Vd operazionale - =0 sicuro?

[Giorgio Demurtas]

In elettrotecnica ci insegnano che per un amplificatore operazionale ideale la tensione differenzione è sempre zero, come pure la corrente nel piedino (+) e la corrente nel (-).

Domanda:

Se io collego un generatore di tensione da 10V sul +, e un gen di tensione da 15V sul -, qual'è la tensione differenziale?

[Livio Orsini]

Giorgio, Giorgio questa domanda da te non me l'aspettavo! E' una domanda improponibile. Le tensioni devono essere identiche, a meno dell'offsett (che in un OP ideale è zero).

Si deve sempre ragionare in termini di maglie e nodi. Quindi devi almeno specificare i valori delle resitenze di polarizzazione e di reazione.

Se non hai queste reti i due ingressi devono essere al medesimo potenziale.

[Giorgio Demurtas]

eheh, è una bella domanda.

Ma perchè "devono"? Nessuno mi impedisce di omettere le resistenze e fornire tensioni diverse.

Corrente negli ingressi non ne passa, quindi non può avvenire il cortocircuito di 5V che porta Vd=0. Quindi sarà Vd=5?

(ci stiamo quando si potrebbe fare la prova)

[Livio Orsini]

O le tensioni sono uguali o l'ampli si rompe. Proprio perchè non deve scorrere corrente negli ingressi. Infatti la corrente scorre solo nella rete di reazione e la somma delle correnti nel nodo dell'ingresso invertente è uguale a 0. L'ingresso non invertente è una massa virtuale.

[bit]

L'affermazione è purtroppo errata. A ciascun ingresso di un generico operazionale si può applicare qualunque potenziale (a patto che non ecceda il range di alimentazione) indipendentemente dal potenziale applicato all'altro ingresso. Nel caso in cui le tensioni applicate ai due ingressi siano differenti l'operazionale (che teoricamente ha guadagno infinito) amplificherà la differenza tra di esse, portandosi in saturazione, positiva se V+ > V-, negativa se V+ < V-. Caso specifico è il funzionamento come comparatore.

Affermazione incompleta. La tensione tra gli ingressi di un operazionale è zero solo quando esso lavora in regime lineare e reazionato negativamente in maniera stabile, cioè in tutte quelle configurazioni circuitali per cui il valore dell'uscita dell'operazionale influisce sul potenziale di uno o entrambi gli ingressi, in modo che sia possibile il raggiungimento di una situazione di equilibrio senza che l'uscita dell'operazionale stesso saturi.

In tal caso è la caratteristica dell'operazionale stesso a fornire la legge menzionata: poichè l'uscita dell'operazionale assume un valore finito (senza che l'operazionale saturi) e poichè l'operazionale ha per definizione un guadagno infinito, l'unica condizione possibile è che la differenza di potenziale tra gli ingressi sia zero.

Spero di essere stato chiaro, predonatemi eventuali incompletezze...

Ciao!

[Livio Orsini]

Putroppo è la tua di affermazione che è errata. Ogni operazionale ha un suo limite massimo di tensione applicabile agli ingressi, valore che è espressamente indicato nel foglio tecnico.

Tanto per la storia i primi OP, sul tipo del uA709, non sopportavano più di 1v di tensione differenziale. Quelli attuali sono più robusti e ci vuole un po' di più per romperli, anche perchè i costruttori hanno inserito dispositivi limitatori all'interno. Con i primi OP si mettevano due diodi in antiparallelo sugli ingressi proprio per prevenire rotture da superamento dei limiti di tensione

Se il valore di tensione differenziale non eccede il valore massimo stabilito dal costruttore, l'amplificatore satura e/o diventa instabile. Il valore massimo del segnale differenziale, in assenza di dispositivi di proteziane integrati nel silicio, è dell'ordine di qualche mV fino a qualche centinaio di mV. Dipende dalla tipologio dei dispositivi inttegrati.

Nel caso di operazionale usato come comparatore non si può prescindere dalla rete resistiva esterna che completa il circuito. Le tensioni da comparare sono applicate alla rete. Ai piedini + e - le tensioni sono ancora uguali a meno dell'offsett.

Esistono alcuni specifici dispositivi in commercio, progettati per uso esclusivo come comparatori di tensione, che non richiedono reti resistive esterne proprio perchè il progettista lo ha previsto ed integrato nel silicio quanto è necessario.

L'unico caso d'impiego di amplificatore operazionale, in cui la topologia è priva di resitori esterni, è il caso del circuito "inseguitore di tensione" dove il guadagno di tensione è unitario essendo l'amplificatore controreazionato completamente. L'impedenza d'ingresso è teoricamente infinita (praticamente sempre >100Mohm, dipende dal tipo di ampli). Ovviamente, misurando la tensione differenziale sugli ingressi si leggerà un valore pari a 0v a meno dell'offset

Poi se la teoria non basta si può sempre fare una prova pratica

Modificato: 10 dicembre 2006 da Livio Orsini

[Giorgio Demurtas]

Come pensavo. riassumendo:

A ciascun ingresso di un generico operazionale si può applicare qualunque potenziale  indipendentemente dal potenziale applicato all'altro ingresso. Nel caso in cui le tensioni applicate ai due ingressi siano differenti l'operazionale (che teoricamente ha guadagno infinito) amplificherà la differenza tra di esse, portandosi in saturazione, positiva se V+ > V-, negativa se V+ < V-. Caso specifico è il funzionamento come comparatore.

La tensione tra gli ingressi di un operazionale è zero solo quando esso lavora in regime lineare e reazionato negativamente in maniera stabile, cioè in tutte quelle configurazioni circuitali per cui il valore dell'uscita dell'operazionale influisce sul potenziale di uno o entrambi gli ingressi, in modo che sia possibile il raggiungimento di una situazione di equilibrio senza che l'uscita dell'operazionale stesso saturi.

grazie delle spiegazioni

[walterword]

nel primo caso e' logico , altrimenti non avrebbe modo di esistere l'amplificatore operazionale differenziale

Nel secondo caso e' configurato come inseguitore e lavora da buffer

[bit]

Ringrazio Livio delle precisazioni, in effetti il range di tensioni ammesso sugli ingressi degli amplificatori operazionali non è sempre così ampio come ho detto, in molti modelli esiste un range massimo inferiore alla massima tensione di alimentazione.

Comunque tale range è di solito abbastanza ampio, tale da potersi considerare libero per la maggior parte dei circuiti. Utilizzando sempre integrati abbastanza moderni non mi si è mai presentata il problema di rispettare tali limiti. Livio, evidentemente con più esperienza di me, ha giustamente citato il 709, per cui il discorso era molto diverso da quanto ho detto.

Nel caso citato da Giorgio e utilizzando integrati moderni general purpouse, come richiesta si può considerare valido il range di tensioni citato (sempre che rimanga all'interno del valore della tensione di alimentazione). In tal caso l'operazionale funziona da comparatore e satura.

Ciao!

[Livio Orsini]

Si tratta di una configurazione anomala, soggetta a vari inconvenienti: dall'instabilità (mai visto un 741 che dovrebbe essere saturo ed invece oscilla da - a +?) fino alla rottura.

L'operazionale è un disposivo progettato e costruito appositamente per essere impiegato con un appropriata rete resistiva esterna. Ripeto, a parte il caso specifico dell'inseguitore di tensione, non si deve usare un operazionale senza la sua rete esterna.

[Giorgio Demurtas]

Intendi che nell'uso da comparatore ci deve essere la resistenza di retroazione positiva per dargli un pò di isteresi ed evitare l'oscillazione?

[Livio Orsini]

Al di là delle discussioni teoriche (visto che studi ingegneria elettronica potresti approfondire la teoria, consulta il sempre ottimo Millman) quando si usa un operazionale è sempre buona norma limitare comunque il guadagno con una rete resitiva.

Nel caso di un comparatore di tensione è anche buona cosa inserire una rete resistiva per creare una piccola reazione positiva. La reazione positiva fa si che il comparatore lavori con isteresi, cosa sempre positiva .

La sciare un OP senza limiti di guadagno è sempre comunque da evitare, il rischio maggiore è quello di lavorare sul confine tra zona stabile ed instabile, con innesco saltuario di oscillazioni, cosa peggiore delle oscillazioni persistenti.

Inoltre è sempre peggiorativo per l'affidabilità del componente; la rete esterna limita anche il valore della corrente, anche in caso di disturbi "acchiappati".

A tal proposito ti consiglierei di leggerti un'application note della TI sull'affidabilità dei driver RS485 e sui metodi per incrementarne l'insensibilità e l'immunità alle scariche elettriche. Questi dispositivi sono, praticamente, degli amplificatori operazionali usati con ingressi e uscite differenziale, con posibilità di bloccare o meno il canale con un elettrodo di controllo.

[Giorgio Demurtas]

Ok. Grazie a tutti dei consigli. Ho le idee molto più chiare.

ciao

ps. studio ing elettrica!