L’amplificatore per strumentazione è un dispositivo che presenta molti dei requisiti richiesti a un buon amplificatore differenziale.
Cosa è un Amplificatore Differenziale?
Lo scopo di un amplificatore differenziale è quello di amplificare, con guadagno G, solo la differenza fra i due segnali v1 e v2 applicati ai suoi due ingressi (H L).
Per chiarire questo fatto, definiamo:
I due segnali in ingresso possono esprimersi nella forma:
L’Amplificatore per Strumentazione
L’amplificatore per strumentazione è un apparecchio che presenta molti dei requisiti richiesti a un buon amplificatore differenziale. È costituito da due stati non invertenti (OP1 e OP2), montati secondo una struttura bilanciata.
Se gli amplificatori operazionali OP1 e OP2 hanno un comportamento ideale, esiste un corto circuito virtuale ai loro ingressi.
Pertanto la corrente nella resistenza Rg risulta:
Le tensioni in uscita da OP1 e OP2 sono applicate allo stadio differenziale successivo, contenente amplificatore OP3:
La tensione in uscita da OP3, se le resistenze R3 ed R4 sono perfettamente bilanciate, risulta in definitiva:
Il guadagno differenziale G può così essere stabilito agendo su una sola resistenza Rg.
La resistenza di ingresso per entrambi i canali V1 e V2 è particolarmente elevata (in teoria infinitamente grande). Il dispositivo è in genere disponibile come circuito integrato e ciò limita le derive dovute a fenomeni termici e consente di conseguire, con opportune tecnologie costruttive, un accurato valore degli elementi resistivi interni.
Il controllo del guadagno avviene mediante la resistenza Rg esterna all’integrato. In molti integrati, tale resistenza può essere cambiata in modo programmabile e ciò viene detto PGIA, Programmable Gain Instrumentation Amplifier.
Riguardo al funzionamento dell’amplificatore per strumentazione, si noti ancora che, se consideriamo una tensione di modo comune vC in ingresso, cioè se risulta
v1 = v2 = vC,
allora, per effetto del corto circuito virtuale in ingresso, dovuto alla presenza della controreazione, anche il morsetto non invertente di entrambi gli operazionali OP1 e OP2, che costituiscono lo stadio di ingresso simmetrico, presenta la tensione vC di modo comune. Allora non circola corrente nella resistenza Rg e quindi neppure nelle resistenze di reazione R2.
Pertanto le uscite degli operazionali OP1 e OP2 risultano vo1 = vC e vo2 = vC, e questi si comportano, nei riguardi del modo comune, come degli inseguitori di tensione. Da queste considerazioni consegue che la facoltà di reiezione del modo comune è completamente affidata al successivo stadio differenziale e alla sua corretta realizzazione.
Si osservi infine che la reiezione del modo comune varia con la frequenza.
Blogger e scrittore ventenne nato a Taranto. Collabora con diverse agenzie di marketing digitale e operativo. Ha pubblicato il manuale Windows 10: Guide e Soluzioni e il libro di narrativa storica Cronache di un Palazzo Abbandonato.
