Caratteristiche Ideali:

Un op-amp ideale presenta le seguenti caratteristiche (che nella realtà non sono mai perfettamente raggiunte):

• Guadagno di tensione infinito: Amplifica infinitamente la differenza tra i suoi ingressi. Vedi Guadagno%20ad%20anello%20aperto.
• Impedenza di ingresso infinita: Non assorbe corrente dagli ingressi, evitando di influenzare il circuito a cui è connesso. Vedi Impedenza%20di%20ingresso.
• Impedenza di uscita zero: Può fornire qualsiasi corrente necessaria al carico senza variazioni di tensione. Vedi Impedenza%20di%20uscita.
• Larghezza di banda infinita: Amplifica tutti i segnali, indipendentemente dalla frequenza. Vedi Larghezza%20di%20banda.
• Reiezione di modo comune infinita (CMRR): Amplifica solo la differenza tra i suoi ingressi, ignorando i segnali identici presenti su entrambi. Vedi Reiezione%20di%20modo%20comune.
• Tensione di offset zero: L'uscita è esattamente zero quando la differenza tra gli ingressi è zero. Vedi Tensione%20di%20offset.
• Tempo di salita nullo: Risposta istantanea a variazioni del segnale di ingresso. Vedi Tempo%20di%20salita.

Terminali:

Un op-amp tipico ha i seguenti terminali:

• Ingresso non invertente (+): Un segnale applicato a questo ingresso produrrà un'uscita in fase con l'ingresso.
• Ingresso invertente (-): Un segnale applicato a questo ingresso produrrà un'uscita sfasata di 180 gradi rispetto all'ingresso.
• Uscita (Vout): Il segnale amplificato.
• Alimentazione positiva (V+): Fornisce l'energia per il funzionamento.
• Alimentazione negativa (V-): Fornisce l'energia per il funzionamento (spesso la terra).
• (A volte) Terminali per la compensazione dell'offset.

Configurazioni Principali:

Gli op-amp vengono utilizzati in diverse configurazioni, tra cui:

• Amplificatore invertente: L'uscita è inversamente proporzionale all'ingresso.
• Amplificatore non invertente: L'uscita è direttamente proporzionale all'ingresso.
• Seguace di tensione (Buffer): Guadagno unitario, usato per isolare un circuito.
• Sommatore: Somma più segnali di ingresso.
• Differenziatore: Produce un'uscita proporzionale alla derivata del segnale di ingresso.
• Integratore: Produce un'uscita proporzionale all'integrale del segnale di ingresso.
• Comparatore: Confronta due tensioni e produce un'uscita alta o bassa a seconda di quale è maggiore.

Applicazioni:

Gli op-amp sono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, tra cui:

• Amplificazione di segnali: Aumentare l'ampiezza dei segnali deboli.
• Filtri attivi: Progettare filtri con caratteristiche specifiche.
• Oscillatori: Generare segnali periodici.
• Regolatori di tensione: Mantenere una tensione di uscita stabile.
• Strumentazione: Amplificare e condizionare segnali per la misurazione.

Considerazioni Reali:

Gli op-amp reali differiscono dagli op-amp ideali. È importante considerare le seguenti limitazioni:

• Guadagno finito: Il guadagno non è infinito, ma comunque molto alto.
• Impedenza di ingresso finita: Assorbe una piccola quantità di corrente.
• Impedenza di uscita non zero: Causa una leggera diminuzione della tensione di uscita sotto carico.
• Larghezza di banda limitata: Il guadagno diminuisce alle alte frequenze.
• Tensione di offset: L'uscita non è esattamente zero quando gli ingressi sono uguali.
• Corrente di polarizzazione di ingresso: Richiede una piccola corrente per funzionare correttamente. Vedi Corrente%20di%20polarizzazione%20di%20ingresso.
• Slew rate: Limita la velocità con cui l'uscita può cambiare. Vedi Slew%20Rate.
• Rumore: Genera rumore termico internamente.

Scegliere l'op-amp appropriato per un'applicazione specifica richiede la considerazione di queste caratteristiche reali e il compromesso tra prestazioni e costo.