OGGETTO DELL'ESERCITAZIONE

STRUMENTI E COMPONENTI

Oscilloscopio

Generatore di segnali

Alimentatore duale

1 resistore da 10KW

1 resistore da 100KW

1 integrato mA741C

1 breadboard

EWB

Orcad

Schema elettrico:

Schema di montaggio:

CENNI TEORICI

L'amplificatore operazionale è un dispositivo solitamente costituito da diversi quadripoli attivi detti stadi, collegati in cascata, cioè in modo tale che l'uscita dell'uno costituisca l'ingresso dell'altro.

L'operazionale è costituito sotto forma d'integrato ed è in grado di amplificare anche in corrente continua con un guadagno molto elevato.

Per comprendere le più importanti caratteristiche di un amplificatore operazionale è molto utile il data-sheet fornito dalla casa costruttrice contenente:

Una descrizione generale dell'amplificatore

Uno schema elettrico

La piedinatura dello stesso integrato

Il vantaggio dell'amplificatore operazionale è, infatti, dovuto al fatto che se utilizzato con una rete di reazione esterna, cioè una rete che mette in comunicazione l'ingresso con l'uscita, le sue caratteristiche di trasferimento quali il guadagno, sono quasi interamente fissate dalla scelta dei valori dei componenti costituenti la rete di reazione.

Tra le diverse configurazioni possiamo aver la configurazione invertente e non invertente ognuna presentanti le seguenti caratteristiche:

Configurazione Invertente

La configurazione invertente è costituita da una rete di reazione costituita a sua volta dalla resistenza R2 che mette in comunicazione il terminale d'ingresso invertente (-) con quello di uscita, mentre il terminale d'ingresso non invertente (+) è collegato a massa.

Il guadagno di tensione di un operazionale in configurazione invertente dipende, infatti, dalla rete di reazione esterna cioè le resistenze R1-R2 per la quale il segnale d'uscita si presenta sfasato di 180° rispetto il segnale d'ingresso.

Configurazione non Invertente

IL segnale d'ingresso in questo tipo di configurazione è applicato al terminale d'ingresso non invertente (+) mentre l'ingresso invertente è collegato a massa tramite una resistenza (Vedi fig.)

Si può notare, infatti, che tramite diversi calcoli che ci portano a determinare la seguente formula A = 1 + R2/R1; che il guadagno che fornisce A.O. in configurazione non invertente dovrà risultare sempre maggiore o uguale a 1 mentre la tensione d'uscita risulterà sempre in fase con quella d'ingresso.

PROCEDURA

Prima di tutto si è realizzato il circuito su bread-board, alimentandolo con una tensione di 12V. In seguito sono stati settati tutti i strumenti.

Poi si è collegato il generatore B.F. all'oscilloscopio, visualizzando il segnale da fornire all'AMP.OP.,  per essere sicuri di avere un segnale di ampiezza 0,5V.

Si è scelto di dare un segnale con un'ampiezza molto piccala per evitare di far andare l'amplificatore operazionale in saturazione.

Settati gli strumenti si è connesso il generatore B.F. all'ingresso dell' AMP.OP., e l'oscilloscopio all'ingresso e all'uscita del circuito.

Lo scopo di questa esperienza era quello di osservare cosa accade alla forma d'onda all'aumentare della frequenza. Per fare ciò si è variata la frequenza del segnale d'ingresso (fornito dal generatore B.F.), da 0Hz a 1MHz, e misurando il valore Vpp del segnale d'ingresso e di uscita (vedi tabella 1 allegata).

Effettuate le misure del Vspp e del Vopp, si è calcolato il guadagno usando la seguente formula .

Dopo si è convertito il guadagno in decibel:

ed infine tramite la seguente proporzione

   

dove tr = N. DIV. TIME /DIV.

    in quanto .

si è calcolato lo sfasamento j espresso in gradi.

Ricavati guadagno (Av in dB) e sfasamento (j in gradi) si è rappresentata la risposta in frequenza in scala semilogaritmica (guadagno in dB in funzione della frequenza) e (sfasamento in gradi in funzione della frequenza).(vedi grafici allegati).

Da come si può notare dal grafico (A), all'aumentare della frequenza del segnale d'ingresso, il guadagno va diminuendo sempre di più, fino a raggiungere anche valori negativi (-6,37dB) a frequenze elevate (1M). In poche parole all'aumentare della frequenza, il segnale di uscita  si va attenuando sempre di più e va sfasandosi, rispetto al segnale d'ingresso, fino ad un massimo di 90° grafico (B).

Infatti dal grafico (B) si può notare che all'aumentare della frequenza il segnale di uscita si va sfasando, partendo da un minimo di 7,2° ad un massimo di 90°.

Per concludere, si può dire che un amplificatore operazionale non invertente, riesce ad amplificare un segnale, solo se la sua frequenza non supera quella di taglio (ft). Tale frequenza di taglio è -3dB del guadagno:

Av = 20,66dB;  ft =20,66-3 =17,66dB.

dunque il nostro amplificatore, riesce ad amplificare il segnale presente al suo ingresso, solo se la sua frequenza non supera i 55KHz (grafico A).

Dopo questa frequenza il segnale si va attenuando e sfasando.

Allego:

Tabella con misure e calcoli effettuati

Grafico (guadagno in dB in funzione della frequenza) su carta semilogaritmica

Grafico (sfasamento in gradi in funzione della frequenza) su carta semilogaritmica