5. Principali configurazioni ad anello chiuso

Come discusso precedentemente, per poter lavorare nella zona lineare dell’amplificatore operazionale bisogna trasformare il sistema ad anello chiuso attraverso la retroazione (feedback).

Utilizzando la retroazione è possibile ottenere diverse configurazioni ad anello chiuso dell’amplificatore operazionale:

Amplificatore invertente #

In questa configurazione, l’ingresso V_s viene applicato all’ingresso invertente (-) e l’ingresso non invertente (+) è collegato a massa. La resistenza di feedback R_f collega l’uscita all’ingresso invertente.

Il guadagno ad anello chiuso A_v risulta così:

E la formula della tensione d’uscita V_o diventa:

L’amplificatore invertente è utilizzato quando si vuole amplificare ed invertire un segnale.

Amplificatore non invertente #

In questa configurazione, l’ingresso V_s viene applicato all’ingresso non invertente (+) e l’ingresso invertente (+) è collegato a massa tramite una resistenza R. La resistenza di feedback R_f collega l’uscita all’ingresso invertente.

Il guadagno ad anello chiuso A_v risulta così:

E la formula della tensione d’uscita V_o diventa:

L’amplificatore non invertente è utilizzato quando si vuole amplificare senza invertire un segnale.

Sommatore invertente #

Questa configurazione combina più segnali di ingresso, sommandoli con segni invertiti e fornendo un singolo segnale di uscita. I segnali di ingresso sono collegati ad una resistenza R_i che va verso l’ingresso invertente (-), mentre l’ingresso non invertente (+) è collegato a massa. La resistenza di feedback R_f collega l’uscita all’ingresso invertente.

Il guadagno ad anello chiuso A_vi di ogni singolo segnale prima di essere sommato risulta così:

E la formula della tensione d’uscita V_o diventa:

Il sommatore invertente è utilizzato quando si vogliono sommare più segnali insieme ed invertire il risultato.

Sommatore non invertente #

Questa configurazione combina più segnali di ingresso, sommandoli e fornendo un singolo segnale di uscita. I segnali di ingresso sono collegati ad una resistenza R_i che va verso l’ingresso non invertente (+), mentre l’ingresso invertente (-) è collegato a massa tramite una resistenza R. La resistenza di feedback R_f collega l’uscita all’ingresso invertente.

Il guadagno ad anello chiuso A_v risulta così:

E la formula della tensione d’uscita V_o diventa:

Il sommatore non invertente è utilizzato quando si vogliono sommare più segnali insieme senza invertire il risultato.

Amplificatore differenziale #

In questa configurazione, il primo ingresso V₁ viene applicato all’ingresso invertente (-) tramite una resistenza R. il secondo ingresso V₂ viene applicato all’ingresso non invertente (+) tramite una resistenza R.

La resistenza di feedback R_f collega l’uscita all’ingresso invertente. Anche tra l’ingresso non invertente è collegato a massa tramite una resistenza R_f.

Il guadagno ad anello chiuso A_v risulta così:

E la formula della tensione d’uscita V_o diventa:

L’amplificatore differenziale può essere utilizzato in diversi ambiti:

• Amplificatori di Strumentazione: Misurano segnali differenziali con alta precisione e basso rumore.
• Eliminazione del Rumore di Modo Comune: Utilizzati in ambienti industriali e di telecomunicazione per ridurre il rumore introdotto nel sistema.
• Circuiti di Misurazione: Ideali per sensori e trasduttori che producono segnali differenziali.

Voltage follower #

Il guadagno ad anello chiuso A_v è uguale a 1 (unitario), di conseguenza l’uscita V_o sarà identica al segnale di ingresso V_s.

Il voltage follower è principalmente utilizzato come buffer per isolare il carico di un circuito da un altro.

Convertitore tensione-corrente (V-I) #

Con questa configurazione è possibile fornire una corrente costante al carico R_L.

La corrente in uscita i_L è data da:

Convertitore corrente-tensione (I-V) #

Questa configurazione è molto utilizzata nei sistemi di misura per convertire la corrente di uscita dei sensori in una tensione facilmente misurabile.

La tensione in uscita V_o è data da: