I due amplificatori operazionali dell'integrato LM358

Vedremo in questo progetto come sia possibile generare un'onda sinusoidale usando due amplificatori operazionali. Ci serviremo di un integrato LM358 che appunto contiene al suo interno due amplificatori separati (figura 1).

Il progetto, il cui schema è riportato in figura 2, si divide in due sezioni: il primo operazionale funziona come oscillatore, generando un segnale ad onda quadra, mentre il secondo agisce da filtro passa-basso, e trasforma l'onda quadra in un'onda sinusoidale.
Il circuito viene alimentato a 9 V e fornisce in uscita un segnale sinusoidale di ampiezza superiore a 4Vpp (volt picco/picco), alla frequenza di circa 960 Hz; naturalmente tale valore può variare, a causa della tolleranza dei vari componenti.
Entrambi gli amplificatori operazionali contenuti nell'integrato LM358 vengono alimentati collegando il pin 8 al polo positivo ed il pin 4 alla massa.

Sezione 1: l'oscillatore a rilassamento

Analizziamo separatamente le due sezioni. La prima, ovvero quella realizzata con l'operazionale di sinistra, costituisce un oscillatore a rilassamento o multivibratore astabile. Il funzionamento è il seguente: supponiamo che C1 sia scarico e l'uscita 1 dell'op-amp sia a livello alto. La tensione presente sul pin 1 comincia a caricare C1 attraverso R3; quando la tensione di C1 (che risulta applicata al pin 2) supera quella sul pin 3, l'uscita scatta a livello basso. Con l'uscita a tensione zero, la R4 è come se fosse collegata fra il pin 3 e la tensione di massa; in pratica viene a trovarsi in parallelo alla R2. Per tale motivo, la tensione sul pin 3 risulta adesso più bassa rispetto a prima quando l'uscita era a livello alto: affinché l'uscita (pin 1) possa tornare a livello alto, occorre che la tensione sul pin 2 (cioè ai capi di C1) scenda fino al nuovo valore presente sul pin 3.
Quando l'uscita commuta nuovamente a livello alto, dal pin 1 fluisce corrente attraverso R4 e tale corrente, scorrendo anche in R2, fa salire il potenziale del pin 3. C1 ricomincia a caricarsi e il ciclo ricomincia.

L'isteresi

E' importante comprendere bene quello che accade in conseguenza dello stato che assume l'uscita, osservando i due schemi della figura 3.


Quando l'uscita è a livello H (riquadro di sinistra), la R4 è come se si trovasse in parallelo alla R1; il valore globale delle due resistenze diventa pertanto 14065 ohm. Ne segue che la tensione applicata al pin 3 non è più Vs/2, ma assume il valore di 5,49 V.
Quando l'uscita è a livello L (riquadro di destra), la R4 è come se si trovasse in parallelo alla R2; il valore globale delle due resistenze, come già si è visto, diventa di 14065 ohm. Ne segue che la tensione applicata al pin 3 non è più Vs/2, ma assume il valore di 3,51 V.
L'uscita a livello alto determina quindi un incremento della tensione sul pin 3, mentre l'uscita a livello basso determina una sua diminuzione. Come conseguenza, per commutare a livello H, la tensione sul pin 2 deve scendere a 3,51 V, mentre per commutare a livello L, la tensione sul pin 2 deve salire a 5,49 V.
Si riscontrano quindi due diversi valori di “soglia”, all'interno dei quali funziona l'oscillatore.
L'effetto appena descritto prende il nome di “isteresi”; si tratta di un meccanismo che, come si vedrà, si incontra nello studio di vari altri circuiti.

Il resto del progetto viene descritto nella seconda parte.