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L'amplificatore operazionale ideale

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Un amplificatore operazionale ideale è un particolare tipo di amplificatore differenziale che gode delle seguenti caratteristiche:

  1. Guadagno differenziale di tensione infinito. Tale guadagno è relativo al solo amplificatore operazionale, senza alcun collegamento ad altri componenti esterni (in termini tecnici: ad anello aperto oppure Open-Loop Gain). Questo implica che la tensione di ingresso ΔV deve essere nulla, altrimenti l'uscita assume valori infiniti, positivi o negativi.
  2. Impedenza di ingresso infinita. Questo implica che le due correnti in ingresso devono essere nulle
  3. Impedenza  di uscita nulla. Questo significa che la tensione di uscita (e quindi il guadagno) non dipende dalla corrente di uscita (e quindi da eventuali resistenze collegate tra uscita e massa). Significa anche che la corrente di uscita può assumere qualunque valore, con verso in uscita (source) oppure in ingresso (sink)
  4. Banda infinita. Questo significa che le caratteristiche (guadagno, correnti, tensioni...) non dipendono dalla frequenza del segnale di ingresso

Il simbolo dell'amplificatore operazionale è lo stesso utilizzato per il comparatore analogico (ed anche per l'amplificatore differenziale generico).

Il simbolo dell'amplificatore differenziale

L'ingresso indicato nel simbolo con - è detto invertente (I); l'ingresso indicato con + è detto non invertente (NI). Nel simbolo non sono in genere indicate le alimentazioni (che devono essere evidentemente presenti nel circuito reale!)

Spesso è indicato come OP.AMP. oppure AO.

Un amplificatore operazionale non può essere utilizzato direttamente in quanto qualunque tensione applicata agli ingressi produce idealmente un'uscita infinita, cosa evidentemente impossibile. Per questo ogni circuito che utilizza questo componente prevede un meccanismo di retroazione negativa che sottrae all'ingresso una parte dell'uscita, impedendo alla tensione di uscita di raggiungere valori troppo elevati. Di seguito non verrà illustrato questo concetto; basti sapere che nei circuiti che la utilizzano è sempre presente un componente (in genere una resistenza o un condensatore) tra l'uscita e l'ingresso invertente.

Alcune osservazioni:

Un amplificatore operazionale, insieme ad alcuni componenti esterni, viene utilizzato secondo determinate configurazioni. Spesso qualunque circuito è riconducibile ad una di queste configurazioni, semplificando di molto l'analisi e la progettazione. Le principali configurazioni sono:

Per studiare il funzionamento di tutte queste configurazioni è sufficiente scrivere le equazioni di kirchhoff (alle maglie e ai nodi) e applicare le quattro caratteristiche degli amplificatori operazionali sopra enunciate.

Prima di procedere allo studio è bene eliminare quei componenti che, nel caso ideale, sono ininfluenti, al fine di rendere più semplice da esaminare il circuito :

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