Come Determinare Impedenza di Ingresso e Uscita di un Op-Amp
Non puoi misurare l'impedenza di ingresso/uscita intrinseca di un op-amp con un multimetro portatile. I valori sono estremi (Zin ~ MΩ–TΩ, Zout ~ Ω–mΩ) e la misura stessa altera il risultato. Invece, usa questi metodi:
1. Datasheet (Fonte Primaria)
Ogni datasheet di op-amp specifica:
- Impedenza Differenziale di Ingresso (Zid / Rin): Resistenza tra +IN e -IN (es. 10 MΩ–10 GΩ per JFET/CMOS; 0,5–10 MΩ per bipolare).
- Impedenza di Ingresso in Modo Comune (Zicm): Ogni ingresso verso terra (spesso maggiore di Zid).
- Impedenza di Uscita (Zo / Ro): A circuito aperto, small-signal, a DC o vs frequenza (es. 50 Ω–1 kΩ).
- Capacità di Ingresso (Cin): Critica per app RF/fotodiodo (1–10 pF tipiche).
2. Tecniche di Misura in Lab (Small-Signal, a Circuito Aperto)
Impedenza di Ingresso (Zin)
Metodo del Partitore di Tensione (Differenziale):
- Configura l'op-amp come buffer a unità di guadagno (Vout = Vin).
- Applica un segnale AC (es. 1 kHz, 100 mVpp) attraverso una resistenza in serie nota Rs (es. 1 MΩ).
- Misura Vin (prima di Rs) e V+ (al pin) con sonda/scopetta ad alta Z.
- Zin = Rs × (V+ / (Vin - V+)).
Attenzione: Corrente di polarizzazione × Rs crea offset DC. Usa condensatore di accoppiamento se necessario.
Impedenza di Uscita (Zout)
Metodo Load-Pull:
- Configura come buffer. Guida segnale AC noto (1 kHz).
- Misura uscita a circuito aperto Voc.
- Connetti carico resistivo RL (es. 100 Ω, 1 kΩ).
- Misura uscita sotto carico Vload.
- Zout = RL × ((Voc / Vload) - 1).
Sweep di Frequenza: Usa un Analizzatore di Rete (VNA) o FRA per tracciare Zout(f) — cruciale per l'analisi di stabilità (guida carico capacitivo).
3. Impedenze in Anello Chiuso (Effettive) — Cosa il Tuo Circuito Vede
Il feedback modifica drasticamente le impedenze:
- Amplificatore Non Invertente: Zin,chiuso ≈ Zicm × (1 + Aolβ) → effettivamente ∞ (GΩ–TΩ).
- Amplificatore Invertente: Zin,chiuso ≈ Rin (resistenza di ingresso). Massa virtuale a -IN.
- Uscita (qualsiasi topologia): Zout,chiuso ≈ Zo,ol / (1 + Aolβ) → milliohm a ohm. Questo è il motivo per cui gli op-amp sono ottime sorgenti di tensione.
4. Simulazione (SPICE)
Analisi AC con .ac dec 100 1 100Meg:
- Zin:
V(in)/I(Vin_source)(differenziale) oV(+IN)/I(Vtest)(CM). - Zout: Applica sorgente corrente AC 1A all'uscita, misura tensione:
V(out)/1.
Punti Chiave
- Fidati del datasheet per i valori intrinseci.
- Progetta con impedenze in anello chiuso (il feedback definisce ciò che il circuito vede).
- Misura Zout(f) se guidi carichi capacitivi (>50 pF) — la stabilità dipende da ciò.
- Specifiche di corrente/rumore di polarizzazione di ingresso contano più di Zin per app DC di precisione.