Elettronica Applicata a.a. 2013/2014 Esercitazione N°6 RADDRIZZATORE VELOCE AD UNA SEMIONDA ed AMPLIFICATORE LOGARITMICO Fabio Cioria Andrea Giombetti Giulio Pelosi (fabio.cioria@insono.it) (giombetti@unifi.it) (giulio.pelosi@insono.it) www.echommunity.com/courses.htm Elettronica applicata Esercitazione N°6 1 Utilizzi del Diodo Il diodo è un elemento non lineare che permette (idealmente) il passaggio della corrente in un solo verso. I suoi utilizzi principali sfruttano queste due caratteristiche : DIREZIONALITA’ RADDRIZZATORE NON LINEARITA’ AMPLIFICATORE LOGARITMICO Elettronica applicata Esercitazione N°6 2 Raddrizzatore di precisione Vo Vs Il diodo usato come raddrizzatore non dovrebbe distorcere il segnale raddrizzato, per fare questo si devono ELIMINARE le sue caratteristiche NON LINEARI E’ possibile sfruttare le caratteristiche dell’ AMPLIFICATORE OPERAZIONALE per raggiungere il nostro scopo: Vo Vs 1 Vo Vγ 0 Raddrizzatore con saturazione CIRCUITO DA REALIZZARE n.1 Elettronica applicata Esercitazione N°6 Vs Transcaratteristica del raddrizzatore di precisione 1 rispetto a quella del diodo reale (rossa) Raddrizzatore di precisione L’uscita Vo rappresenta una replica parziale rettificata del segnale di ingresso Vs con caduta di tensione trascurabile, rispetto a quella che si avrebbe con l’utilizzo di un singolo diodo (pari a circa 0.6V). Grazie all’elevato guadagno ad anello aperto dell’operazionale, AV (∼105 in DC), la tensione di innesco del diodo, Vγ è ridotta a Vγ/Av, quando il diodo è inserito nell’anello di retroazione ed è in conduzione. QUALI SONO I LIMITI? • Vs Vo Guadagno finito dell’ AO Vγ non diventa ZERO • Banda dell’AO Spesso minore della banda di molti diodi • Raddrizzatore con saturazione CIRCUITO DA REALIZZARE n.1 Elettronica applicata Offset AO In anello aperto l’offset può non essere trascurabile Esercitazione N°6 4 Raddrizzatore di precisione OSSERVAZIONE: Durante la semionda negativa la rete di reazione è aperta e l’operazionale si trova in saturazione e quindi la sua uscita (pin6) è alla tensione di alimentazione negativa e Vo è zero DOMANDA Come influisce la saturazione sulle prestazioni del raddrizzatore? Notate questa influenza sul segnale raddrizzato che vedrete sull’oscilloscopio? Elettronica applicata Esercitazione N°6 5 Raddrizzatore di precisione Esiste una versione del raddrizzatore che non permette all’AO di andare in saturazione durante la semionda non raddrizzata L’operazionale è in configurazione INVERTENTE quindi viene raddrizzata la semionda negativa del segnale di ingresso: 0 → 0. 0 → . Vo 1 1 Vs Vo Vγ 0 Raddrizzatore senza saturazione CIRCUITO DA REALIZZARE n.2 Elettronica applicata Esercitazione N°6 Vs Transcaratteristica del raddrizzatore di precisione 2 rispetto a quella del diodo reale (rossa) 6 Raddrizzatore di precisione DOMANDA Come mai questo circuito non entra mai in saturazione? Passiamo adesso alla realizzazione ed allo studio dei circuiti appena descritti tenendo presenti le osservazioni e le DOMANDE. Elettronica applicata Esercitazione N°6 7 Raddrizzatore di precisione PRIMA PARTE: Raddrizzatore con saturazione · Montare il circuito n.1 della slide 4 · Alimentare l’operazionale uA741 con tensione duale ±12 V · Applicare come segnale di ingresso una sinusoide con ampiezza picco-picco di 10 V (nota: 5V sul display del generatore di forme d’onda). Per avere un trigger stabile è vantaggioso portare il segnale SYNC del generatore di funzioni su un canale dell’oscilloscopio tramite un cavo BNC · Visualizzare l’uscita sull’oscilloscopio tramite una sonda compensata 10x · Valutare, in modo rapido ed approssimato, la banda del circuito ed annotare la frequenza, a partire dalla quale, il segnale presenta una distorsione visivamente apprezzabile · Impostata la frequenza di 1 kHz sul generatore di segnale, posizionare la sonda sull’uscita dell’operazionale (pin 6) e verificare che questo si trovi in saturazione durante la semionda negativa del segnale di ingresso. Tracciare la forma d’onda su di un grafico ampiezza vs. tempo (impostare la base dei tempi dell’oscilloscopio in modo da visualizzare solo un paio di periodi del segnale) Elettronica applicata Esercitazione N°6 8 Raddrizzatore di precisione SECONDA PARTE: Raddrizzatore senza saturazione · Montare il circuito n.2 della slide 6 · Utilizzare stessa alimentazione e segnale di ingresso · Con la sonda compensata posizionata sull’uscita del circuito, valutare la banda passante della nuova configurazione circuitale e la frequenza a cui la distorsione è apprezzabile · Alle frequenze più elevate (es. 20 kHz), quando il segnale di uscita è ancora apprezzabile, si nota una forte distorsione della sinusoide, che diviene in pratica un’onda triangolare (vedi slide successiva): la velocità di salita dell’onda triangolare (o pendenza), dV/dt , quanto vale (in V/µs)? A quale limite dell’operazionale è legata? · Impostata la frequenza di 1 kHz sul generatore di segnale, spostare poi la sonda sull’uscita dell’operazionale e tracciare la forma d’onda sullo stesso grafico utilizzato per la configurazione precedente. come si spiega il segnale visualizzato, anche in confronto a quello che si otteneva con la configurazione precedente? Elettronica applicata Esercitazione N°6 9 Raddrizzatore di precisione SECONDA PARTE: Raddrizzatore senza saturazione Segnale in uscita quando si utilizza un ingresso con frequenza di 20 kHz L’uscita risulta distorta a causa di un parametro caratteristico dell’operazionale. Elettronica applicata Esercitazione N°6 10 Amplificatore logaritmico Un’altra particolare configurazione dell’amplificatore operazionale è quella dell’amplificatore logaritmico. Quando il segnale di ingresso è positivo, il diodo nella catena di retroazione è in conduzione e il piedino di ingresso invertente si trova a massa virtuale. La corrente che scorre nel diodo è: con ID corrente del diodo, Is corrente inversa del diodo, VD tensione diretta ai capi del diodo, k costante di Boltzmann(1.38*10-23J/K), T temperatura assoluta e q carica dell’elettrone. Trascurando la corrente nel piedino invertente e per il principio di massa virtuale si ha che: Amplificatore Logaritmico CIRCUITO DA REALIZZARE n.3 Elettronica applicata ≅ Esercitazione N°6 ≅ ≅ ln ⋅ / Raddrizzatore di precisione TERZA PARTE: Amplificatore logarirmico · Montare il circuito n.3 della slide 10 · Effettuare una prima misura di tipo qualitativo, impostanto il generatore di segnale su 8 Vpp (4 Vpp sul display), OFFSET di 4.1 VDC (2.050 VDC sul display) e frequenza 1 kHz. Per vedere meglio la risposta di tipo logaritmico si può impostare un’onda triangolare sul generatore di funzioni, invece della sinusoide. · La seconda misura prevede invece di usare il generatore di funzioni come generatore di tensione continua variabile e segnare su di una tabella Excel l’uscita per valori di tensione continua in ingresso compresi tra 10 mV e 2V per poi creare il grafico della transcaratteristica NOTA: per impostare la sola tensione continua senza onda AC sovrapposta, tenere premuto il tasto “OFFSET” per qualche secondo. Elettronica applicata Esercitazione N°6 12 Alla fine? Siete pregati di smontare i componenti dalla protoboard, rimetterli nella scatoletta e riporre tutto come all’inizio dell’esercitazione Così da facilitare i gruppi successivi GRAZIE! Elettronica applicata Esercitazione N°6 13
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