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ANALOG/MIXED SIGNAL OP-AMP 26 - ELETTRONICA OGGI 484 - MARZO 2020 I n passato, il termine instrumentation amplifier (INA) era spesso usato impropriamente, riferendosi all’applicazione anziché all’architettura del disposi- tivo. Benché gli INA siano correlati con gli amplificatori operazionali, in quanto basati sulla stessa architettura, si tratta di versione specializzate di un amplificato- re operazionale. Gli amplificatori per strumentazione sono specificamente progettati e utilizzati per il loro elevato guadagno differenziale, che permette di ampli- ficare i segnali dei sensori, che sono dell’ordine di po- chi micro-volt, e allo stesso tempo respingere segnali di modo comune che possono avere valori elevati, an- che dell’ordine di diversi volt. Si tratta di un aspetto molto importante poiché alcuni sensori producono una variazione relativamente piccola di tensione o corrente e questo cambiamento di valore ridotto deve essere accuratamente rilevato. Si prendono ora in considerazione alcune applicazio- ni che possono trarre beneficio dall’utilizzo di questi amplificatori. Un esempio può essere quello di uno strumento medicale che utilizza sensori per allineare i motori passo-passo di un laser per la chirurgia ocu- lare di correzione della vista. L’elevata precisione è fondamentale in questo caso e non si può consentire ad altre apparecchiature presenti in sala operatoria di compromettere i segnali del sensore e causare risultati imprevisti. Un altro esempio è una pressa industriale. Queste macchine applicano una forza di migliaia di chi- li per piegare il metallo nella forma voluta. Queste mac- chine sono progettate per fermarsi se rilevano, tramite appositi sensori, una mano umana. In questo esempio, è fondamentale che il rumore elettrico proveniente da altre apparecchiature industriali non causi interferenze perché ciò potrebbe essere causa di malfunzionamenti. In entrambi i casi appena visti, il primo passo del per- corso del segnale del sensore coinvolge un amplifica- tore per strumentazione. I piccoli segnali del sensore devono essere accuratamente amplificati in tutti gli ambienti. Gli amplificatori per strumentazione sono progettati appositamente per assolvere questo com- pito, ovvero amplificare accuratamente piccoli segnali con un guadagno di elevata precisione in un ambiente elettricamente rumoroso. Altre considerazioni Vi sono comunque altri aspetti da prendere in consi- derazione per migliorare ulteriormente le prestazioni di un INA. Un basso consumo è importante per pro- lungare la durata della batteria, mentre una tensione operativa ridotta consente di utilizzare la batteria in un punto più a valle della curva di esaurimento, prolun- gando la durata della batteria stessa. Un ampio inter- vallo di tensioni in ingresso garantisce la compatibilità con più sensori mentre l’adattamento d’impedenza in ingresso semplifica l’interfaccia con i sensori. L’evoluzione della progettazione di amplificatori INA Visto il gran numero di applicazioni possibili nei più svariati settori, dal medicale al consumer all’industria- le, la progettazione si è evoluta nel corso degli anni per poter sfruttare al meglio i vantaggi in termini di pre- stazioni offerti da questi amplificatori. Di seguito sarà descritta l’evoluzione deli amplificatori per strumenta- zione, dagli approcci iniziali ai nostri giorni. Dall’esame di queste architetture dei relativi pregi e difetti, questo articolo evidenzia i miglioramenti a livello di prestazio- ni che contraddistinguono gli odierni amplificatori per strumentazione e descrive alcune applicazioni reali. L’evoluzione degli amplificatori per strumentazione Greg Davis Sr. Product Marketing Manager - Mixed Signal Linear Business Unit Microchip Technology Un’analisi dei vantaggi e degli svantaggi degli approcci utilizzati per amplificare i piccoli segnali, dell’ordine dei micro-volt, provenienti dai sensori rigettando nello stesso tempo i segnali di modo comune tipici degli ambienti rumorosi