FONDAMENTI DI ELETTRONICA - 2 a prova 4 febbraio 2003

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1 Ù FONDAMENTI DI ELETTRONICA - 2 a prova 4 febbraio 2003 Esercizio 1 1) Si consideri il circuito riportato in figura. Si supponga che l amplificatore operazionale sia ideale (A, Z in, Z out =0).Si determini la funzione di trasferimento tra la tensione di ingresso e la tensione di uscita e si dimensioni il valore di R 2 affinche il guadagno ad alta frequenza (nell intervallo compreso tra il polo di C 1 e il polo di C 2 ) sia pari a 20. Successivamente si disegni il diagramma di Bode quotato del modulo della FdT. (Dati: C 1 =3,54nF, C 2 =5pF,R 1 =90k, R 3 =200k). 2) Si supponga di avere in ingresso una sinusoide a frequenza f=100khz: di quanto viene amplificata? Di quanto viene invece amplificato l offset di tensione dell operazionale? 3) Calcolare il valore di G loop in continua (assumere A 0 =100dB). 4) Calcolare la resistenza di uscita in continua assumendo che la r out dell operazionale sia pari a 100 e che il guadagno in continua dell operazionale A 0 sia pari a 100 db. 5) Calcolare la massima frequenza di una sinusoide in ingresso di ampiezza 100mV compatibile con uno SR=1,8 V/µs (si consideri il guadagno del circuito pari a 20). 6) Assumendo GBWP=10 MHz e trascurando C 2, calcolare G loop (s) e valutare la stabilita del circuito. C 2 C 1 V in R 3 R 2 V out R 1 V in R 1 =1kW R 2 =10kW V REF =V DD =3.3V V DD =3.3V R b C H =1nF OP 1 OP 2 V T =0.7V ADC n bit R a V G Esercizio 2 1) Dimensionare R a e R b in modo da poter convertire segnali di ingresso sinusoidali di ampiezza massima pari a 150 mv e da far scorrere in esse una corrente di 100 µα (nel seguito si mantengano i valori trovati di R a e R b ). 2) Determinare il numero n di bit dell ADC che porti a una risoluzione di almeno 1/1000 dell ampiezza piccopicco del segnale sinusoidale in ingresso. Trovato n, calcolare quanto vale 1 LSB riferito all ingresso. 3) Calcolare la V G minima che garantisca una resistenza R DSon virtualmente infinita durante la fase di Hold. 4) Supponendo di campionare una continua in ingresso pari a 150 mv e di avere C H inizialmente scarico, calcolare la massima resistenza dell interruttore p-mos in grado di garantire un errore sulla tensione immagazzinata in C H inferiore a 1 LSB con un tempo di sampling di 500 ns. 5) Supponendo che OP2 abbia una resistenza di ingresso R id = 500 Kohm e un guadagno in continua A o = 60 db, trovare la massima durata del tempo di Hold che assicuri un errore inferiore a 1/10 di LSB. 6) Supponendo di disporre di un ADC a gradinata con f ck = 10 MHz e un numero di bit n pari a quello valutato nel punto 2, trovare T hold minimo.

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8 N. COGNOME NOME MATRICOLA FIRMA Fondamenti di Elettronica - AA 2002/2003 II prova - 4 febbraio Supponendo di dover misurare lo slew-rate di un amplificatore operazionale generico. a. elencare la strumentazione richiesta per la misura; b. proporre e descrivere dettagliatamente la procedura sperimentale impiegata per compiere la misura. N.B. La risposta deve essere contenuta nello spazio disponibile di questa pagina a) Elenco della strumentazione necessaria: - 2 alimentatori DC per la polarizzazione dell'operazionale (+Vcc, -Vcc) - un generatore di tensione di onda quadra ad ampiezza e frequenza regolabili - un oscilloscopio b) Lo slew-rate di un operazionale è la massima velocità di variazione della tensione all uscita dell'operazionale. La massima dvout/dt puo essere misurata dall'analisi della risposta al gradino dell'operazionale. Per eseguire tale misura, collego in configurazione buffer l'operazionale sotto esame, piloto l'ingresso con un generatore di onda quadra di ampiezza variabile. Con un oscilloscopio osservo l'uscita dell'amplificatore in corrispondenza dei fronti in ingresso. Procedura sperimentale: Realizzo il circuito mostrato in figura, alimentando l'operazionale ad una tensione duale (VCC e -VCC) compatibile con le sue caratteristiche, per esempio VCC=5V; Regolo il generatore di onda quadra per generare un segnale di frequenza non troppo elevata (ad esempio di circa 1kHz) per lasciare il tempo all'operazionale di assestare l'uscita tra un fronte e l'altro; Collego il generatore di onda quadra all'ingresso dell'amplificatore e l'oscilloscopio all'uscita, come da figura. Imposto il trigger dell'oscilloscopio e la sua base tempi e risoluzione verticale per visualizzare il fronte di transizione; Aumento progressivamente l'ampiezza dell onda quadra: (a) per piccole ampiezze in ingresso la risposta ai fronti dell'amplificatore sarà di tipo esponenziale a causa della limitazione di banda dell'operazionale; (b) aumentando l'ampiezza in ingresso l'operazionale entra in limitazione di slew-rate, corrispondente ad una variazione lineare dell uscita; (a) (b) Trovo la massima ampiezza del segnale di ingresso che non saturi l'uscita dell'operazionale e regolo l'oscilloscopio per visualizzare solo il fronte di salita dell'uscita, per eseguire la misura accurata dello slew-rate. Identifico sulla risposta temporale ottenuta la zona con pendenza costante, che identifica la limitazione di slew-rate, misuro la sua estensione in tensione e la sua durata temporale, come mostrato in figura. SR= V/ t.