Resistenza d entrata e d uscita di un AO Saturazioni di livello in un AO Offset in un AO Polo intrinseco in un AO Slew-rate in un AO

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1 C3x - Presentazione della lezione C3 /- Obiettivi esistenza d entrata e d uscita di un AO Saturazioni di livello in un AO Offset in un AO Polo intrinseco in un AO Slew-rate in un AO /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina di 3

2 C3a - conoscere l esistenza di d ingr. e d usc. nell AO reale /6- circuito equivalente completo di d ingresso e d uscita c u - i A ( - - ) c normalmente MΩ < i << c u < Ω C3a conoscere l esistenza di d ingr. e d usc. nell AO reale /6- applicazione al guadagno dell A enunciato n AO è utilizzato per costruire un amplificatore di tensione, mediante l uso delle resistenze di controreazione. Sono dati i valori di:,, i, c, u, A A Per il resto l AO è da considerare ideale. Calcolare il guadagno / G /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina di 3

3 C3a saper utilizzare i ed u nei circuiti con AO reale 3/6- applicazione al guadagno dell A circuito equivalente c - i u G c A ( - - ) C3a saper utilizzare i ed u nei circuiti con AO reale 4/6- applicazione al guadagno dell A circ. equ. semplificato I i u I G A ( - - ) /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 3 di 3

4 /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 4 di 3 C3a saper utilizzare i ed u nei circuiti con AO reale 5/6- applicazione al guadagno dell A capisaldi di calcolo ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ' ' I I I A A I I I I A I I I I u G i G i u G i G G i G i G i C3a saper utilizzare i ed u nei circuiti con AO reale 6/6- applicazione al guadagno dell A conclusione Con i normali valori dei parametri e delle resistenze di controreazione, la presenza delle resistenze d ingresso e d uscita non influisce sensibilmente sull espressione del guadagno dell amplificatore. Tuttavia può essere utile considerare la presenza di queste resistenze in occasioni particolari che si presenteranno in séguito.

5 C3b conoscere le saturazioni di livello e gli offset dell AO /5- descrizione esperienza con segnale continuo applicare agli ingressi di un AO due segnali continui in modo che la loro differenza sia variabile nell intorno dello zero al 5 A 5 I u _ A ( - - ) al C3b conoscere le saturazioni di livello e gli offset dell AO /5- risultato esperienza. () sat (µ) Si osservano i due fenomeni attesi di saturazione e di offset: verranno esaminati separatamente sat- -3 /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 5 di 3

6 C3b conoscere le saturazioni dell AO e le conseg. sui segnali 3/5- su AO con alimentazioni simmetriche (µ) () al 5 A 5 - al- -5 A t i max A sat sat sat f f ( ( al al ) ) al al C3b conoscere le saturazioni dell AO e le conseg. sui segnali 4/5- su AO con alimentazioni dissimmetriche A 5 - al 5 () A sat 3 sat- - - (µ) /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 6 di 3

7 C3b conoscere le saturazioni dell AO e le conseg. sui segnali 5/5- su AO con controreazione (esempio di Z T ) I G A sat f I GMAX Z f A f sat T G G sat sat f C3c conoscere gli offset dell AO /9- risultato altra esperienza con tensioni continue L entità dell offset in un AO reale può anche essere molto maggiore di quella incontrata nell esempio precedente, come nell esempio seguente. A 5 () sat±3 off.5m _. (m) /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 7 di 3

8 C3c conoscere gli offset dell AO /9- risultato con tensioni sinusoidali (). (m) A 5 sat±3 off.5m C3c conoscere gli offset dell AO e le conseguenze sui segnali 3/9- circuito equivalente dell AO con offset di tensione c i d u - A d ± OFF c - /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 8 di 3

9 C3c conoscere gli offset dell AO 4/9- le correnti assorbite dagli ingressi lteriori cause di offset sono le correnti assorbite dagli ingressi dell AO Si definiscono: I B ed I B- le correnti continue assorbite dai due ingressi e - dell AO IB IB I B la media delle due IB I OFF la loro differenza (in modulo) I OFF IB IB C3c conoscere gli offset dell AO 5/9- misure sull effetto delle correnti d ingresso Per isolare l effetto delle correnti, si suppone di avere un AO con OFF, I B na, I OFF na (cioè I B na I B- 9nA o viceversa). Per verificare i possibili effetti delle correnti d ingresso sull offset si descrivono le seguenti due misure, in presenza di resistenze nel circuito d ingresso. /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 9 di 3

10 C3c conoscere gli offset dell AO 6/9- risultati a misura sull effetto delle correnti d ingresso. m e k na A 5 sat±3 I B na I OFF na () e 9nA _. (m) L offset d ingresso è pari alla caduta sulla e (.m) L offset d uscita è -.m*a - C3c conoscere gli offset dell AO 7/9- risultati a misura sull effetto delle correnti d ingresso. m e k na A 5 sat±3 I B na I OFF na () e 9nA _. (m) k.9 m L offset d ingresso è pari alla differenza fra le cadute sulle resistenze (.m-.9m.m) L offset d uscita è -.m*a - /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina di 3

11 C3c conoscere gli offset dell AO e le conseguenze sui segnali 8/9- circuito equivalente dell AO con tutti gli offset c I B d u - ± OFF I B- A d - c C3c conoscere gli offset dell AO e le conseguenze sui segnali 9/9- circuito equivalente semplificato dell AO con tutti gli offset I B d u - ± OFF I B- A d - /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina di 3

12 C3c saper calcolare le conseguenze degli offset sui segnali /9- esempio di calcolo dell offset d uscita: circuito dato A k B k OFF.4m I OFF na I B 5nA _ C k D k E C3c saper calcolare le conseguenze degli offset sui segnali /9- considerare la componente continua - si disegna il circuito semplificato valido per la sola componente continua A k B k _ C k D k /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina di 3

13 C3c saper calcolare le conseguenze degli offset sui segnali /9- semplificare il circuito all essenziale - si riduce il circuito all essenziale, con operazioni serie-parallelo, trasformazioni stella-triangolo B k _ C k D k C3c saper calcolare le conseguenze degli offset sui segnali 3/9- sostituire il circuito equivalente 3- si sostituisce all AO il suo circuito equivalente M k d 55nA M 5Ω - ±.4m 45nA 5 d M k k /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 3 di 3

14 C3c saper calcolare le conseguenze degli offset sui segnali 4/9- semplificare il circuito risultante 4- si semplifica tenendo conto dei paralleli e delle serie k - d ±.4m 55nA M 45nA k k 5 d C3c saper calcolare le conseguenze degli offset sui segnali 5/9- semplificare topologicamente lo schema del circuito 5- si ridisegna il circuito per rendere più semplice l esame topologico della rete d M - k ±.4m k 55nA 45nA k 5 d /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 4 di 3

15 C3c saper calcolare le conseguenze degli offset sui segnali 6/9- semplificare elettrotecnicamente lo schema del circuito 6- si ridisegna il circuito per renderne più semplice la soluzione: si riduce il numero delle maglie, applicando Thévenin sui due gruppi estremi (evidenziati) d M - k k 45nA ±.4m k 5 d 55nA C3c saper calcolare le conseguenze degli offset sui segnali 7/9- proseguire la semplificazione elettrotecnica 7- applicando Thévenin lo schema diventa d I M 8k k 45nA ±.4m.7m eq d L equazione all unica maglia fornisce -7.3m /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 5 di 3

16 C3c saper calcolare le conseguenze degli offset sui segnali 8/9- ridurre al minimo l entità dell offset Se si fa in modo che entrambi gli ingressi dell AO drenino le correnti su uno stesso valore di, l offset si riduce. Si ponga, ad es., B 7kΩ: I d M 8k 8k 45nA ±.4m.79m eq d L equazione alla solita maglia fornisce -3.m C3c saper calcolare le conseguenze degli offset sui segnali 9/9- azzerare l offset in uscita al 3eq -al 3eq // /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 6 di 3

17 C3d- conoscere le limitazioni di frequenza dell AO /5- descrizione esperienza guadagnof(f) isposta in frequenza di un AO specifico: A (db) G _ A G. k ω (rad/s) M - Dimostra un polo a rad/s. C3d- conoscere le limitazioni di frequenza dell AO /5- circuito equiv. e modello matem. dell AO con un polo in ω A ω A A ω ω C/ ω - A ( - - ) - A A A A A A s ω A s ω /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 7 di 3

18 C3d- saper calcolare le conseguenze del polo dell AO 3/5- applicazione ad AO connesso come Z T : impostazione funzioni già individuate: I G /A A ω f I f ZT f A G ZT Zingresso A G G sostituiamo ad A la sua funzione di ω, per ottenere (per G >> f ): C3d- saper calcolare le conseguenze del polo dell AO 4/5- applicazione ad AO connesso come Z T : conclusione analitica Z Z T i f s ω A A f s ω s ω A Si osserva che la Z T ha un polo A volte maggiore del polo di A. La resistenza d ingresso presenta: - uno zero coincidente col polo di A - un polo coincidente col polo di Z T. /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 8 di 3

19 C3d- saper calcolare le conseguenze del polo dell AO 5/5- applicazione ad AO connesso come Z T : conclusione grafica (db) A Z T / f - Z i / f k M ω (rad/s) C3e- conoscere lo slew-rate dell AO /8- impostazione La presenza del polo A A ω ω C/ ω - non ha come unica conseguenza la riduzione della banda passante dell AO, ma anche quella di limitare la velocità di risposta della tensione d uscita ad un valore che abbiamo già denominato slew-rate. /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 9 di 3

20 C3e- conoscere lo slew-rate dell AO /8- continua impostazione Per capire le ragioni del fenomeno, supponiamo che anche A sia affetto da saturazione di livello a sat. Quando il segnale porta A in saturazione, la rete C riceve la tensione costante sat e carica C con l esponenziale sat (-e -t/c ), che ha la pendenza iniziale pari a sat /C /s. La u mostra quindi una pendenza iniziale pari ad A sat /C /s. Questa pendenza corrisponde allo slew-rate, perché non può in nessun caso essere superata. C3e- conoscere slew-rate dell AO e saperne calcolare gli effetti 3/8- prevedere quali condizioni pone lo S al i sinusoidale A ω S i /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina di 3

21 C3e- conoscere slew-rate dell AO e saperne calcolare gli effetti 4/8- conclusioni segnale d entrata teorica velocità della teorica d dt velocità max della teorica: condizione: i senω t senω t ω cosωt d ω dt max ω < S C3e- conoscere slew-rate dell AO e saperne calcolare gli effetti 5/8- vari altri modi di lettura della condizione S per ogni ω leggiamo la < ω < S ω < S ω S massima ampiezza di i consentita dallo S per ogni ω leggiamo la massima ampiezza di consentita dallo S per ogni i (o ) leggiamo la massima ω consentita dallo S /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina di 3

22 C3e- conoscere slew-rate dell AO e saperne calcolare gli effetti 6/8- caso limite per 74 connesso per A A i A ω S sat 4.6 S5/s ω 63rad/s < S ω sat < ω S sat ω S sat C3e- conoscere slew-rate dell AO e saperne calcolare gli effetti 7/8- rappresentazione grafica del caso 74 (db) A a loop aperto - u/sat A a loop chiuso k M ω (rad/s) /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina di 3

23 C3e- conoscere slew-rate dell AO e saperne calcolare gli effetti 8/8- osservazioni sul caso 74 Purché l ampiezza del segnale non porti in saturazione A, la massima ω trasferibile (entro l errore di 3dB) è *63.6Mrad/s. Se si vuole sfruttare tutta l ampiezza che l uscita può mettere a disposizione prima di saturare, la massima ω trasferibile è 5/4.634krad/s. /6/ :4 PM L7_C3.doc rev.d Pagina 3 di 3