Amplificatore invertente: applicazione come amplificatore a transresistenza

Come abbiamo visto nelle discussioni precedenti, il guadagno ad anello aperto di un amplificatore operazionale (Op-amp) può essere estremamente alto, circa 1,000,000 o più. Questo guadagno molto alto rende l'amplificatore operazionale molto instabile e un segnale di ingresso molto piccolo, anche se sono in μV, è sufficiente per far salire la tensione di uscita a estensioni incontrollabili dove si saturano e perdiamo completamente il controllo sull'uscita. Pertanto studieremo i feed-back e l'amplificatore invertente come soluzione ai problemi sopra correlati.

Saturazione

Prima di conoscere l'amplificatore invertente dobbiamo conoscere i feed-back e cosa si intende per saturazione. La tensione di uscita di un amplificatore operazionale è limitata a un valore minimo e massimo, che è quasi uguale alla tensione di alimentazione fornita.

La connessione dall'uscita all'ingresso tramite cablaggio esterno è nota come connessione di feedback. Esistono generalmente due tipi di feedback: feedback positivo e feedback negativo.

Feedback negativo e configurazione invertente dell'amplificatore operazionale

Se il feedback è collegato al terminale di ingresso dell'amplificatore invertente (negativo) dell'amplificatore operazionale, utilizzando un resistore adatto chiamato resistore di feedback, il feedback è noto come feedback negativo. E, se la connessione di feedback viene effettuata tra l'uscita e il terminale non invertente (positivo) dell'amplificatore operazionale attraverso un resistore di feedback adatto, allora è noto come feedback positivo. Nella maggior parte delle applicazioni dell'amplificatore operazionale il feedback negativo è quello più ampiamente utilizzato.

La retroazione negativa si traduce in un diverso valore di tensione nell'ingresso invertente (-ve), risultando in un nuovo segnale piuttosto che nel segnale di ingresso effettivo poiché la tensione del terminale invertente sarà la somma delle tensioni e della tensione di retroazione negativa proveniente dal terminale di uscita. Pertanto, per separare il segnale di ingresso effettivo dal segnale di ingresso del terminale invertente un resistore di ingresso, R₁ viene usato.

Se consideriamo un circuito equivalente ideale, il guadagno di tensione ad anello chiuso è

In particolare, se la tensione di uscita è V_O, al momento

Il guadagno A sarà infinito; la tensione V₁ idillicamente risulta essere uguale a V₂. Ciò è indicato come una condizione di cortocircuito virtuale. Un cortocircuito virtualmente mostra che se la tensione è su uno e solo dei terminali di ingresso agirà automaticamente sull'altro terminale di ingresso a causa del guadagno infinito o praticamente molto alto. Il terminale 2 non invertente è collegato a terra, quindi V₂= 0 e V₁ = 0. Quindi, il terminale 1 è virtualmente a terra, il che significa che in realtà rappresenta zero volt anche senza essere messo a terra.

Configurazione e funzionamento dell'amplificatore invertente

Corrente i₁ attraverso R₁ può essere dato come:

Questa corrente i1 non può entrare nell'amplificatore operazionale, poiché un amplificatore invertente ideale lo ha resistenza di ingresso infinita e quindi disegna zero attuale. Perciò io! passerà attraverso la resistenza R2 e andrà verso il terminale n. 3.

Applicando la legge di ohm, possiamo determinare V_o come:

V_o = V₁ - io₁R₂

     = 0 -

Pertanto, il guadagno di tensione ad anello chiuso è:

Come abbiamo osservato che –ve accompagna il termine guadagno ad anello chiuso, quindi questa configurazione dell'amplificatore operazionale è riconosciuta come configurazione invertente.

A causa del concetto di terra virtuale, la resistenza di ingresso è definita come R_i = V_i/i₁ = R₁

L'equazione per la tensione di uscita (V_o) implica che il circuito funzioni in modo lineare per un guadagno amplificatore costante A_v come V_o = V_i x LA_v. Questa proprietà è molto utile per convertire un segnale di piccola ampiezza in un segnale di tensione molto più grande. E poiché non ci sono condensatori nel circuito dell'amplificatore operazionale invertente, quindi, le tensioni di ingresso e di uscita, nonché le correnti nei resistori, possono essere segnali CC, e quindi l'amplificatore operazionale sarà in grado di amplificare anche i segnali CC.

Applicazione dell'amplificatore invertente

Cos'è l'amplificatore a transresistenza?

Amplificatore a transresistenza o convertitore corrente-tensione

Un'applicazione molto utile di un amplificatore operazionale invertente è quella di un amplificatore a transimpedenza o convertitore corrente-tensione. Un amplificatore operazionale a trans-resistenza o trans-impedenza viene impiegato come circuito del convertitore corrente-tensione. Questi sono ampiamente utilizzati nella progettazione di circuiti poiché è utile convertire una corrente molto piccola generata da un circuito o da un sensore in una tensione di uscita proporzionata sufficientemente alta.

Considera il circuito nella figura. La resistenza di ingresso R_i al nodo virtuale è R_i = V₁/i₁ = 0 come studiato in precedenza.

L'attuale i₁ è essenzialmente uguale a I_s e così,

i₂ = io₁ = I_s

E, V_o = -i₂R_f = -I_sR_f

La tensione o / p è direttamente proporzionale alla corrente del segnale e la resistenza di retroazione R_f è equivalente al rapporto tra la tensione di uscita e la corrente nel terminale di ingresso.

Impareremo il amplificatore non invertente nella prossima sezione.

Per ulteriori articoli relativi all'elettronica clicca qui

Leggi anche:

• Perché gli altoparlanti utilizzano lpf nelle reti crossover
• Dove sono i led più comunemente utilizzati nella vita di tutti i giorni
• Dove vengono utilizzate le analisi spettrali in ingegneria
• Perché un diodo standard può essere utilizzato in applicazioni ad alta frequenza come rf
• Perché i diodi raddrizzatori sono importanti
• Inconvenienti della logica dei transistor dei transistor
• Ogni infradito ha un'uscita complementare
• O applicazioni per cancelli
• Esiste una gerarchia nella versatilità delle infradito
• Cos'è un diodo raddrizzatore