ElapB5 21/09/ DDC 1 ELETTRONICA APPLICATA E MISURE. Lez. B5: generatori di onda quadra. Ingegneria dell Informazione

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1 Ingegneria dell Informazione Lez. B5: generaori di onda quadra ELEONIA APPLIAA E MISUE Dane DEL OSO B5 Generaori di onda quadra» Generaori di impulsi» ircuio con Schmi rigger» ircuio con inegraore» Alri generaori di segnale AA Generaori di impulsi (monosabili) Generaori di onda quadra ircuio con Schmi rigger Generaore di onda quadra e riangolare Alri generaori di segnale Pore e rei Generaori con quarzo iferimeni N. Sorey: EN: hap I: no F. Maloberi: Undersanding Microelecr : hap. 14.2/3 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD Oscillaori, generaori di segnale Parameri di segnali a onda quadra Generaori di segnale coninuo (oscillaori): Forma (sinusoide, quadro, riangolo,..) Ampiezza Frequenza/periodo Alri parameri di II ordine» Livello D» Disorsione» V H V L H L Parameri di segnali a onda quadra o reangolare Livelli: V H,V L Periodo: = H L Frequenza: f = 1/ Duy ycle: D = H / L = H (D del 50 %) ONDA QUADA Generaori di impulsi Monosabili Duraa, frequenza, duy cycle L H (D qualsiasi), ONDA EANGOLAE (serie di IMPULSI) (empi di salia e discesa, F non indicai nei diagrammi) 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD Parameri di segnali impulsivi Generaore di impulso W A E un circuio MONOSABILE Genera un singolo impulso di larghezza W in corrispondenza di una ransizione all ingresso Parameri: Ampiezza: A Larghezza: W Periodo: (Frequenza f = 1/) (Duy ycle: D = H /) VI 1 1 Aivao dal frone di salia di Vi Impulso posiivo all uscia Vo W 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD 2015 DD 1

2 ome generare impulsi/riardi Impulso su frone di salia Elemeni di riardo ree combinaoria (analog., digi.) ircuii analogici elle passa basso/alo (, L, inegraive/derivaive, )» Variazione lena del segnale, ransizioni muliple, Pore logiche (riardo legao alla ecnologia) ircuii digiali ircuii sequenziali (FSM), conaori Duraa precisa Soluzione adaa per sisemi inegrai Direamene a SW (loop con riardi, ) Impulso oenuo dal segnale di ingresso e sua copia con riardo Occorre riconoscere lo sao 1, 0: SIG = SIGA and SIGB* ealizzao con ree combinaoria elemeno di riardo SIGA SIGB SIG SIGA SIGB SIG 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD Allungaore (srecher) di impulso iardo con cella ecnica analoga al generaore di impulsi V H Possibili diverse combinazioni salia/discesa V S SIGA SIGB SIGD V V L SIGA SIGB V () = V H (V H V L ) e / V ( ) = V S = V H (V H V L ) e / e / = (V S V H ) / (V H V L ) SIGD = ln [(V H V S )/(V H V L )] 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD Monosabili derivaivi Monosabile rigeneraivo = V = V H e/ = log e (V H /V ) V V I L impulso di ingresso viene allungao dalla reazione araverso la pora O 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD 2015 DD 2

3 Esercizio B5.1: monosabile Esercizio B5.1a: monosabile Generare un impulso posiivo (010) di duraa 1 μs in corrispondenza della ransizione H L di un segnale digiale. a. racciare un circuio che uilizza pore logiche e riardo (, ) b. Indicare da quali parameri dipende la duraa dell impulso c. racciare un circuio (digiale) in cui la duraa dell impulso è conrollaa da un lock eserno d. Proporre alre soluzioni Occorre un elemeno di riardo e una pora, che deve riconoscere 0, 1: AND con un ingresso negao IN \ / \ / I \ / \ / OU / \ / \ 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD Lez. B5: generaori di onda quadra Generaore di onda quadra a Generaori di impulsi (monosabili) Derivaivi Inegraivi Generaori di onda quadra ircuio con Schmi rigger Generaore di onda quadra e riangolare Alri generaori di segnale Pore e rei Generaori con quarzo Esperienza di laboraorio ee passabasso piloaa da un segnale binario il condensaore si carica/scarica con andameno esponenziale onfrono della ensione su con livello min e max omparaore con iseresi L uscia del comparaore piloa la ree V V V 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD Generaore di onda quadra b Semiperiodo Il condensaore si carica e scarica ra le soglie S1 e S2 V H L V V L V () = L (L ) e / V ( ) = = L (L ) e / = ln [(L )/(L )] 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD 2015 DD 3

4 Periodo complessivo Gener. Onda quadra: limii operaivi H V esisenza di reazione Max: in deve circolare una correne maggiore della correne di ingresso del comparaore (Iih, Iil) Min: è visa come carico all uscia; valori roppo bassi limiano la dinamica di uscia» cambia il calcolo della frequenza,» non piloa correamene alri circuii logici L ondensaore Valore minimo: capacià parassia di ingresso Limii in frequenza: Max: limiaa anche dallo slew rae dell uscia (r, f) Min: max, max 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD Generaore di onda quadra Gener. Onda quadra: alri parameri osa deermina la frequenza? Parameri del comparaore: ensione di uscia e soglie H L omponeni H L osa limia la massima frequenza del generaore di onda quadra? osa limia la frequenza minima? Quali sono i valori limie per e per? ome si modifica la frequenza al variare della ensione di alimenazione? Per misurare la frequenza, è preferibile collegare la sonda dell oscilloscopio su o all uscia? 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD Lez. B5: generaori di onda quadra Onda riangolare da onda quadra ircuio con Schmi rigger Limii operaivi ircuio con inegraore onda quadra e riangolare onrollo dei parameri Alri generaori di segnale Oscillaori sinusoidali Oscillaori a quarzo V I V Esperienza di laboraorio Obbieivo e procedure 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD 2015 DD 4

5 Onda quadra da onda riangolare Oscillaore quadroriangolo V I (, ) V (, ) 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD Oscillaore quadroriangolo alcolo del periodo Il condensaore viene caricao a correne cosane (circuio inegraore con AO) La ensione sul condensaore e un segnale riangolare a rai lineari V I V = V = I /; I = / = (H / 1 )/ 1 = ( ) /H 1 H V = V = I / I = / V (, ) V L 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD Variazione della frequenza Variazione del duy cycle V I V (, ) Variazione di parameri ra i due semiperiodi asimmeria di H rispeo a L sdoppiameno di (diodi) V 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD 2015 DD 5

6 ircuio con rigger Esempio: O Analoghe variani per il circuio con il solo rigger (inegraore con ree ) P1 conrolla la frequenza P2 conrolla il duy cycle P1 P2 Generaore di impulsi in cui la cadenza di ripeizione dipende da una correne O: urren onrolled Oscillaor: misuraore di luce con foodiodo arica del condensaore araverso il foodiodo (Id = K * illuminameno) Scarica araverso il diodo in reazione (rapida, duraa cosane) Uscia : onda quadra, con frequenza legaa all illuminameno Id D1 D2 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD Lez. B5: generaori di onda quadra Oscillaori sinusoidali ircuio con Schmi rigger Limii operaivi ircuio con inegraore onda quadra e riangolare onrollo dei parameri Alri generaori di segnale Oscillaori sinusoidali Oscillaori a quarzo Esperienza di laboraorio Obbieivo e procedure Obbieivi: Precisione della frequenza Sabilià Bassa disorsione Sruura generale: Amplificaore con reazione posiiva; Elemeno con sfasameno legao alla frequenza, realizzao in diversi modi:» Pone» ircuio risonane L» risallo piezoelerico (quarzo)»... 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD Quarzi piezoelerici Oscillaori con rei e pore Quarzo (o alro maeriale piezoelerico) Si deforma in presenza di un campo elerico, Genera ensione se sooposo a solleciazioni meccaniche Alla frequenza di risonanza (meccanica) Basso rapporo energia consumaa/resiuia Brusca variazione della Z(f) Può essere usao come elemeno risonane con Basse perdie Ala precisione (della frequenza di risonanza) ircuii con reazione comprendeni amplificazione fornia da pore logiche Elemeni di riardo (celle o propagazione) Frequenza legaa al riardo complessivo (ree pore) ealizzazione con diversi circuii Due inverer e» Frequenza legaa a elemeni passivi e (e riardi pore) Anello di inverer» Frequenza legaa alla ecnologia (riardo delle pore)» Uilizzao enro circuii inegrai 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD 2015 DD 6

7 Oscillaori sincronizzai Esperienza di laboraorio a Segnali sincroni o sincronizzai: elazione di fase cosane sessa frequenza Non oenibili con oscillaori separai (derive, ) ichiedono circuii apposii: Anelli ad aggancio di fase (Phase Lock Loop: PLL) Divisori sincronizzai (sesso clock base) Usai per Demodulazione di segnali numerici Eviare measabilià nei FF (sincronizzazione di pari con clock diversi) Progeo, monaggio, verifica del funzionameno di Generaore di onda quadra con pora a rigger onaore inegrao e circuio combinaorio (decoder) Aivià preliminari (homework): Progeo del generaore ivedere isruzioni di laboraorio; manuale di uso basee sio web, home Descrizione e uso delle basee Predisporre la relazione Il laboraorio Eseguire monaggio e misure elazione da consegnare successivamene 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD Esperienza di laboraorio b Monaggio sulla basea c Specifiche per il generaore di onda quadra Usare pora D4093 (4 NAND x 2 in) o 7414 (6 inverer) Alimenazione 5 V (anche per alri puni) Frequenza del segnale generao: 50 khz (20%) Specifiche per il conaore Usare circuio inegrao D 4040 Verificare la sequenza di sai e i riardi di commuazione ircuio combinaorio: Usare le pore libere del D 4093 o alro inegrao Decodificare lo sao 111 del conaore Verificare il comporameno Leggere le isruzioni per i monaggi OK Fili cori Barre per massa e alimenazione NO Fili lunghi Incroci. 21/09/ ElapB DD 21/09/ ElapB DD Lezione B5: domande di riepilogo Quali parameri descrivono un generaore di segnale? In un generaore di impulso realizzao con elemeno di riardo e pore logiche, come cambia la duraa dell impulso se la capacià raddoppia? racciare lo schema di un generaore di onda quadra, e indicare cosa deermina le frequenze massima e minima oenibili. racciare lo schema di un generaore di onda quadra/riangolare, con possibilià di variare la frequenza con un poenziomero. Modificare il circuio del puno precedene, aggiungendo la possibilià di variare il duy cycle. In un generaore di onda quadra con inegraore e rigger, come cambia la frequenza raddoppiando la capacià dell inegraore? Quali sono i vanaggi degli oscillaori a quarzo? 21/09/ ElapB DD 2015 DD 7