AES_8 2022

Automazione e Strumentazione n Novembre - Dicembre 2022 FOCUS Applicazioni 79 ELETTRONICA Catena del segnale analogico del nodo di rilevamento Gli amplificatori operazionali sono componenti di condizionamento ideali per una catena di segnali analogici. Le loro caratteristiche di bassa potenza, le dimensioni ridotte e le doti di flessibilità applicativa sono estremamente vantaggiose. Tuttavia, alcuni casi d’uso richiedono il ricorso ad amplificatori opera- zionali di precisione a basso rumore . Un paio di caratteristiche dell’amplificatore operazionale sono vantaggiose per tali applicazioni; quindi, la compren- sione di questi fattori può aiutare un ingegnere nella selezione delle parti adatte. Le caratteristiche di un amplificatore operazio- nale ideale includono un guadagno infinito, un’im- pedenza di ingresso infinita e una tensione di uscita zero quando gli ingressi sono esattamente gli stessi. Tensione di offset in ingresso Tuttavia, nel mondo reale , le specifiche effettive dif- feriscono leggermente. Per esempio, la maggior parte degli amplificatori operazionali genera una minima tensione di uscita anche quando i due ingressi sono identici. Sfortunatamente, per sua natura, un amplifi- catore operazionale amplifica qualsiasi differenza del segnale di ingresso, quindi qualsiasi tensione di errore. Ciò si traduce in una tensione di uscita . Per annullare l’errore sull’uscita, è necessario applicare una piccola tensione differenziale agli ingressi per calibrare il valore di uscita a zero. Questa tensione è chiamata ten- sione di offset in ingresso (Vio). La tensione di offset in ingresso si manifesta a causa di lievi discrepanze durante la fabbricazione dei circuiti integrati. Ciò può essere dovuto a variazioni nel dro- gaggio del materiale semiconduttore, a errori litografici o a sollecitazioni sul package durante l’assemblaggio e il test. Ogni amplificatore operazionale presenta delle caratteristiche Vio leggermente diverse. L’impatto della Vio in un amplificatore ad anello chiuso si rifletterà nella presenza di tensione CC tra gli ingressi positivo e negativo dell’amplificatore. A meno che non venga applicata una tensione di offset differenziale di polarizzazione aggiuntiva, si genererà un errore di uscita . Per esempio, in un’applicazione di gestione di un motore, in cui un amplificatore ope- razionale fornisce un segnale di feedback al control- ler, la velocità effettiva del motore stesso sarà diversa dalla velocità calcolata. In alcune applicazioni questo errore potrebbe essere estremamente critico. La figura 4 evidenzia come la Vio influisca sulla lettura del rile- vamento della corrente in un circuito di controllo del feedback dell’azionamento del motore (Vio di 5 µV). Per le applicazioni di precisione, l’evoluzione verso sensori con frequenze più elevate comporta la scelta di amplificatori operazionali con una bassa tensione di offset in ingresso e un’elevata larghezza di banda. Figura 4 - L’impatto della Vio sul rilevamento della corrente in un’applicazione di retroazione per il controllo della velocità di un motore (fonte: ST)