30 / 86
ANALOG/MIXED SIGNAL
OP AMP
30
- ELETTRONICA OGGI 459 - GENNAIO/FEBBRAIO 2017
L
e leggi della fisica impediscono di realizzare l’am-
plificatore operazionale ideale, ossia caratteriz-
zato da precisione ottimale, rumore nullo, valore
infinito del guadagno ad anello aperto, dello slew rate
e del prodotto guadagno x larghezza di banda. Ma ci si
aspetta che gli amplificatori di generazioni successive
siano migliori di quelli precedenti. Senza dimenticare
gli amplificatori operazionali a basso rumore 1/f?
Risalendo alquanto indietro nel tempo, nel 1985 Ge-
orge Erdi di Linear Technology progettò LT1028, che
per oltre 30 anni è rimasto l’amplificatore operazionale
con minimo rumore di tensione disponibile a bassa fre-
quenza: densità della tensione di rumore all’ingresso
pari a 0,85 nV/ Hz a 1 kHz e tensione di rumore all’in-
gresso pari a 35 nV
P-P
da 0,1 Hz a 10 Hz. Ma solo lo
scorso anno un nuovo amplifi-
catore, LT6018, è riuscito a sfi-
dare la supremazia di LT1028
garantendo tensione di rumore
all’ingresso uguale a 30 nV
P-P
da 0,1 Hz a 10 Hz e frequenza
di taglio pari a 1Hz, sebbene in
un’ampia banda di frequenza
la densità della tensione di ru-
more sia uguale a 1,2 nV/ Hz.
Ne consegue che LT6018 è la
scelta ideale in applicazioni
a frequenza più bassa in cui
si richiede rumore inferiore,
mentre LT1028 assicura pre-
stazioni migliori per molte ap-
plicazioni a larga banda, come
illustrato nella figura 1.
Rumore: un parametro fastidioso
Il progetto di circuiti a basso rumore va oltre la scelta
dell’amplificatore con minima densità della tensione
di rumore (e
n
) per una determinata banda di frequen-
za. Come illustrato nella figura 2, entrano in gioco al-
tri generatori di rumore, di natura incoerente, le cui
tensioni si sommano con legge quadratica.
Anzitutto, si considerino i resistori come generatori
di rumore. I resistori generano intrinsecamente ru-
more, e la tensione di rumore è proporzionale alla
radice quadrata della resistenza. A una temperatura
di 300K, la densità della tensione di rumore di qual-
siasi resistore è uguale a e
n
= 0,13 R nV/ Hz. Tale
rumore dà anche origine a una corrente di rumore
secondo il circuito equivalente di Norton: i
n
= e
n
/R =
0,13/ R nA/ Hz. I resistori ge-
nerano quindi una potenza di
rumore uguale a 17 zeptowatt.
Amplificatori operazionali dal-
le prestazioni elevate presen-
tano una potenza di rumore
inferiore a questo valore. Ad
esempio, la potenza di rumore
di LT6018 (misurata a 1 kHz) è
pari a circa 1 zeptowatt.
Nell’amplificatore operaziona-
le riportato in figura 2, la re-
sistenza del generatore, quella
di guadagno e quella di retro-
azione (rispettivamente R
S
, R
1
e R
2
) contribuiscono tutte al
rumore del circuito. Quando si
calcola il rumore, il fatto che
Progettare con amplificatori
a basso rumore
Brian Black
Product Marketing manager
Signal Conditioning Products
Glen Brisebois
Senior Applications engineer
Signal Conditioning Products
Linear Technology
Poiché è impossibile realizzare
un amplificatore operazionale
ideale, bisogna scegliere con
grande attenzione l’amplificatore
operazionale più adatto al
particolare progetto considerato
Fig. 1 – Tensione di rumore integrata di LT1028 e di LT6018