1.3. - Convertitore V/I con carico collegato a massa
1.3.1. - Convertitore V/I invertente
Perché tale circuito risulti un convertitore V/I, la corrente IL nel carico deve dipendere dalla tensione di ingresso Vi ed essere indipendente dal carico stesso.
Per dimostrare ciò si parte dall'equipotenzialità degli ingressi e dalla relazione delle correnti al nodo N
(1.3.1.1)
Alla tensione V- contribuiscono due cause: Vi e VO.
Applicando il principio di sovrapposizione degli effetti, si ottiene:
.
(1.3.1.2)
Per le correnti I3 e I4 , si ha:
.
Sostituendo nella (1.3.1.1), si ha:
.
(1.3.1.3)
Per esprimere IL in funzione di Vi, dalla (1.3.1.2) si ricava VO
,
e si sostituisce nella (1.3.1.3):
.
La corrente IL dipenderà da Vi se, essendo V- = V+, i coefficienti di V+ e V- sono uguali, cioè risulti:
.
(1.3.1.4)
Se viene realizzata tale condizione, per IL si ha:
,
essendo
.
Quindi, una volta fissato il valore di R4, e di conseguenza verificata la condizione (1.3.1.4), la corrente nel carico è funzione solo della tensione di ingresso Vi.
Il segno meno indica che:
se Vi > 0 la corrente IL ha verso opposto a quello di figura;
se Vi < 0 la corrente IL ha il verso di figura.
Per tale motivo il circuito si definisce invertente.
La tensione massima che si può avere sul carico RL è tanto più alta quanto più è elevata la Vi e quanto più piccola è la relazione
.
Per motivi di stabilità questa relazione non deve risultare inferiore a 0,1 né superiore a 10.
Se si utilizza un amplificatore operazionale con ingresso JFET si può fissare per R4 un valore superiore a 10MO, potendosi ottenere valori di IL dell'ordine di 10nA, con buone condizioni di stabilità Al contrario, nel caso di amplificatore operazionale con ingresso BJT è prudente limitare il valore di R4 a 100KO.
Il massimo valore di IL è limitato a qualche mA, a causa dell'autoprotezione che limita la corrente di uscita degli amplificatori operazionali integrati.
Unico difetto di questa disposizione circuitale è che richiede resistenze di alta precisione o comunque selezionate, perché uno scostamento anche lieve dalla condizione (1.3.1.4) degrada pesantemente le caratteristiche del convertitore. Per limitare i danni è importante che la resistenza di carico sia di valore contenuto.
Altro circuito convertitore V/I invertente è il seguente.
Lo studio del circuito è analogo al precedente.
Alla tensione V- contribuiscono due cause: Vi e VO.
Applicando il principio di sovrapposizione degli effetti, si ottiene:
IL dipenderà solo da Vi se
.
In tali condizioni
.
Anche in questo caso la bontà del convertitore dipende essenzialmente dalla precisione dei resistori e per piccoli valori di RL.
