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Amplificatore di Scala: Circuito Operazionale per Guadagno/Atenua­zione Precisa del Segnale

Cos'è un Amplificatore di Scala?

Un amplificatore di scala è un circuito operativo che moltiplica una tensione di ingresso per un fattore costante e preciso K (fattore di scala), dove K può essere > 1 (amplificazione), < 1 (attenuazione), o negativo (inversione + scala). È il blocco fondamentale del calcolo analogico, condizionamento del segnale e acquisizione dati.

Circuito Canonico: Amplificatore di Scala Invertente

 Rf Vin ──┬─────[ ]─────┐ │ │ ▼ ▼ (–) (–) | \ | \ | \ Op-Amp | \ | >─────────| >── Vout = –K × Vin | / | / | / | / (+) (+) │ │ GND GND │ [Rin] │ GND 

Funzione di Trasferimento

Vout = – (Rf / Rin) × Vin

Fattore di Scala K = –Rf / Rin

Amplificatore di Scala Non Invertente

Vout = (1 + Rf/Rg) × Vin (K ≥ 1 solo). Per K < 1, usa uno stadio invertente o partitore di tensione + buffer.

Considerazioni di Progettazione di Precisione

Fonte di ErroreEffetto su KMitigazione
Tolleranza ResistoriΔK/K ≈ ΔRf/Rf + ΔRin/RinReti a pellicola sottile 0,01%–0,1%; coppie accoppiate (es. LT5400, INA159).
TCR ResistoriDeriva del guadagno con la temperaturaTCR accoppiato (< 2 ppm/°C tracking); stesso substrato.
VOS OperazionaleOffset in uscita = VOS × (1 + K)Operazionali chopper/zero-drift (LTC2057, ADA4522, OPA388); auto-zero.
IB / IOS OperazionaleOffset tensione attraverso RfBasso IB (JFET/CMOS); abbina Rin||Rf sull'ingresso +.
AOL FinitoErrore guadagno ≈ K / AOLAlto AOL (> 120 dB); basso K; o amplificatore composito.
Banda / Slew RateGuadagno cala ad alta f; distorsione ad alta dV/dtGBW >> K × fsignal; SR > 2πfVpeak.
CMRR / PSRRModulazione del guadagno da VCM / VCCAlti CMRR/PSRR operazionali; corretto bypass degli alimentatori.

Applicazioni

Soluzioni Integrate

Sommario

Un amplificatore di scala è un circuito precisione ratiometrico. La sua accuratezza dipende quasi interamente da accoppiamento e tracking dei resistori — non dall'operazionale. Per la massima precisione, usa reti di resistori monolitiche o blocchi di guadagno integrati.

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