ELETTRONICA CdS Ingegneria Biomedica

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1 ELETTRONICA CdS Ingegneria Biomedica LEZIONE A.2 Circuiti a diodi: configurazioni, analisi, dimensionamento Caratteristica di trasferimento Tagliatori Generatori di funzioni Rivelatori di picco e di inviluppo Fissatori A2.1

2 Parte 1 Circuiti non lineari senza memoria Caratteristica di trasferimento Tagliatori di segnali Generatore di funzioni lineari a tratti A2.2

3 Definizione Caratteristica di trasferimento In un circuito elettrico a due porte, la relazione v U -v IN Osservazioni Osservazioni La caratteristica è ricavata in condizioni statiche Solitamente le due porte hanno un riferimento comune v U v IN v U v IN A2.3

4 Il tagliatore (clipper) Circuito a due porte che taglia parti dell ingresso Si può tagliare la parte in alto, in basso o entrambe Versione parallela Quando il diodo entra in conduzione l uscita viene tagliata Taglio non netto e traslato di V γ Si possono mettere diodi opposti in parallelo (taglio in alto e basso) Versione serie L uscita viene tagliata quando il diodo si interdice Taglio più netto, ma forma d onda distorta e traslata di V γ Analisi Può essere fatta con il modello per grandi segnali (linearizzato) Diodo ideale, generatore di V γ e resistenza r d A2.4

5 Tagliatori in alto V1 Vdc 1Vac TRAN = R1 1k D1 V3 5Vdc P V2 VOFF = VAMPL = 1 FREQ = 1k R2 1k D2 V4 5Vdc D3 S D4 V5 Vdc 1Vac TRAN = R3 1k V7 5Vdc V6 VOFF = VAMPL = 1 FREQ = 1k R4 1k V8 5Vdc A2.5

6 Tagliatori in alto (v( -v ) U IN 1V 5V V -5V S P -1V -1V -8V -6V -4V -2V V 2V 4V 6V 8V 1V V(D1:1) V_V1 A2.6

7 Tagliatori in alto (sinusoide) 1V 5V V -5V P S -1V s.2ms.4ms.6ms.8ms 1.ms 1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms 2.ms A2.7

8 Tagliatori in basso V1 Vdc 1Vac TRAN = R1 1k D1 V3-5Vdc P V2 VOFF = VAMPL = 1 FREQ = 1k R2 1k D2 V4-5Vdc V5 Vdc 1Vac TRAN = D3 R3 1k V7-5Vdc S V6 VOFF = VAMPL = 1 FREQ = 1k D4 R4 1k V8-5Vdc A2.8

9 Tagliatori in basso (v( -v ) U IN 1V 5V V -5V P S -1V -1V -8V -6V -4V -2V V 2V 4V 6V 8V 1V A2.9

10 Tagliatori in basso (sinusoide) 1V 5V V -5V S P -1V s.2ms.4ms.6ms.8ms 1.ms 1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms 2.ms Time A2.1

11 Tagliatore simmetrico R9 1k V17 VOFF = VAMPL = 1 FREQ = 1k D9 V18 4.3Vdc D1 V19-4.3Vdc A2.11

12 Tagliatore simmetrico (sinusoide) 5.V V -5.V s.2ms.4ms.6ms.8ms 1.ms 1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms 2.ms A2.12

13 Realizzazione a zener Il generatore può essere realizzato a zener Per la versione simmetrica si possono usare 2 zener Configurazione back to back Scelte di progetto V TAGLIO = V Z +V γ R > > r d +r z Si possono realizzare anche tagliatori non simmetrici Zener diversi Zener e diodo normale A2.13

14 Tagliatore a zener R1 1k V V2 VOFF = VAMPL = 1 FREQ = 1k D 1 1N4731 D12 1N4731 A2.14

15 Tagliatore a zener (sinusoide) 5.V V -5.V s.2ms.4ms.6ms.8ms 1.ms 1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms 2.ms A2.15

16 Generatore di funzioni lineari a tratti Circuito a due porte che approssima funzioni generiche Partitore con una resistenza non lineare Parallelo di rami che si inseriscono per certe tensioni Realizzati con resistenze, diodi, generatori (o zener) V IN R V U v U v IN R NL A2.16

17 Osservazioni Non è possibile avere pendenze superiori a 1 Il diodo non è un amplificatore Si può normalizzare l uscita in modo da rendere pari a 1 la pendenza del tratto più inclinato Il caso della funzione crescente con derivata monotona decrescente Per diminuire la pendenza, va ridotta la R NL con V U Una R NL che decresce con V U si può realizzare aggiungendo resistenze in parallelo Il caso della simmetria Si usano coppie di diodi e generatori opposti Così R NL (V U ) = R NL ( V U ) A2.17

18 Valutatore di funzione R1 32k V V1 Vdc 1Vac TRAN = R2 64k R3 16k D1 R4 4k D2 R5 1k D3 R6 16k D4 R7 4k D5 R8 1k D6 V2 2.3Vdc V3 4.3Vdc V4 5.3Vdc V5-2.3Vdc V6-4.3Vdc V7-5.3Vdc A2.18

19 Funzione simmetrica (v( -v ) U IN 8.V 4.V V -4.V -8.V -4V -3V -2V -1V V 1V 2V 3V 4V A2.19

20 Parte 2 Rivelatori, fissatori Il rivelatore di picco Il rivelatore di inviluppo Il fissatore a valore fisso Misuratore di valore picco-picco A2.2 2

21 Il rivelatore di picco Memorizza in una capacità la massima tensione positiva (o negativa) V in Un diodo impedisce la scarica del condensatore Il condensatore si scarica a causa della I S e della corrente di uscita Il circuito di uscita deve avere una resistenza di ingresso elevatissima Può essere necessario un tasto di reset A

22 Rivelatore di picco V D1 V V11 C1 1n A

23 Tensioni nel rivelatore di picco 5.V 4.V Uscita 3.V 2.V Ingresso 1.V V s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 1ms A

24 Il rivelatore di inviluppo È un rivelatore di picco con una resistenza di valore opportuno per scaricare il condensatore Permette al circuito di adattarsi alle variazioni lente di ampiezza dell ingresso Demodula le modulazioni di ampiezza Occorre dimensionare attentamente C e R Un valore elevato di C comporta elevate correnti di carica per il generatore di segnale Il prodotto RC (costante di tempo) deve essere grande rispetto al periodo della portante e piccolo rispetto a quello del segnale modulante A

25 Un esempio Modulazione di ampiezza Portante a 1 MHz Segnale a 1 khz Profondità di modulazione del 5% v IN = ( 1+ M sin( 2πf t ) ) sin( 2πf t ) s p = = sin 2 ( πf t ) + M sin( 2πf t ) sin( 2πf t ) p s p = = sin 2 M 2 ( πf t ) + cos( 2π ( f f ) t ) cos( 2π ( f + f ) t ) p p s M 2 p s A

26 Demodulatore di ampiezza V D1 V VOFF = VAMPL = 1 FREQ = 1MEG VOFF = VAMPL = 2.5 FREQ = 11k VOFF = VAMPL = 2.5 FREQ = 999k V1 V2 V3 C1 1n R1 1k A

27 Demodulatore di ampiezza 1 5 V 1 V 5 V V - 5 V - 1 V V s. 2 ms. 4 ms. 6 ms. 8 ms 1. ms 1. 2 ms 1. 4 ms 1. 6 ms 1. 8 ms 2. ms V( V 1 : + ) V ( R1 : 2 ) T i me A

28 Il fissatore a valore fisso La tensione di uscita è una replica di quella di ingresso traslata verticalmente È maggiore uguale a un valore assegnato La tensione di traslazione è memorizzata su una capacità Una resistenza di uscita permette alla capacità di seguire l andamento del segnale A

29 Fissatore C3 1n VOFF = VAMPL = 1 FREQ = 1k V5 D3 V6 R2 33k A

30 Fissatore a 3V 2V 1V V -1V s.5ms 1.ms 1.5ms 2.ms 2.5ms A2.3

31 Fissatore a 5 V 3V 2V 1V V -1V s.5ms 1.ms 1.5ms 2.ms 2.5ms A2.31

32 Il misuratore di valore picco-picco Fissatore a zero Il segnale viene appoggiato sull asse delle ascisse seguito da rivelatore di picco positivo Il massimo di questo segnale è pari al valore picco- picco L uscita di questo circuito può essere maggiore del massimo valore dell ingresso A2.32

33 Misuratore del valore picco-picco C4 1n D4 VOFF = VAMPL = 1 FREQ = 1k V7 D5 V8.7Vdc R3 1Meg C5 1n R4 1Meg A2.33

34 Misuratore del valore picco-picco 2V 15V 1V 5V V -5V -1V s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 1ms A2.34

35 Fatto & Da fare Caratteristica di trasferimento Tagliatori Valutatori di funzioni Rivelatori Fissatori Raddrizzatori Circuiti filtranti Regolatori a zener A2.35