ELETTRONICA II. Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino. Parte E: Circuiti misti analogici e digitali Lezione n E - 3:

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1 ELETTRONICA II Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino Parte E: Circuiti misti analogici e digitali Lezione n E - 3: Generatore di onda quadra e impulsi Interfacciamento con circuiti logici

2 Circuiti misti analogici e digitali 3 Generatore di onda quadra Generatore di impulsi Generatore controllato in frequenza Interfacciamento con circuiti logici Circuiti di protezione per gli ingressi

3 Oscillatore a onda quadra R _ Carica e scarica di un condensatore C V C (V S1, V S2 ) V U V UH V S2 V C V S1 V U V UL

4 Calcolo del periodo V S2 V S1 V UL T V C V C = V UL - (V UL - V S2 ) e -t/rc V C = V S1 = V UL - (V UL - V S2 ) e -T/RC t T = RC log [(V UL - V S2 )/(V UL - V S1 )]

5 Variazione della frequenza variazione di C o di R variazione dell isteresi o della V U R V C _ (V S1, V S2 ) V U

6 Variazione del duty cycle Variazione di parametri tra i due semiperiodi variazione di V UH rispetto a V UL sdoppiamento di R (diodi) C _ (V S1, V S2 ) V U

7 Differenze rispetto a quadro/triangolo La reazione complessiva e negativa L anello comprende un comparatore e un ritardo ottenuto con la carica/scarica di un condensatore Q-T: carica lineare (integratore attivo) Q: carica esponenziale (resistenza)

8 Generatori di segnale a ritardo I U T f ~ 1/2T I U T T

9 Circuiti misti analogici e digitali 3 Generatore di onda quadra Generatore di impulsi Generatore controllato in frequenza Interfacciamento con circuiti logici Circuiti di protezione per gli ingressi

10 Generatore controllato da una corrente I C C viene caricato da I C e scaricato attraverso R W e costante T (f) dipende da I C _ T C (V S1, V S2 ) V U W

11 Esempi di impiego Oscillatore con frequenza controllata da una variabile esterna I C da V-R : convertitore V-F I C da fotodiodo : convertitore luce-frequenza Oscillatori agganciati in fase o frequenza a segnali di riferimento esterni.

12 Circuiti misti analogici e digitali 3 Generatore di onda quadra Generatore di impulsi Generatore controllato in frequenza Interfacciamento con circuiti logici Circuiti di protezione per gli ingressi

13 Obbiettivo Collegare sottosistemi con caratteristiche elettriche (escursioni di tensione) diverse: - Circuiti logici (alim. 5V) con altri ad alimentazione bipolare (+- 15 V) - Qualunque circuito con il mondo esterno Esempio di riferimento: comparatore con porta logica

14 Interfacciamento con circuiti logici L uscita di un comparatore (o AO) varia tra V UL e V UH (prossime alle tensioni di alimentazione) Un circuito logico richiede tensioni di ingresso esterne al campo V IL e V IH (per interpretare correttamente gli stati logici all uscita del comparatore), ma comprese tra V IMIN e V IMAX (tensioni esterne a questo campo possono danneggiare il circuito logico).

15 V AL+ V ingresso circuiti logici V UH V IMAX uscita comparatore V IH V IL Campo ammesso per le tensioni di ingresso V UL V IMIN V AL-

16 Interfacciamento verso porte logiche Tre tecniche: uscita a collettore aperto partitore e scalamento clamp con diodi/diodo zener

17 Uscita a collettore aperto Transistore in saturazione: V O = GND (V OL ) Transistore in interdizione: V O = V CC (V OH ) V CC R C V I V R + - V U V O

18 Dimensionamento della resistenza R C V CC R C I OH I OH = (V CC - V OH)/R C R C massima I OL I L I OL = (V CC - V OL)/R C + I L R C minima

19 Verifica su data sheet Verifica dei parametri elettrici per uscita OC di comparatore integrato

20 Esempi Dimensionamento di pull-up per pilotare 10 carichi TTL-LS Verifica della I OL ammessa all uscita del comparatore Dimensionamento di pull-up per pilotare un BJT in commutazione

21 Stadio di uscita fluttuante Se il transistore di uscita e comandato tramite un generatore di corrente, puo pilotare carichi collegati verso tensioni positive (da C) o negative (da E). Esempio: stadio finale dei comparatori LMx11

22 Circuiti misti analogici e digitali 3 Generatore di onda quadra Generatore di impulsi Generatore controllato in frequenza Interfacciamento con circuiti logici Circuiti di protezione per gli ingressi

23 Partitore e tensione di scalamento Tensione di uscita attenuata e sommata ad una tensione fissa V O = (V U R 2 + V F R 1 )/(R 1 + R 2 ) V I V R + - V U R 1 R 2 V O V F

24 Clamp con diodi Tensione di uscita bloccata tra V OL e V OH dai diodi di clamp V CC (V OH ) V I + R V R - V U V O GND (V OL )

25 Clamp con diodo zener Tensione di uscita limitata a V OH dal diodo zener, ed a V OL sempre dallo zener, usato come diodo normale V I + V Z (V OH ) V R - V U R V O GND (V OL )

26 Protezione dell ingresso di AO Circuiti simili possono essere usati per proteggere da tensioni eccessive gli ingressi di amplificatori operazionali e di comparatori R + V AL+ V I - V AL-

27 Dimensionamento della resistenza R Ha lo scopo di limitare la corrente nei diodi o nello zener: tra AO e logica, per il livello alto: I = (V CC - V D - V UMAX )/R all ingresso di AO, per V I > V CC I = (V IMAX - V D - V AL+ )/R

28 Conclusione Per pilotare porte logiche da un comparatore occorrono adeguati circuiti di interfaccia, per rispettare i limiti sulla tensione di ingresso dei circuiti logici. Lo stesso problema esiste per qualunque circuito pilotato da altri dispositivi o dal mondo esterno. I circuiti di limitazione (clamp) con diodi oppure con diodo Zener possono essere usati anche per proteggere gli ingressi di AO o altri dispositivi.