Nome: Fabio Castellini Sesta esperienza Data: 19/05/2015 I FILTRI PASSIVI

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1 Nome: Fabio Castellini Sesta esperienza Data: 19/05/2015 I FILTRI PASSIVI Un filtro passivo in elettronica ha il compito di elaborare un determinato segnale in ingresso. Ad esempio una sua funzione può essere quella di eliminare alcune bande di frequenza lasciando passare tutte le altre, cosa che si ottiene attenuando le frequenze più alte o più basse di un valore determinato (filtri passa-basso e passa-alto), o quelle comprese in un intervallo prestabilito (filtri passa-banda ed elimina banda). Filtro passa basso Un filtro passa basso è formata da una resistenza ed un condensatore che, agendo in funzione della frequenza, fa cambiare il comportamento del circuito stesso. Ad alte frequenze il condensatore diventerà un cortocircuito e quindi la tensione misurata sul condensatore (v o ) sarà pari a 0. A basse frequenze, comportandosi, il condensatore, come un circuito aperto, la v o varrà esattamente v i. Alla frequenza di taglio la tensione in uscita sarà circa il 70% di quella in ingresso (1/ 2 v i ). Abbiamo, quindi, verificato il concetto teorico montando il circuito su breadboard ed il risultato è stato questo: Bassa frequenza Segnale in ingresso e segnale in uscita risultano sovrapposti

2 Alta frequenza Segnale in uscita pari a 0V Frequenza di taglio Segnale in uscita pari al 70% di 2V (1,4V) e sfasato di -45 Filtro passa alto Il filtro passa alto ha un comportamento di tipo opposto rispetto al passa basso; farà quindi passare le frequenze più elevate e bloccherà quelle minori di una data frequenza di taglio. Il principio è analogo a quello di prima ma opposto, quindi i due componenti sono invertiti di posizione in modo da cambiare completamente il funzionamento del circuito e sfruttando comunque la caratteristica del condensatore. Anche in questo caso abbiamo verificato il tutto montando il circuito su breadboard ed il risultato è stato questo:

3 Bassa frequenza Segnale in uscita pari a 0V Alta frequenza Segnale in ingresso e segnale in uscita risultano sovrapposti Frequenza di taglio Segnale in uscita pari al 70% di 2V (1,4V) e sfasato di +45

4 Riepilogando: GLI AMPLIFICATORI OPERAZIONALI Essi sono dispositivi presenti solitamente a coppie in un circuito integrato con una determinata piedinatura, dotato di tre terminali. L alimentazione per un operazionale deve essere duale ovvero fornita attraverso due terminali, uno +Vcc e l altro Vcc; inoltre la quantità di tensione in ingresso va a cambiare il funzionamento del circuito stesso (da 5V a 24V, in valore assoluto). L operazionale presenta anche altre caratteristiche ideali, che nella realtà vengono rispettate nei limiti del possibile. E presente un ingresso, un uscita e i terminali di ingresso sono due: ingresso invertente e non. Il terzo terminale è l uscita al quale si collega la massa dei due generatori di alimentazione. Idealmente: - la resistenza di ingresso è infinita - la resistenza di uscita è 0 - il guadagno ad anello aperto è infinito - il guadagno di modo comune è 0 - la larghezza di banda è infinita

5 Amplificatore invertente Un amplificatore operazionale si dice invertente nel momento in cui il terminale non invertente (-) è posto a massa, o meglio V - > V +. Inoltre il segnale in uscita da tale amplificatore sarà sfasato di 180 rispetto al segnale fornito in ingresso. Il guadagno è facilmente calcolabile dalla formula G=-R2/R1 dove R2 è la resistenza di retroazione, molto maggiore rispetto a R1 che rappresenta la resistenza in ingresso (un circuito di questo tipo, sotto certi aspetti analogamente a quello di un oscillatore, è retroazionato, cioè l uscita viene riportata all ingresso). Da questo si può quindi dedurre che il guadagno reale nonn è infinito ma dipende dai valori delle resistenze e soprattutto dalla massima tensione a cui il circuito può essere alimentato. Amplificatore non invertente Un amplificatore operazionale non invertente ha un comportamento opposto rispetto a quello invertente, infatti V + > V -. Quindi il segnale in uscita da tale amplificatore sarà in fase rispetto al segnale fornito in ingresso. Il guadagno è facilmente calcolabile dalla formula G=1+R2/R1 dove R2 è la resistenza di retroazione, molto maggiore rispetto a R1 che rappresenta la resistenza in ingresso.

6 Concetto di cortocircuito virtuale Partendo dall idea che, come abbiamo visto, un amplificatore operazionale può essere rappresentato come un doppio bipolo (ingresso e uscita), nonostante i tre terminali, - la tensione e la corrente della porta d ingresso sono entrambe nulle - la tensione e la corrente della porta d uscita possono assumere un qualsiasi valore Quindi i due terminali sono sempre allo stesso potenziale, come se fossero collegati da un cortocircuito. Tuttavia le correnti ai due terminali di ingresso sono sempre nulle; se fosse un cortocircuito sarebbero diverse da 0. E così possibile definire tale cortocircuito, virtuale. Saturazione in ampiezza ed in frequenza Avendo l operazionale un guadagno molto elevato (avevamo detto, teoricamente, infinito) il fenomeno della saturazione in ampiezza è piuttosto comune perché basta aumentare di poco la tensione in ingresso per portare il segnale in saturazione. Parametro Simbolo Ideale Reale Guadagno AOL 10 6 circa Resistenza di uscita Ro 0 75Ω Resistenza di ingresso Ri 2MΩ Larghezza di banda BW 1MHz se v+>v- l operazionale risponde con una tensione di saturazione superiore +Vsat +Vcc; altrimenti se v+-

7 l'a.o. presenta in uscita un valore -VSAT -VCC. Esiste solo una ristretta gamma di valori della tensione di ingresso vi dell'ordine di pochi V detta zona di funzionamento lineare o zona attiva dove viene rispettata la relazione: