Operazionali: ho visto la luce...

Aug 11, 2005 13 Replies

Ormai sono anni che uso gli amplificatori operazionali nei loro schemi standard (invertente, non invertente, sommatore, V-follower,...)



Solo recentemente, studiando per gli esami, mi sono messo ad analizzare tutti i circuiti dal punto di vista del signor Kirchhoff.



Ho così notato una cosa a cui non avevo mai fatto caso: gli ingressi si chiamano "invertente" e "non-invertente", ma non hanno un cacchio a che vedere con l'inversione! Girando gli ingressi in un voltage-follower lo sparo in saturazione, non ottengono un invertitore con guadagno unitario. Allora perché questa nomenclatura fuorviante?



Già che ci sono vi faccio una domanda: ieri stavo facendo un vecchio esame e un esercizio consisteva nell'analizzare questo circuito (tutti i resistori sono uguali e hanno valore R):



[FIDOCAD] MC 230 90 2 1 580 MC 115 85 2 1 580 MC 170 80 3 0 115 MC 255 95 0 0 115 MC 100 50 3 0 115 MC 100 60 3 0 115 LI 115 75 95 75 LI 95 75 95 60 LI 95 60 100 60 LI 110 60 140 60 LI 140 60 140 80 LI 140 80 170 80 LI 140 60 140 50 LI 140 50 110 50 LI 100 50 70 50 LI 70 50 70 85 MC 195 35 1 0 115 LI 70 50 70 35 LI 70 35 185 35 LI 195 35 285 35 LI 285 35 285 110 LI 285 110 220 110 LI 220 110 220 90 LI 220 90 235 90 LI 255 85 255 95 LI 255 105 255 110 MC 240 65 3 0 115 LI 255 85 255 65 LI 255 65 250 65 LI 240 65 220 65 LI 220 65 220 80 LI 220 80 235 80 LI 220 80 180 80 MC 95 80 1 0 030 LI 95 80 95 75 LI 95 90 95 95 MC 95 95 0 0 115 MC 95 105 0 0 045 MC 50 100 0 0 045 LI 115 85 50 85 MC 305 125 0 0 045 LI 285 110 305 110 MC 305 120 3 0 074 MC 50 95 3 0 074 MC 55 85 0 0 074 MC 300 110 2 0 074 TY 40 90 5 3 0 0 0 * V1 TY 310 115 5 3 0 0 0 * V2 TY 55 75 5 3 0 0 0 * I1 TY 295 100 5 3 0 0 0 * I2


Mi dà



I1 = - V2 / R I2 = V1 / R



Alla fine dell'esercizio una nota diceva che questo circuito è molto usato nella tecnica delle alte frequenze. Bello... ma a che accidenti serve? ;-)



Boiler


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perche' la caratteristica ( ad anello aperto ) dell'operazionale e'

Vo = Ao * ( V+ - V- )

dove V+ e' la tensione al pin non invertente e V- e' la tensione al pin invertente ed infatti c'e' il segno meno nella espressione della caratteristica

questo pero' solo nel caso della caratteristica ad anello aperto visto che poi nei circuiti applicativi ( con controreazione negativa ) questa proprieta' si perde un po'.

c'e' da dire che nelle due configurazione principali il segnale e' applicato al pin invertente per l'amplificatore invertente ed al pin non invertente nel caso dell amplificatore non invertente quindi almeno in parte questo significato si mantiene

P.S. ho imparato nello studio una cosa importante: mai cercare il significato dei nomi 'propri' perche' spesso l'origine del nome e' fuorviante o nno copre tutte le possibili implicazioni. Inoltre ho notato che ( esperienza personale che mi e' molto vicina ) voler per forza applicare il significato ( +- letterale ) dei nomi spesso comporta gravi errori nei successivi ragionamenti !

"Boiler" ha scritto nel messaggio news:ddfkcp$jsi$ snipped-for-privacy@news.newsland.it...

No, quello che dici non è corretto. Preso così come è, un opamp 'medio' amplifica la differenza tra la tensione presente sul pin V+ e sul pin V- di G0, dove G0 è il guadagno di anello aperto, generalmente molto alto, 10^5 e oltre. Se fissi, per esempio, il pin V+ a 0 volt, allora l'opamp funziona da amplificatore con guadagno -G0, fornendo in uscita Vout=Vin * (-G0) quindi inverte e come.

eh eh... motivo in più per giustificare la differenza tra i due ingressi. Effettivamente, se analizzi il classico amplificatore in configurazione NON invertente, puoi ottenere l'inseguitore come caso limite, in cui la resistenza di retroazione va a zero, e l'altra va a infinito. Detto questo, penso che ti avranno spiegato la differenza tra applicare una retroazione 'negativa' e una 'positiva'. Il motivo per cui non funziona se inverti semplicemente i due ingressi dell'opamp sta tutta lì.

-- simone bern

Mr. Heisemberg is not the only one who can affect a measurement by looking at it (Robert A. Pease) snipped-for-privacy@zliberoz.zit -- rimuovere i caratteri di zorro per rispondere privatamente ---

La nomenclatura sta a significare che in un montaggio stabile il segnale sul pin invertente si ritrova col segno meno all'uscita e vicevera. Quello che hai fatto tu e' chiaro che non poteva funzionare. In controreazine positiva (ovvero l'uscita che riviene sull'entrata non-invertente) l'opamp si comporta come un comparatore (d'altronde e' il metodo per determinare in che montaggio si trova).

Se vuoi una piccola spiegazione ecco qua: l'opamp modellizzato in maniera piu' seria si comporta come un filtro passa basso con un grande guadagno. La funzione di trasferimento e': H(s)=G/(1+s/w0) dove G e' il guadagno, w0 la frequenza di taglio e s la variabile di Laplace. Inoltre si definisce i GBW come la frequenza per la quale il guadagno e' nullo, in pratica GBW=G*w0 L'eq per il vfollower e' Vout=G/(1+s/w0)*(Vin-Vout) => Vout=GBW/(w0+GBW)*Vin/(1+s/(GBW+w0)) Visto che GBW>>wo in pratica si ha Vout=Vin/(1+s/GBW) =>voltage follower fino alla pulsazione GBW.

Invece se prendi in configurazione che hai fatto tu (controreazione sull'entrata positiva) hai l'eq: Vout=G/(1+s/w0)*(Vout-Vin) => Vout=GBW/(GBW-w0)*Vin/(1-s/(GBW-w0)) applicando ancora GBW>>wo si ha Vout=Vin/(1-s/GBW) Ora il polo di questa funzione di trasferimento (il valore di s per cui il denominatore si annulla) e': p0=GBW che e' un valore positivo (nel'esempio precedente era -GBW). Ora secondo la teoria (si puo' determinare facilmente anche calcolando la trasformata inversa di laplace) un sistema per essere stabile deve avere tutti i poli nel semipiano negativo (del piano complesso). In questo caso il polo si trova nel semipiano positivo, quindi il sistema e' intrinsecamente instabile.

alte frequenze mi sembra strano visto che gli operazionali non si usano ad alte frequenze (per lo meno, io parlo di rf). In realta' viene piu' utilizzata in microelettronica (vedi dopo).

SE NON SBAGLIO, si dovrebbe trattare di un giratore. In pratica inverte tensione e corrente. Supponi di mettere un condensatore sul lato destro (dove c'e' v2 per intenderci). Chiaramente hai: V2=-I2/(jwC) Dal lato V1 puoi dire: I1=-V2/R I1=I2/(jwCR) usando I2=V1/R ottieni I1=V1/(jwCR^2) => V1=jwCR^2*I1 In pratica dal lato V1 vedi un'induttanza dal valore L=CR^2. viceversa se metti un'induttanza vedi un condensatore dal valore C=L/R^2. Viene spesso usata in microelettronica perche' le induttanze fanno schifo quando sono integrate. In realta' un filtro di butterworth (ad esempio) non viene realizzato con una rete di L e C ma con dei Gm-C; i Gm sono gli OTA (e' molto piu' semplice fare un giratore con gli OTA che con gli opamp).

Ciao e scusa se sono prolisso, ma ho poco da fare... Scola

Ehm... penso si chiami giratore in italiano. In realta' l'ho sempre visto nominare in inglese "gyrator"... google da' solo 300 e rotti pagine per giratore, forse non e' il nome giusto (o forse nessuno lo conosce ;-)

Scola

si giratore, lo conosco anch'io con questo nome

per la serie: i nomi , il loro significato :-)

A lezione lo hanno sempre chiamato, da me, NIC (V-NIC se inverte la tensione, o I-NIC se inverte la corrente), acronimo di Negative Impedence Converter.

Dovrebbe far parte della più grande categoria dei giratori.

-------------------------------------------------------------- R: Perché inverte l'ordine in cui le persone normalmente leggono un testo. D: Perché il top-posting è una cosa così cattiva? R: Il top-posting. D: Qual è la cosa più fastidiosa in Usenet e nell'e-mail?

nicola scolari ha scritto:

Confermo, è un giratore :-) Li usava un progetto di Nuova Elettronica di una decina di anni fa, un equalizzatore grafico a filtri LC senza induttanze che usava, appunto, solo condensatori e giratori... anzi mi hai fatto venir voglia di ridargli un'occhiata :-)

Non penso sia esattamente la stessa cosa... Un NIC inverte il valore della tensione o della corrente, mentre un giratore "scambia" la tensione con la corrente. Esempio: in un V-NIC applichi la trasformazione V -> -V dunque per una resistenza V=-RI In un giratore applichi contemporaneamente V->I*R e I->V/R, duqnue per un condensatore: V=I/(jwC) -> I*R=V/(jwCR) => V=I*jwCR^2 (in questo caso il V-NIC darebbe V=-I/(jwC) )

Ciao Scola

nicola scolari ha scritto:

Non mi sembra una grande idea. Io li avrei chiamati in altro modo, per esempio "feedback positivo" e "feedback negativo". Bah... :-(

Non l'ho fatto e non intendevo farlo funzionare. Era un esempio per spiegare perche' secondo me i nomi non hanno senso.

Ahhhh.... OK! Ho guardato nel mio libro sotto gyrator e ho trovato qualche spiegazione. Grazie.

Beato te... ;-)

Boiler

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simone.bern ha scritto:

Certo, mai detto che non c'e'. Io mi chiedevo chi ha avuto l'idea di chiamarli cosi'.

Boiler

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Il problema e' che non e' detto che tu debba per forza farlo funzionare in feedback. Pensa ad un ampli con un guadagno di 20dB. Se piazzi un segnale Vin sull'entrata + e la massa sul - il risultato sara': Vout=10Vin se inverti le entrate avrai Vout=-10Vin quindi le entrate sono chiaramente non-invertente e invertente. Poi sta a te sapere che se fai un feedback va fatto sull'entrata invertente se vuoi la stabilita' (nei comparatori invece proprio perche' non si vuole la stabilita' il feedback e' fatto sulla non-invertente). La teoria della controreazione e' molto complicata...

ciao Scola

nicola scolari ha scritto:

Ma si fanno lavori del genere? A me hanno detto che si evita perche' il guadagno di un OpAmp e' sempre una cosa un po' incerta: sono enormi ma non definiti con precisione.

OK, vedo il nesso logico.

Boiler

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Beh, forse mi sono espresso male. Un opamp e' un amplificatore con un grande guadagno fatto per essere usato con un feedback. Ma fa comunque parte della classe "amplificatori" e non sono tutti per forza "operazionali", e gli amplificatori in generale hanno un entrata differenziale che si distingue in invertente e non-invertente in base a quanto ti ho detto nel mail precedente.

ciao Scola

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