Amplificatore operazionale non invertente esercitazioni

Nel circuito Amplificatore operazionale non invertente con esercitazioni si applica la tensione di ingresso Vin sul morsetto + (più) non invertente e si collega l’altro morsetto al potenziale zero. L’effetto che otterremo sarà che un segnale periodico applicato in ingresso avrà la stessa fase in uscita amplificato di k volte con k>=1.

Indice

Funzionamento

Un amplificatore operazionale non invertente genera una tensione in uscita V_out con lo stesso segno della tensione in entrata V_i, amplificata per un coefficiente k. $V_{o u t} =(\frac{R_{1} + R_{2/}}{R_{1)}} \cdot V_{i - Il coefficiente k dell’amplificatore operazionale non invertente può essere maggiore o uguale a 1. A differenza degli amplificatori operazionali invertenti, un amplificatore non invertente non riesce a ridurre un segnale perché k non può essere minore di 1 (ossia k\geq1). Al massimo se la resistenza R2=0 è nulla, il coefficiente k è unitario ossia k=R1/R1=1.}$

Nell’esempio mostrato in figura in ingresso vi è un generatore con una tensione di 5 volt, la tensione misurata in uscita con la connessione circuitale non invertente è di 20 volt. Ci sarà quindi un coefficiente di amplificazione k pari a 4. Osservando le resistenza presenti nel circuito R1 è pari ad 1K ohm e R2 è pari a 3K ohm. Calcolando come indicato il rapporto k= $(\frac{R_{1} + R_{2/}}{R_{1)}}$ otterremo un coefficiente di amplificazione pari a 4.

Analisi del circuito

Un amplificatore in configurazione non invertente è costituito da due resistenze ed un amplificatore operazionale. Si osservi il circuito:

R2 connette l’uscita all’ingresso invertente
La tensione di ingresso è collegata direttamente all’ingresso non invertente dell’operazionale
L’ingresso invertente è connesso a massa tramite R1

Se si confronta tale schema con quello dell’amplificatore invertente si nota che Vin e massa in ingresso sono collegati “al contrario”. Non cambia invece il collegamento di R2. In questo caso il guadagno sarà positivo. Assumendo che l’amplificatore operazionale sia ideale, l’analisi sull’amplificatore non-invertente passa per due semplici osservazioni:

Controlliamo che la retroazione sia negativa: se v i >0, il segnale in uscita sarà elevato e v o >0: parte di vo (v1 ) ritorna all’ingresso invertente tramite il partitore resistivo e, essendo v i =vin-v1 , vi diminuisce. Questo significa che op amp e rete di retroazione tendono a portare vi =0 => retroazione negativa
Applichiamo i vincoli di nodo sommatore (Ii =0 e Vi =0):

V1 = Vin V1= (R1/R1+R2)V0

Av=V0/Vin=1+(R2/R1)

Esercizio con amplificatore operazionale non invertente

Vi proponiamo di seguito una esercitazione con l’amplificatore operazionale in configurazione non invertente. L’esrcizio propone nella prima parte di calcolare il valore della resistenza R2 chiamata nell’esempio Rf. Nella seconda parte viene richiesto di calcolare i valori corretti della resistenza Rf per ottenere una amplificazione in uscita di 60 volt.

Ricordiamo che anche in questo esempio nel circuito con l’amplificatore operazionale manca l’alimentazione perché ci siamo concentrati sui segnali di ingresso e uscita. Ricordiamoci quindi che gli amplificatori operazionali vanno alimentati. Anche in qusto esempio per brevità il circuito di alimentazione non viene mostrato, più semplicemente va alimentato un altro piedino del circuito integrato.

Conclusioni – Amplificatore operazionale non invertente

Abbiamo approfondito in questo articolo il circuito dell’amplificatore operazionale non invertente. Abbiamo analizzato la stessa configurazione circuitale provando a modificare i valori delle resistenze coinvolte nel circuito invertente. Lo studio degli amplificatori operazionali è stato analizzato in ulteriori articoli di approfondimento. Ricordiamo che abbiamo dedicato tutto uno studio propedeutico per questo argomento e che abbiamo pubblicato degli articoli sui singoli componenti che caratterizzano il circuito amplificatore. Nella nostra sezione dedicata al Laboratorio di Elettrotecnica e di Elettronica abbiamo dedicato degli articoli di approfondimento.