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      Messaggio Da TOMMY's Lun Ago 18, 2008 5:41 pm

      Come già si è detto nella pagina ad essi dedicata, gli amplificatori
      operazionali possono essere utilizzati in moltissime circostanze
      diverse. Quelle che vengono descritte di seguito a titolo di esempio,
      sono quindi soltanto alcune delle applicazioni possibili, scelte tra
      quelle di più semplice realizzazione.


      USO DEGLI AMPLIFICATORI OPERAZIONALI Opau01
      figura 1 - amplificatore operazionale µA741; piedini visti da sotto

      Negli esempi che vedremo, faremo uso di un operazionale tipo µA741; i
      piedini, per il tipo in involucro metallico tondo, sono disposti come
      indicato in figura 1 (in corrispondenza della linguetta metallica si
      trova il piedino 8, poi, in senso orario, l'1, il 2, il 3 ecc.)

      Oscillatore a onda quadra: con l'amplificatore operazionale è
      facile realizzare un multivibratore che produce in uscita un'onda
      quadra perfettamente simmetrica.

      USO DEGLI AMPLIFICATORI OPERAZIONALI Opau02
      figura 2 - multivibratore
      Uno
      dei vantaggi di tale oscillatore è, per esempio, che si possono
      ottenere basse frequenze di oscillazione senza ricorrere a capacità di
      valore troppo elavato: il circuito illustrato in figura 2, con i valori
      indicati, oscilla a circa 100 hz. Lavorando con gli amplificatori
      operazionali, come del resto con qualsiasi circuito integrato, occorre
      ricordare che vanno sempre collegati anche i due piedini di
      alimentazione; in questo caso, trattandosi del µA741, i piedini sono il
      7, che va al positivo, e il 4, che va al negativo.

      Semplice termostato:


      Con gli operazionali si può fare di tutto,
      ma le applicazioni più interessanti sono forse quelle che sfruttano la
      loro capacità di amplificare enormemente la differenza di tensione
      presente sugli ingressi. Diventa in tal modo semplice realizzare un
      circuito che, sensibile anche alle più piccole variazioni rilevate da
      un sensore, piloti di conseguenza un relè o qualsiasi altro
      utilizzatore.
      USO DEGLI AMPLIFICATORI OPERAZIONALI Opau03
      figura 3 - un semplice termostato

      Supponiamo di voler realizzare un termostato, usando come sensore di temperatura una resistenza NTC
      (NTC
      deriva dall'inglese Negative Temperature Coefficient, ovvero resistenze
      a coefficiente di temperatura negativo; tali resistenze sono
      particolarmente sensibili alle variazioni di temperatura, ma,
      contrariamente alle resistenze comuni, con l'aumentare della
      temperatura il loro valore diminuisce).
      Il circuito potrebbe essere simile a quello di figura 6. La resistenza
      NTC forma con la resistenza R1 un partitore di tensione, il cui punto
      centrale è collegato al piedino 3 dell'operazionale. Le due resistenze,
      cioè la NTC e la R1, devono avere più o meno lo stesso valore: per
      esempio 4,7 kohm. Il piedino 2 dell'operazionale è collegato ad una
      resistenza variabile, RV, del valore di circa 10 kohm, che permette di
      regolare il punto d'intervento, cioè di stabilire a quale temperatura
      deve scattare il relè. Naturelmente il relè scatta (e chiude i contatti
      esterni C1-C2) quando il transistor TR1 va in conduzione; perchè TR1
      vada in conduzione, l'uscita dell'amplificatore operazionale (piedino
      6) deve passare a livello alto, facendo così giungere, attraverso R2,
      una tensione adeguata sulla base di TR1. Come funziona il circuito?
      Prima di tutto occorre regolare RV per portare la tensione sul piedino
      2 ad un valore più alto di quella presente sul piedino 3; in tal modo
      il relè sarà a riposo. Se la temperatura scende, la NTC aumenta il suo
      valore, per cui sale anche la tensione ai suoi capi; quando tale
      tensione arriva a superare la tensione sul piedino 2, l'uscita
      dell'operazionale commuta a livello alto, e fa scattare il relè.
      USO DEGLI AMPLIFICATORI OPERAZIONALI Opau04
      figura 4 - come ottenere una migliore regolazione del punto di intervento

      Naturalmente, se con RV regoliamo più in alto il valore della tensione
      sul piedino 2, sarà necessaria una temperatura più bassa pechè la
      tensione ai capi della resistenza NTC sia in grado di far commutare
      l'operazionale; in questo modo otterremo che il termostato intervenga
      con una temperatura più bassa. Desiderando il risultato opposto, basta
      regolare la RV in senso contrario.
      Il circuito può essere alimentato a 12 V; di conseguenza, il relè dovrà
      avere una bobina adatta a tale tensione. Il transistor TR1 può essere
      un qualsiasi transistor NPN di media potenza (BC142 - BC441 - BCP54 -
      BCX54 - BD135 ecc.). La resistenza R2 è da 27 kohm. Il diodo D1 (tipo
      1N4001 o equivalenti) serve a proteggere il circuito dalle
      sovratensioni causate dalla bobina del relè.
      Se la regolazione di RV risulta troppo brusca, si può modificare il
      circuito come in figura 7: invece della sola resistenza di regolazione,
      si usa una RV da 4,7 kohm e si montano, ai suoi lati, due resistenza
      fisse, RA ed RB, sempre dello stesso valore di 4,7 kohm; così facendo,
      si otterrà una regolazione più dolce e graduale.
      Naturalmente, per un funzionamento efficace, la resistenza NTC deve
      essere collocata nel posto giusto, usando dei fili di lunghezza
      opportuna. Supponendo di aver montato il nostro circuito in una
      scatola, se si desidera regolare la temperatura ambiente, la NTC deve
      essere montata vicino ad una grigliatura, in modo che possa essere
      investita dall'aria dell'ambiente. Se invece si vuole regolare la
      temperatura di una superficie, la NTC deve essere montata a contatto
      della superficie stessa.
      I contatti del relè serviranno per comandare il dispositivo che deve
      generare calore; per esempio, faranno accendere e spegnere una
      resistenza elettrica da stufa, oppure metteranno in moto l'impianto di
      riscaldamento domestico.
      Dopo un pò di tentativi, si riuscirà a regolare il circuito
      correttamente; volendo, si potrà montare sull'asse della resistenza
      variabile una scala graduata che indica direttamente la temperatura in
      gradi.

      Strumento di misura: sempre sfruttando le caratteristiche
      differenziali degli amplificatori operazionali, e quindi la loro
      capacità di confrontare due tensioni in ingresso, è possibile
      realizzare un circuito in grado di misurare tensioni, correnti o
      resistenze. Nel circuito di figura 5, la tensione che si vuol misurare
      viene applicata al piedino 2, attraverso il partitore formato dalle
      resistenze R8, R9, R7; tale tensione viene confrontata con quella che
      risulta applicata al piedino 3, prelevata tramite il potenziometro R5.


      USO DEGLI AMPLIFICATORI OPERAZIONALI Opau05
      figura 5 - strumento di misura
      Per
      poter usare un simile circuito occorre prima procedere ad una apposita
      taratura, servendosi per esempio di un altro tester. Sull'albero del
      potenziometro va applicata una manopola dotata di indice, che ruoterà
      sopra la scala che noi tracceremo. Applichiamo la prima tensione (per
      esempio 2 V); ruotiamo il potenziometro R5 fino al punto di
      commutazione, ovvero il punto in cui il led che era acceso si spegne e
      l'altro si accende.
      USO DEGLI AMPLIFICATORI OPERAZIONALI Opau06
      figura 6 - la scala gaduata tracciata tramite taratura
      Trovato tale punto, tracceremo un segno in corrispondenza dell'indice
      della manopola, e ci scriveremo 2. Procederemo poi con tensioni
      successive, per esempio 4, 6, 8, 10 e 12 V, ed ogni volta, trovato il
      punto di commutazione, vi tracceremo un segno con scritto vicino il
      valore corrispondente. Finita la taratura, il nostro strumento sarà in
      grado di funzionare da solo. Applicgeremo in ingresso la tensione da
      misurare e ruoteremo il potenziometro: trovato il punto di
      commutazione, leggeremo il valore corrispondente.
      I tre diodi D1, D2 e D3, servono a determinare una tensione
      stabilizzata, che risulta presente ai capi del potenziometro R5; per
      limitare la deriva termica ed ottenere quindi una tensione più stabile,
      occorre usare due diodi al silicio tipo 1N4154 per D1 e D2, e un diodo
      al germanio, tipo AA143, per D3.
      Le resistenze in ingresso, R9 ed R7, sono collegate in parallelo per
      determinare, con il loro valore, la giusta caduta di tensione
      necessaria per il partitore di ingresso; sarebbe stato possibile
      utilizzare una resistenza unica da 294 Kohm, ma il suo valore sarebbe
      risultato di difficile reperibilità.

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