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Le correnti di bias

Quando abbiamo parlato delle caratteristiche di un amplificatore operazionale ideale abbiamo affermato che, a causa della resistenza d’ingresso finita dell’operazionale, i morsetti del dispositivo assorbono una corrente nulla. In realtà questa è un’approssimazione. Infatti lo stadio d’ingresso di un operazionale è costituito da due transistor. Gli ingressi dell’operazionale sono costituiti dalle basi dei due transistor. Le basi dei due transistor assorbono una corrente di polarizzazione. Queste correnti di polarizzazione danno origine alle correnti di bias I_B+ e I_B-.

La media di queste due correnti è detta corrente di polarizzazione d’ingresso o input bias current

Per operazionali realizzati con BJT, tali correnti sono dell’ordine dei nanoampere mentre, per operazionali realizzati mediante FET, essa è dell’ordine dei picoampere. Come si può vedere dalla figura c, tali correnti provocano cadute di tensione sulle resistenze che compongono il circuito. Tali cadute di tensione fanno sì che si abbia in uscita una tensione diversa da zero anche quando in ingresso non vi è alcun segnale da amplificare. Le due correnti di polarizzazione non sono esattamente uguali e la loro differenza viene definita corrente di offset di ingresso

I_OS = I_B+ + I_B-

Consideriamo la seguente figura

Dal circuito si ricava che

I_B- = I₂ + I₁

Ma

I₁= - V₁/R₁ legge di ohm applicata alla resistenza R₁, il segno meno è dovuto al fatto che corrente e tensione hanno lo stesso verso

I₂ =V₂/R₂ = (V₀ – V₁)/R₂

Quindi

Ricavando V₀ da tale relazione si ha

Ricordando il concetto di massa virtuale si ha che la tensione V₁ si può trascurare per cui si può approssimare con

Consideriamo ora il seguente circuito

Nel quale abbiamo introdotto la resistenza R₃ . A causa dell’amplificazione ad anello aperto molto elevata si ha che la tensione ai capi della resistenza R₁ e quella ai capi della resistenza R₂ sono uguali per cui

V₁ = - R₃I_B+

Sostituendo in

Si ha

Ponendo

Si ha

Se le due correnti fossero esattamente uguali si avrebbe un completo annullamento dell’effetto sulla tensione di uscita