(la videolezione) I derivatori e gli integratori rappresentano due configurazioni fondamentali basate sull’amplificatore operazionale. Questi circuiti non si limitano ad amplificare i segnali, ma svolgono vere e proprie operazioni matematiche: la derivata e l’integrale di un segnale nel dominio del tempo. Per questo motivo vengono impiegati nei sistemi di controllo, nei filtri, negli strumenti di misura e persino nella generazione di forme d’onda complesse.
Il circuito derivatore
Un circuito derivatore produce in uscita una tensione proporzionale alla variazione nel tempo del segnale in ingresso. In pratica, se il segnale varia rapidamente, l’uscita sarà elevata; se il segnale è costante, l’uscita sarà nulla.
La configurazione tipica utilizza un condensatore in serie all’ingresso e una resistenza nel ramo di retroazione dell’amplificatore operazionale. Il risultato è un segnale che evidenzia i picchi, le transizioni e le variazioni repentine: un prezioso strumento nell’analisi di impulsi e onde quadre.
Tuttavia, il circuito derivatore è sensibile al rumore e ai disturbi ad alta frequenza. Ecco perchè si limita il guadagno in alta frequenza inserendo un resistore in serie al condensatore (derivatore reale).
Il circuito integratore
Il circuito integratore, invece, calcola l’area sotto la curva del segnale in ingresso: in altre parole, genera una tensione che cresce o decresce in funzione del valore cumulativo del segnale. La configurazione classica prevede una resistenza in ingresso e un condensatore nel ramo di retroazione. Quando un segnale costante viene applicato, l’uscita dell’integratore aumenta linearmente nel tempo. Se il segnale è un’onda quadra, l’uscita sarà un’onda triangolare: per questo è utilizzato anche nella generazione di forme d’onda.
Il circuito integratore è spesso presente nei regolatori automatici, nei convertitori analogico/digitali (ADC) a integrazione, e nei sistemi di misura dove si vuole seguire una grandezza che varia lentamente.
Differenze e complementarità
Questi due circuiti rappresentano operazioni contrapposte ma complementari. Il derivatore enfatizza i dettagli e i cambiamenti rapidi, mentre l’integratore attenua le discontinuità e mette in risalto le tendenze globali. Entrambi sono fondamentali nell’analisi del segnale, nel condizionamento dei dati analogici e nei sistemi di controllo. Inoltre, sono spesso utilizzati insieme in circuiti più complessi, come i regolatori PID, dove l’azione derivativa, integrativa e proporzionale vengono combinate per ottenere un comportamento dinamico ottimale.
