POLITECNICO DI MILANO

Transcript

1 POLITECNICO DI MILANO ELETTRONICA per ingegneria BIOMEDICA prof. Alberto TOSI

2 Sommario Caratteristiche degli OpAmp OpAmp ideali e Retroazione Offset di tensione e di corrente Alimentazione duale o singola Slew-Rate e Full-Power Bandwidth Banda passante alberto.tosi@polimi.it 2

3 Di cosa si parlerà v s1 Rs1 Ingressi Ch1 Ch2 Ch3 Ch4 MUX out select OpAmp OpAmp Ain SoC Vcc Vref ADC GND +5V Uscita D Pr Q _ Ck Q Cl +5V FlipFlop OpAmp PA1 PA2 PA3 PA4 INT µc PC1 PC2 PC3 PC4 PB1 PB2 PB3 Aout Vref CE DAC Vcc GND +12V In0 S erial Ck S erial In NMI Data out Ck Data in DSP Address Program Q Reset Counter Data In/Out Address R/W CE RAM alberto.tosi@polimi.it 3

4 Configurazione INVERTENTE A Trasferimento ideale: R2 Vout = Vin R1 R2 Vin Terra virtuale: Va =ε= V a 0V R1 Go l OpAmp si auto-annulla l errore ε se + è terra, anche A verrà posta a terra, qualunque sia V in NON c è corto vero tra A e terra, bensì equipotenzialità (virtuale) alberto.tosi@polimi.it 4

5 Configurazione NON INVERTENTE Se Gloop>>10, si avrà ancora Vε 0, quindi: G id =(V out /V in )=1+(R 2 /R 1 ) alberto.tosi@polimi.it 5

6 Banda passante G A = 0 1+ sτ senza reazione: alberto.tosi@polimi.it 6

7 Banda passante Diminuisce il guadagno G0 A 1 s G0 = + τ = 1+ Aβ G 1+β sτ 1+ Gloop sτ 1+ Gloop con reazione: 0 ( ) G 0 1+ Gloop Aumenta la banda polo=(1/τ) (1+Gloop ) alberto.tosi@polimi.it 7

8 Banda passante G A = 0 1+ sτ senza reazione: tot/tot 10/10-20dB/dec 45 con reazione: 6 5 dec 5 dec MHz alberto.tosi@polimi.it 8

9 Caratteristiche elettriche +Valim Caratteristiche reali... Vd - Rcm Rd Rout (senza reazione, ad anello aperto) + Rcm Vcm Ad Vd Acm Vcm -Valim Guadagno differenziale (A d ) > > 100dB Guadagno di modo comune (A cm ) < 10 < 20dB Larghezza di banda (BW) 10Hz 1kHz Impedenza d ingresso differenziale (R d ) > 100kΩ Impedenza d ingresso di modo comune (R cm ) > 1MΩ Impedenza d uscita (R o ) < 4kΩ alberto.tosi@polimi.it 9

10 Caratteristiche elettriche Vin(s) +Valim Caratteristiche reali... Vd - Rd A(s) Rcm Rout (con reazione, ad anello chiuso) + Rcm Vcm Ad Vd β(s) Acm Vcm -Valim Guadagno si abbassa Banda passante si alza Impedenza d ingresso invertente tende a 0Ω Impedenza d ingresso non invertente tende a Impedenza d uscita tende a 0Ω alberto.tosi@polimi.it 10

11 Caratteristiche elettriche Caratteristiche reali... +V alim I- - Vos I+ + -V alim Corrente di polarizzazione degli ingressi I B = ( I - + I + ) / 2 < 1µA Corrente di offset in ingresso I os = I - -I + < 10nA Tensione di ingresso per avere uscita nulla V os < 5mV Variazione al variare della temperatura T.C. qualche %/ C alberto.tosi@polimi.it 11

12 Correnti di bias Compensazione: R3=(R1 R2) Eventualmente aggiungere o modificare le resistenze: R3 IB + Out R3 Vout Vs IB - Rs R1 R2 Vs R1 R2 alberto.tosi@polimi.it 12

13 Correnti di bias Le correnti di Bias sono necessarie altrimenti l OpAmp non può funzionare +Vcc R2 R2 Vs R3 I B- I B+ Vout Vs R1 R3 Vout R1=R2 OK Non può funzionare alberto.tosi@polimi.it 13

14 Alimentazione Può essere di due tipi: Dual-polarity Single-polarity R1 R2 +12V Vout 2V +3.5V R1 R2 +5V +3.5V Vin Vin 0V Vout 0V 2V -12V sono alla stessa tensione! Limiti in ingresso: Limiti in uscita: Common Mode Input Voltage Range Output Voltage Swing Pochi OpAmp sono rail-to-rail 14

15 Alimentazione Attenzione a rispettare il corretto funzionamento: R1 R2 Vs 0-100mV R3 SBAGLIATO! 0V alberto.tosi@polimi.it 15

16 Alimentazione Prepolarizzazioni per OpAmp single-polarity a metà dinamica Invertente +12V 20K 10K C1 1K C2 +6V 20K C3 Filtra i disturbi dell alimentazione Disaccoppiano la continua e lasciano passare il segnale alberto.tosi@polimi.it 16

17 Alimentazione Prepolarizzazioni per OpAmp single-polarity a metà dinamica Non invertente +12V C1 20K +6V C2 20K 10K 1K C3 Disaccoppiano la continua e lasciano passare il segnale Evita la saturazione dell OpAmp alberto.tosi@polimi.it 17

18 Slew Rate e Full-Power BandWidth E una limitazione interna all OpAmp dvout SR = dt max Esempio SR=10V/µs Limitazione da SR per avere onda sinusoidale in uscita, di ampiezza massima: FPBW = SR 2π Vout max alberto.tosi@polimi.it 18

19 Data-sheet Tabelle comparative: 19

20 Conclusioni Gli OpAmp hanno caratteristiche reali da rispettare Ripercussione sulla precisione del circuito Tecniche circuitali per compensare errori vedremo alcuni CIRCUITI LINEARI CON OPAMP 20