Un amplificatore operazionale, o amplificatore operazionale, è un circuito integrato utilizzato per amplificare i segnali di tensione. Ha un’alta impedenza di ingresso e una bassa impedenza di uscita, che gli consente di amplificare in modo efficiente i segnali elettrici deboli. La configurazione di base di un amplificatore operazionale include due terminali di ingresso (invertenti e non invertenti) e un terminale di uscita. L’amplificatore operazionale amplifica la differenza di tensione tra i due terminali di ingresso ed emette un segnale di tensione che in genere è molte volte maggiore del segnale di ingresso, a seconda del guadagno impostato dai componenti esterni.
Un amplificatore operazionale è un componente elettronico versatile simboleggiato da un triangolo con due ingressi e un’uscita. L’ingresso invertente è contrassegnato con un segno meno (-) e l’ingresso non invertente è contrassegnato con un segno più (+). L’output è solitamente sulla punta del triangolo, opposta alla base dove si trovano gli input. Questo simbolo rappresenta il funzionamento fondamentale dell’amplificatore operazionale: amplifica la differenza di tensione tra gli ingressi invertenti e non invertenti e fornisce un’uscita amplificata.
Internamente, un amplificatore operazionale è costituito da più stadi di amplificazione, inclusi amplificatori differenziali, stadi di guadagno di tensione e uno stadio di uscita. L’amplificatore differenziale nello stadio di ingresso amplifica la differenza tra gli ingressi invertenti e non invertenti rifiutando qualsiasi segnale di modo comune. Gli stadi di guadagno di tensione forniscono un’amplificazione aggiuntiva e lo stadio di uscita garantisce una bassa impedenza di uscita e una sufficiente capacità di pilotaggio della corrente. Questi componenti interni lavorano insieme per fornire l’elevato guadagno e le prestazioni stabili caratteristiche degli amplificatori operazionali.
Il guadagno dell’amplificatore operazionale si riferisce al rapporto tra la tensione di uscita e la tensione di ingresso. Il guadagno di un amplificatore operazionale può essere controllato da resistori e condensatori esterni in varie configurazioni, come configurazioni di amplificatori invertenti, non invertenti e differenziali. Nella configurazione invertente, il guadagno è determinato dal rapporto tra il resistore di retroazione e il resistore di ingresso, risultando in un guadagno negativo. Nella configurazione non invertente, il guadagno è determinato dal rapporto tra il resistore di retroazione e il resistore collegato a terra, più uno, risultando in un guadagno positivo. Il guadagno può essere molto elevato, consentendo un’amplificazione significativa del segnale di ingresso.
Un amplificatore operazionale ideale è un dispositivo teorico con guadagno ad anello aperto infinito, impedenza di ingresso infinita e impedenza di uscita zero. Amplifica perfettamente la differenza di tensione tra i suoi terminali di ingresso senza alcuna limitazione. In pratica, ciò significa che l’amplificatore operazionale ideale amplificherà la differenza tra gli ingressi invertenti e non invertenti senza offset, rumore o distorsione. Inoltre, l’amplificatore operazionale ideale ha una larghezza di banda infinita, che gli consente di amplificare segnali di qualsiasi frequenza senza attenuazione. Gli amplificatori operazionali del mondo reale si avvicinano a queste caratteristiche ideali ma presentano limitazioni dovute a vincoli pratici di produzione.