Scegliere l'amplificatore operazionale (in breve: op amp) giusto per il tuo progetto Fai-Da-Te può essere un compito arduo. La varietà di amplificatori operazionali è paragonabile al numero di stelle nel cielo e la quantità di specifiche nel datasheet a volte è travolgente, quindi come si sceglie l'op amp giusto per un progetto specifico? Di seguito desidero fornirti una panoramica delle specifiche dei datasheet più importanti da tenere d'occhio. Questa piccola guida si rivolge ai principianti dell'elettronica che vogliono approfondire il tema degli amplificatori operazionali.
Cos'è un amplificatore operazionale?
Un amplificatore operazionale è fondamentalmente un amplificatore differenziale con un'amplificazione molto elevata (idealmente infinita). È dotato di un ingresso non invertente e uno invertente, un'uscita e ovviamente i pin per l'alimentazione elettrica. Sfruttando la retroazione dall'uscita a uno degli ingressi è possibile realizzare molti circuiti diversi, ad esempio amplificatori invertenti e non invertenti (con amplificazione finita), integratori, differenziatori, filtri passa-basso e passa-alto e molti altri. Per ulteriori letture sui diversi circuiti consulta il documento di Texas Instruments "AN-20 Guida applicativa per amplificatori operazionali”.
Le specifiche più importanti del datasheet:
1. Tensione di alimentazione
La specifica fondamentale da verificare nel datasheet è l'intervallo della tensione di alimentazione (Supply Voltage Range). La trovi sotto le Condizioni operative raccomandate (Recommended Operating Conditions). Se la tensione di alimentazione è troppo bassa l'op amp non funzionerà correttamente, se è troppo alta rischi persino di distruggerlo.
2. Tensione di ingresso in modo comune
Questa specifica viene talvolta trascurata. La tensione di ingresso in modo comune (Input Common Mode Voltage Range) definisce l'intervallo di tensione consentito sui tuoi ingressi senza causare malfunzionamenti dell'op amp. Gli op amp con ingressi rail-to-rail hanno un intervallo di tensione di ingresso in modo comune pari a V- < Vin < V+, altri possono includere solo il rail positivo, quello negativo oppure nessuno dei due.
Esempio:
L'intervallo tipico di tensione di ingresso in modo comune del TL072 include il rail positivo e necessita di un margine di 3 volt rispetto al rail negativo:
V- + 3V < Vin < V+ →con una tensione di alimentazione di 10V l'intervallo della tensione di ingresso va da 3V a 9V
Nelle Condizioni operative raccomandate TI aggiunge un ampio margine di sicurezza:
V- + 4V < Vin < V+ – 4V →con una tensione di alimentazione di 10V l'intervallo della tensione di ingresso è di soli 4V-6V.
Se vuoi progettare il tuo circuito a regola d'arte devi utilizzare l'intervallo di tensione indicato nelle Condizioni operative raccomandate (valori minimi); tuttavia, se stai sviluppando un singolo prototipo puoi cavartela usando i valori tipici selezionando accuratamente i singoli op amp.
3. Impedenza di ingresso
L'impedenza di ingresso degli op amp è di particolare interesse quando l'impedenza della sorgente di segnale è elevata, ad esempio quando si usano pickup passivi per chitarra. In tal caso, potresti voler scegliere un op amp con ingressi JFET (l'impedenza di ingresso arriva fino a 1000 GΩ). Gli op amp con ingressi bipolari hanno in genere impedenze di ingresso di circa 10 MΩ.
4. Rumore equivalente in ingresso e distorsione armonica tipica
Gli op amp non si limitano ad amplificare il segnale della sorgente, ma aggiungono anche armoniche e rumore. Il rumore equivalente in ingresso e la distorsione armonica tipica vengono indicati separatamente oppure combinati insieme come THD+N.
Per le applicazioni audio è essenziale scegliere un op amp a basso rumore e a bassa distorsione.
5. Corrente di alimentazione
Se il tuo dispositivo funziona a batterie è importante tenere d'occhio la corrente di alimentazione. La corrente di alimentazione o corrente a riposo (Quiescent Current) fornisce informazioni sul consumo energetico dell'op amp a vuoto (senza carico).
Purtroppo vale la regola che correnti di alimentazione basse comportano un rumore elevato. Come vedi, la scelta del componente giusto è sempre un compromesso – benvenuto nell'elettronica 😉
6. Impedenza di uscita
L'impedenza di uscita è importante se l'impedenza del carico è bassa, ad esempio se vuoi pilotare delle cuffie o un LED. L'impedenza di uscita deve essere molto più bassa dell'impedenza del carico, altrimenti si verificherebbe una grande caduta di tensione sull'uscita (partitore di tensione tra impedenza di uscita e impedenza del carico). Se nel datasheet non trovi l'impedenza di uscita, la corrente di uscita della sorgente ti fornisce un'informazione simile.
Per informazioni dettagliate sulle specifiche sopra menzionate e altre ancora ti raccomando di leggere il documento di TI "Comprendere le specifiche degli amplificatori operazionali“.
Come trovo l'op amp giusto?
Personalmente amo utilizzare il sito web di Texas Instruments, perché posso inserire le specifiche per me importanti e il sito mi mostra gli op amp adatti con il relativo prezzo approssimativo. Se desideri includere anche altri produttori, un ottimo modo è utilizzare la funzione di ricerca di un grande distributore, come ad esempio Mouser.
Spero che questa piccola guida ti sia utile. Se sei un chitarrista, dai un'occhiata ai prodotti su questo sito web: la mia azienda Songbird FX è produttrice di pedali per chitarra ricaricabili tramite micro-USB di alta qualità.
