Amplificatori Operazionali

Transcript

1 Unerstà Degl Stud d Ferrara Elettronca nalogca mplfcator Operazonal Docente:Prof. Gorgo annn Dott. Ing. alera adalà (alera.adala@unfe.t) 78

2 etroazone Negata (rcham) I X Z XZ (s) B(s) Y Y ( s) H ( s) X ( s) B( s) s jω ( s) B( s) > etroazone negata Stabltà!! Desensblzzazone (B>>) o Immuntà a dsturb Banda guadagno passa da /B (/B<<) Dott. Ing. alera adalà

3 etroazone Negata (rcham) II equst per poter sfruttare antagg della controreazone: Blocco dretto con eleato (n modo che *Bsa eleato) & o (Effett d carco) B a uoto guadagno rete d retroazone con f.d.t. B In anello posso screre: H ( s) B Solo se blocch sono deal (altrment dore consderare gl EFFETTI DI CICO) 3 Dott. Ing. alera adalà

4 OPMP OpMP sono done Blocch con eleato (n modo che *Bsa eleato) Eleata& o Pccola(Effett d carco) Smbolo OpMP IN d CC CC Elabora segnal n modo dfferenzale CC, CC morsett almentazone 3 o OUT ( ) 4 Dott. Ing. alera adalà

5 Ipotes d dealtà d CC CC 3 o. eleato. d & o Dalla. Corto crcuto rtuale d ~ Dalla. ( d ) I Caratterstca deale: o d Pendenza eleata (al lmte nfnta) d d d 5 Dott. Ing. alera adalà

6 Consderazon sulle hp. d dealtà Negl OPMP real: d ~ MΩ o ~ Ω grande ma fnto ( 4 :: 6 ) d ~ frazon d m Caratterstca reale: Lmtazonedouta alle tenson d almentazone o M Le potes d dealtà sono lecte. Ma algono solo se nonsamo n saturazone!!! M < CC d M > CC M Crcuto equalente dell OPMP Osserazone: posso operare nella regone ad alto guadagno solo se uso la retroazone! o d d d o 6 Dott. Ing. alera adalà

7 Esempo : etroazone Negata mplfcatore non nertente o Con l potes che, B>> Indpendente dal carco (perché )!! Per usare l potes d corto crcuto rtuale deo erfcare d non aere soluzon nella zona d saturazone d o Unca soluzone d 7 Dott. Ing. alera adalà

8 Esempo : etroazone Posta o 3 erfco le soluzon n regme statco Se: 3 > o d etroazone posta 3soluzon 8 Dott. Ing. alera adalà

9 Insegutore d tensone (Buffer) Se nell amplfcatore non nertente pongo: o o Plota qualsas carco senza che l generatore d ngresso ne rsenta! ( ) o G s o L G o Es: Msura della tensone n un punto. 9 Dott. Ing. alera adalà

10 Esemp d crcut con OPMP. mplfcatore nertente o ( > ). mplfcatore sottrattore 3 4 o ( ) Se:, 3 4 Dott. Ing. alera adalà

11 Esemp d crcut con OPMP 3. mplfcatore sommatore (nertente) mplfcatore sommatore (non nertente) 4 o o Se: 3 Se: 3 ( ) 3 4 ( ) 4 3 Dott. Ing. alera adalà

12 Conerttor. CorrenteTensone I I o Conerte da corrente a tensone n modo quas deale Es: Msura della corrente. TensoneCorrente s I Z o I S La corrente su Z è ndpendente da Z Dott. Ing. alera adalà

13 Inerttore d mpedenza I Z I L ω C o I Se: I Z Z j jωc ωc ωl > È una reattanza > a partre da una <! S possono realzzare effett ndutt solo usando OPMP e capactà! Prncpo d base per FILTI TTII. 3 Dott. Ing. alera adalà

14 Integratore Ideale t C I t ( t) () ( t) dt o o C f.d.t. nel domno d Laplace: o Tensone a tsu C o ( s) o Ho un polo nell orgne. ( s) sc o C ω(log) ω(log) Per s l guadagno è nfnto 9 4 Dott. Ing. alera adalà

15 Integratore eale C I o Se consdero l alore fnto d : o j ω ω p ω C( ) p Ho un polo n: d o o deale reale Fltro passa basso. Se : ω > ω p ntegratore ω p ω(log) In bassa frequenza è pratcamente ad anello aperto con una pccola tensone a n saturazone 5 Dott. Ing. alera adalà

16 Fltro PassaBasso atto C o Metto una resstenza n parallelo al condensatore sc o sc s jω o o j ω ω p ω p C ω p Se ω guadagno / Se ω>ω p Integratore ω(log) 6 Dott. Ing. alera adalà

17 Osserazone su potes d dealtà nche se consderamo deal le caratterstche dell OPMP ( d, o, ) non è detto che restno deal le caratterstche de crcut che l mpegano. o IN o IN In questo caso se oglo IN eleata deo sceglere eleata 7 Dott. Ing. alera adalà

18 Effetto d d ed o e fnt Esempo: Inertente Guadagno S F L o IDELE F S (Uso le conduttanze x semplctà) Se: O G F L ( G G >> G G F S G G S GS GF )( GO G G G O G G F F << L G Con la scelta opportuna d F, S, L posso rcondurm a prestazon deal G F F ) G G 8 Dott. Ing. alera adalà S F

19 CM Common Mode ejectonato CM(rapporto d reezone d modo comune) Il CM è legato ad una non dealtà dell OPMP per cu ene amplfcata anche la parte comune ad entramb gl ngress. D, CM o D CM D c d CM c guadagno dfferenzale guadagno d modo comune segnale d modo comune CM log D CM aloretpco6 db db ( 3 6 ) 9 Dott. Ing. alera adalà

20 Corrent d OFFSET () Corrente d polarzzazone d ngresso: è la meda delle due corrent d ngresso quando entramb gl ngress sono a massa. I B I B I B I I B B Ordne d grandezza n p Corrente d offset d ngresso: è la dfferenza tra I B e I B quando I B I B. I I I I B B Input offset currentdrft: è la arazone della corrente d offset douta a arazon d temperatura. I I ϑ Dott. Ing. alera adalà

21 Corrent d OFFSET () Esempo corrente d polarzzazone e d offset: Inertente amassa I B o I B I B Per mglorare le cose posso mettere una n parallelo al generatore I B amassa I Se scelgo: B B I B o I B I B B ( B ( I B I ) B ) Dott. Ing. alera adalà

22 Tenson d OFFSET () Tensone offset d ngresso: è la tensone che deo applcare n ngresso per aere uscta nulla. I I Idealmente dore aere uscta nulla per ngresso nullo ma nella realtà edo. Input offset oltagedrft: è la arazone della tensone d offset douta a arazon d temperatura. I ϑ Dott. Ing. alera adalà

23 Tenson d OFFSET () o ( ) IO I Blancamento della tensone d offset: E possble annullare manualmente la tensone d offset nserendo un potenzometro (o una rete) fra due appost morsett dell OPmp(prest dal costruttore per questo scopo). CC CC o Potenzometro d compensazone ± CC Gl altr morsett anno conness opportunamente per effettuare la compensazone 3 Dott. Ing. alera adalà

24 Crcuto Equalente dell OPMP eale os I B ½ I d o o I B 4 Dott. Ing. alera adalà

25 Compensazone Non compensato Compensato ωc ω f ω p ω ω p p 3 ω(log) ω(log) φ > m φ < m non è garantta la stabltà dell anello chuso COMPENSZIONE f.d.t blu (polo n ω c ) stabltà garantta 5 Dott. Ing. alera adalà

26 Compensazone Non compensato Compensato ωc ω f ω p ω ω p p 3 ω(log) ω(log) φ > m φ < m non è garantta la stabltà dell anello chuso COMPENSZIONE f.d.t blu (polo n ω c ) stabltà garantta 6 Dott. Ing. alera adalà

27 Lmt n frequenza () La rsposta d un OPMP compensatopuò essere approssmata con quella d un amplfcatore a sngolo polo. C ( jω) j ω ω Guadagno dell OPMP compensato c C ωc ωc ω f ω(log) s dce polo domnante La frequenza corrspondente ad ω c è dell ordne degl Hz E molto bassa!! 7 Dott. Ing. alera adalà

28 Lmt n frequenza () edamo perché ω c è così bassa Polo domnante: la rsposta può essere approssmata con quella dunsolopolofnoadoe B (o B db )enmododaaere margnedfased9. C B db ϕ 45 9 ω c ω f ω(log) ω(log) C ( ω ) B ω f >> ω c f ω << ω Inoltre: f p ω p ω c B ω c ω f ω f B ω p ω p prmo polo del OPMP non compensato (alore tpco MHz). 8 Dott. Ing. alera adalà

29 Larghezza d banda n retroazone ω c così bassa potrebbe rendere nutlzzable l OPMP. La retroazonem auta a mglorare le cose: C C j ω ω c B j ω ω T con: ω T c ω ( B ) B) B ( La larghezza d banda n retroazone è molto maggore (del caso d OPMP ad anello aperto e compensato) da notare che: ωc( B) ωc ( B) ωt COST GanBandwdthProduct prodotto guadagno larghezza d banda 9 Dott. Ing. alera adalà

30 GanBandwdthProduct (GBP) ω ω c per ω >> ω c ω ω c GBP Ha le dmenson d una frequenza ω GBP è la frequenza per cu l guadagno è (o db) fgbp tpca MHz E un parametro mportante. M dce che quando ho la retroazone l prodotto del guadagno per la f t è sempre uguale a f GBP. Pù banda, meno guadagno Pù guadagno, meno banda 3 Dott. Ing. alera adalà

31 sposta nel domno del tempo () Consderamo l buffer (B): La funzone d anello è: Nel domno s: o ( s) * ω s ω ( jω) ω j ω sposta al gradno E : Lo oglo screre n questa forma ω E ω B ( s) ( s) o s ω s s ω s s ω E B ( s ) o E E τ * t ( t) E E e ω o s s ω ω * 3 Dott. Ing. alera adalà

32 sposta nel domno del tempo () E ( t) E ( e τ ) o t τ ω * o t d dt t E τ E Questo ale se l ampezza del segnale è pccola. E d dt t t Se l ampezza del segnale è grande ho una rampa. d dt max slew rate < E τ Lo Slew ate dpende da come è realzzato nternamente l OPMP! 3 Dott. Ing. alera adalà

33 Dott. Ing. alera adalà33