Parte II (Il Condizionamento)

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1 Parte II (Il Una termcppia di tip J (ferrcstantana) prduce nell intervall 0 C- 500 C una tensine variabile nell intervall 0.000mV-7.388mV; Un tipic ADC (Analg t Digital Cnverter) ammette una tensine di ingress variabile nell intervall 0.0V-0.0V; Un ADC funzina al megli delle sue pssibilità quand le variazini del segnale d ingress superan la metà del camp di nrmale funzinament del dispsitiv; E necessari intrdurre un amplificatre di misura che prti il segnale d uscita dalla termcppia a un livell cmpatibile cn il funzinament dell ADC;

2 Mlti sistemi a pnte di tip resistiv vengn alimentati utilizzand una srgente di crrente di tensine riferita a massa; L amplificatre utilizzat per prelevare il segnale dalla diagnale di rilevazine del pnte nn può quindi avere nessun terminale a massa; L amplificatre deve essere spess in grad di amplificare un segnale di md differenziale di qualche decina di millivlt, svrappst ad un segnale di md cmune che può raggiungere qualche centinai di vlt.

3 Un Amplificatre di misura è un amplificatre che deve sddisfare i seguenti requisiti: essere di tip differenziale; avere un guadagn variabile nell intervall -000; presentare un impedenza d ingress mlt elevata (un valre tipic per la resistenza di md differenziale è 00 MW); avere un elevata reiezine di md cmune (un valre tipic è 0dB); Essere a banda larga per garantire un piccl temp d assestament (un valre tipic è 00kHz).

4 E pssibile realizzare un amplificatre differenziale utilizzand un perazinale. 3 4 L uscita vale (Se si suppne che l amplificatre sia ideale: A c =0): V 4 E E 3 4 Il cmprtament del sistema si cmprende megli riscrivend l equazine precedente in termini di segnale di md differenziale, (E d =E -E ), e segnale di md cmune, (E c =/(E +E )): V G E c c G d E d

5 Parte II (I Trasduttri) Il Guadagn di md cmune, G c, e il guadagn di md cmune, G d, valgn rispettivamente: In un amplificatre differenziale si vule eliminare il segnale di md cmune (G c =0). Deve allra essere: E V G E V G c d E d d E c c k 3 4 Per le iptesi fatte, l uscita dell amplificatre sarà: ke d V Parte II (Il

6 Piché è impssibile realizzare un matching perfett tra i valri delle resistenze, la capacità del circuit di eliminare il segnale di md cmune sarà limitata. Il parametr utilizzat per caratterizzare tale prprietà è il Cmmn Mde ejectin ati (CM): CM G G d c NB: se l amplificatre nn è ideale ma è caratterizzat da un su CM, il CM ttale del sistema deve essere apprssimat cn la relazine: CM TOTAL CM CM OA Ovver, il CM della rete di resistenze e quell dell amplificatre si smman in parallel. I valri da utilizzare nella frmula nn vann intesi cme decibel.

7 Il sistema analizzat ptrebbe essere utilizzat direttamente per amplificare l uscita di un pnte di sensri: iducend il pnte di resistenze cn Thevenin e indicand cn x la variazine relativa di un lat rispett al valre nminale si ttiene ( = 4 =): CM x / x/ x x / x / Che nel cas x<< si riduce a: / CM x /

8 L schema prpst presenta due prblemi: Il CM dipende da x=d/ e peggira al crescere dell sbilanciament del pnte; Se si vule cambiare il guadagn di md differenziale G d ccrre variare cntempraneamente il valre di due resistenze, in md che rimanga sddisfatta la cndizine di matching. Gli amplificatri di misura utilizzati nella pratica eliminan tali incnvenienti utilizzand un circuit che cntiene tre perazinali.

9 A Per analizzare tale sistema cnviene cnsiderare separatamente il segnale di md differenziale e quell di md cmune. Per il segnale di md differenziale il punt A si trva al ptenziale di massa virtuale; Per il segnale di md cmune il punt A nn è attraversat da crrente e quindi può essere cnsiderat cme un circuit apert. Le uscite del prim e del secnd amplificatre valgn allra: E c E ; E E d d c

10 Il secnd stadi si cmprta da circuit sttrattre differenziale cn guadagn unitari. L uscita del sistema vale, allra: V E d Si può sservare cme: La reiezine del segnale di md cmune è tericamente infinita e dipende sltant dal matching resistenze del secnd stadi; Il guadagn di md differenziale K(+ / )=K(+G) può essere variat cambiand il valre di una sla resistenza del prim stadi (sn mlt cmuni gli amplificatri di misura a guadagn variabile in cui sn dispnibili due terminali per l inserzine della resistenza ).

11 Anche in quest ccrre tenere in cnsiderazine le nn idealità degli amplificatri e il matching nn perfett delle resistenze. Nel cas della struttura in esame si ha: CM TOTAL G CM CM OA OA CM CM OA Cn questa cnfigurazine quindi: L sbilanciament del pnte nn degrada il CM; Il CM può essere mlt elevat se i due amplificatri del prim stadi hann caratteristiche simili; Il cntribut della rete di resistenze del secnd stadi viene mltiplicat per un numer mlt piccl.

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13 I circuiti di cndizinament: gli Elettrmetri e gli Amplificatri di carica Il trattament dei segnali prvenienti da sensri che frniscn una crrente di uscita e/ ad elevata impedenza d ingress (sensri piezelettrici, sensri capacitivi, etc.) richiede dei dispsitivi adatti. Se il sensre frnisce un segnale in crrente a bassissima frequenza è necessari ricrrere a cnvertitri crrente-tensine, basati su amplificatri a bassa crrente di drift e ad elevata impedenza d ingress. Se il sensre nn frnisce un segnale in cntinua si può ricrrere a un elettrmetr a un amplificatre di carica.

14 I circuiti di cndizinament: gli Elettrmetri e gli Amplificatri di carica Un elettrmetr è un dispsitiv di misura mlt csts caratterizzat da una impedenza d ingress maggire di TW e una crrente d ingress minre di pa (esistn dispsitivi capaci di garantire 00TW cn un valre della crrente d ingress di 50aA=50*0-8 A).

15 I circuiti di cndizinament: gli Elettrmetri e gli Amplificatri di carica Un amplificatre di carica è un sistema che utilizza un amplificatre perazinale cnness in ingress ad una capacità C e che utilizza cme element di retrazine una capacità C f. Si ttiene in quest md un sistema che idealmente ptrebbe permettere di misurare le cmpnenti cntinue del segnale; q K i K q q x x i i K e q x i C K q C x f i f e

16 I circuiti di cndizinament: gli Elettrmetri e gli Amplificatri di carica In realtà, il sistema riprtat precedentemente nn è realizzabile nella pratica a causa della presenza di crrenti di plarizzazine che prterebber l amplificatre a saturare. Si intrduce, pertant nella catena di retrazine una resistenza che impedisce la carica di C f da parte della crrente di plarizzazine e x i K s C K s s K q f V / m C ( s) f f Si sservi che sebbene il sistema cnservi ancra le caratteristiche di un filtr passa-alt, ra sia il guadagn, sia la cstante di temp sn legati esclusivamente alla rete utilizzata nella catena di retrazine: né la capacità assciata al sensre, né la capacità passita dei cavi di cnnessine influenzan la rispsta armnica del sistema.