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Gianmaria De Tommasi » 6.Amplificatori operazionali e ponte di Wheatstone - Richiami


Indice della lezione

  • Richiami su amplificatori operazionali
  • Richiami sul ponte di Wheatstone

L’amplificatore operazionale

Un amplificatore ideale è un dispositivo:

  • con guadagno infinito
  • impedenza d’ingresso infinita
  • impedenza d’uscita nulla
  • banda passante infinita

Un amplificatore operazionale è un dispositivo reale (vedi figura) la cui tensione in uscita è pari a V_u=G_d(V_1-V_2)+G_{cm}\frac{V_1+V_2}{2}+V_{offset}

 

Schema di un amplificatore operazionale.

Schema di un amplificatore operazionale.


Configurazioni base

Configurazioni di base:

  • Amplificatore invertente
  • Amplificatore non-invertente
  • Adattatore d’impedenza (inseguitore di tensione)
  • Amplificatore differenziale
  • Derivatore
  • Integratore

Risorse esterne:

Scelta dei valori delle resistenze

  • I valori di resistenza dei componenti esterni va scelta nel range 100 Ω ÷ 100 kΩ
  • I guadagni ottenibili con le configurazioni viste (invertente, non-invertente, differenziale) sono limitati (~100)
  • Guadagni più elevati si possono raggiungere con più stadi in cascata

Amplificatori da strumentazione

  • In molti integrati R_{gain} può essere variata in modo programmabile (PGIA, Programmable Gain Instrumentation Amplifier)
  • I componenti (A.O. e resistenze) devono avere ottime caratteristiche (precisione,…)
  • La struttura deriva dall’amplificatore differenzialeI due A.O. d’ingresso permettono di aumentare di molto la resistenza d’ingresso
  • Il guadagno si cambia variando R_{gain}
  • Consente di ottenere guadagni elevati (>100)
Schema di un amplificatore da strumentazione

Schema di un amplificatore da strumentazione


Amplificatori di isolamento

  • Gli amplificatori di isolamento sono amplificatori da strumentazione in cui il circuito d’ingresso è isolato galvanicamente dall’alimentazione e dal circuito d’uscita
  • Gli amplificatori di isolamento trovano applicazione in numerosi casi pratici, tipicamente:
  • quando la tensione di modo comune risulta  troppo elevata per l’integrità del dispositivo (in particolare supera la tensione di alimentazione)
  • per motivi di sicurezza delle persone
  • L’isolamento galvanico si ottiene mediante due tecniche:
  • accoppiamento trasformatorico
  • accoppiamento ottico

Ponte di Wheatstone

Schema elettrico di un ponte di Wheatstone per la misura della variazione di una resistenza

Schema elettrico di un ponte di Wheatstone per la misura della variazione di una resistenza

Apparato per il montaggio di un ponte di Wheatstone

Apparato per il montaggio di un ponte di Wheatstone


Ponte di Wheatstone

Se la tensione di alimentazione è pari a V_{cc}, allora la tesione di uscita V_{out} (misurata a capi della serie R_2-R_x sarà

V_{out}=V_{cc}\left(\frac{R_2}{R_1+R_2}-\frac{R_x}{R_3+R_x}\right).

Il ponte è in equilibrio (V_{out}=0) quando \frac{R_1}{R_2}=\frac{R_3}{R_x}.

Se R_1=R_3 e R_2=R_x+\Delta R, con \Delta R<<R_1=R_3, allora

V_{out}\cong V_{cc}\frac{\Delta R}{R_1+R_x}

ovvero la carattersitica ingresso-uscita del ponte può essere considerata lineare e il ponte stesso può essere utilizzato per misurare variazioni di resistenza.

Risorse esterne:

 

Schema elettrico del ponte di Wheatstone

Schema elettrico del ponte di Wheatstone


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