L'amplificatore operazionale (operational amplifier) è un tipo di circuito integrato analogico. Internamente esso è formato da una rete di resistori, capacità, diodi e transistor e tali componenti sono tutti realizzati su un unico chip di silicio incapsulato in un contenitore di plastica.
La figura seguente mostra la circuiteria interna di un 741, un modello di operazionale a basso prezzo e di largo uso. Si osservi che si tratta di un amplificatore multistadio realizzato con molti transistor:
La figura qui sotto è invece una microfotografia che mostra il layout del 741, cioè i componenti e le piste di collegamento realizzate sulla superficie della piastina di silicio (chip):
Per dare il senso delle proporzioni si consideri l'immagine seguente in cui vengono evidenziate le reali dimensioni di un tipico chip a confronto con una moneta:
Qui sotto potete invece vedere il chip montato all'interno di un tipico contenitore DIP (dual in-line package) con i collegamenti elettrici fra il chip e i piedini (pin) esterni dell'integrato:
L'immagine seguente mostra infine l'aspetto di un operazionale 741 nel proprio contenitore DIP a otto piedini:
I primi amplificatori operazionali erano realizzati a valvole ed erano dei componenti abbastanza ingombranti. Quello mostrato in figura è il modello K2-W, commercializzato nel 1952:
Il primo amplificatore operazionale integrato venne realizzato nel 1963 (μA702 della Fairchild) e già nel 1968 faceva la sua comparsa il modello 741, di cui già abbiamo parlato e tuttora uno dei tipi più usati di amplificatore operazionale. Da allora sono stati realizzati numerosi modelli di operazionale, differenti per prezzo, prestazioni o utilizzo. La tabella seguente mostra i modelli a basso prezzo di uso più comune con i parametri elettrici fondamentali:
| Model | Devices/ package | Power supply | Bandwidth | Bias current | Slew rate | Output current |
|---|---|---|---|---|---|---|
| number | (count) | (V) | (MHz) | (nA) | (V/µS) | (mA) |
| TL082 | 2 | 12 / 36 | 4 | 8 | 13 | 17 |
| LM301A | 1 | 10 / 36 | 1 | 250 | 0.5 | 25 |
| LM318 | 1 | 10 / 40 | 15 | 500 | 70 | 20 |
| LM324 | 4 | 3 / 32 | 1 | 45 | 0.25 | 20 |
| LF353 | 2 | 12 / 36 | 4 | 8 | 13 | 20 |
| LF356 | 1 | 10 / 36 | 5 | 8 | 12 | 25 |
| LF411 | 1 | 10 / 36 | 4 | 20 | 15 | 25 |
| 741C | 1 | 10 / 36 | 1 | 500 | 0.5 | 25 |
| LM833 | 2 | 10 / 36 | 15 | 1050 | 7 | 40 |
| LM1458 | 2 | 6 / 36 | 1 | 800 | 10 | 45 |
| CA3130 | 1 | 5 / 16 | 15 | 0.05 | 10 | 20 |
Occorre anche tener conto del fatto che lo stesso modello viene prodotto da numerosi produttori diversi con sigle leggermente differenti (per esempio il 741 viene venduto, fra gli altri, dalla National, dalla Fairchild, dalla STMicroelectronics etc.).
Il simbolo elettrico dell'operazionale è mostrato in figura:
Il nome dei terminali è il seguente:
- ingresso invertente (inverting input, V-)
- ingresso non invertente (non-inverting input, V+)
- uscita (Vout)
- alimentazione positiva (Vss positive supply)
- alimentazione negativa (-Vss negative supply)
Le due figure seguenti mostrano invece la piedinatura interna di un 741 in contenitore DIP. Il terminale 8 (not connected) non è utilizzato (è presente per compatibilità con il contenitore standard, ma non è collegato). I terminali 1 e 5 (offset null) non sono rappresentati nel simbolo dell'operazionale e vengono utilizzati per regolare l'offset dell'amplificatore.
Affinché non ci si convinca che il 741 DIP sia l'unica configurazione di operazionale esistente, la figura qui sotto mostra alcuni altri esempi tipici (due integrati contenenti al proprio interno più operazionali e un LM741 montato in contenitore metallico):
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