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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.

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

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

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: