Eserciazione : L operazionale 74. Universià degli sudi di Cagliari corso di laurea in ingegneria eleronica Eserciazioni di ELETTONICA. marco.monni@diee.unica.i Lo scopo di quese eserciazioni è amiliarizzare lo sudene al mondo della progeazione eleronica presenando una possibile soluzione del problema proposo senza che quesa sia necessariamene la migliore. I risulai oenui per via eorica saranno spesso veriicai con il programma orcad DEMO versione per sudeni Inserendo i vosri dai nel sio hp://www.cadence.com/downloads/orcad/requesorm.aspx?dlorcaddemo, vi verrà recapiao a casa il CD di insallazione. Per chi non avesse voglia di aspeare è disponibile una copia del CD di insallazione in porineria presso l ingresso di via IsMaglias. Noe su orcad. Uno dei componeni maggiormene diusi e uilizzai per applicazioni di eleronica lineare è l ampliicaore operazionale 74. Nella versione di Orcad per Windows queso componene è presene nella libreria OPAMP. Il nome del componene è ua74. Gli alri componeni uilizzai sono conenui nella libreria ANALOG che coniene capacià induanze e resisenze. I generaori di coninua e di segnale sono prelevai dalla libreria SOUCE. NB. Quando si uilizza il generaore di segnale VSIN per oenere buoni risulai nella simulazione occorre dare obbligaoriamene una ensione di OFFSET anche se nulla. La VAC va imposaa a menre per la requenza e l ampiezza del segnale si può prendere un valore qualsiasi. Se si esegue una simulazione AC la requenza di parenza deve essere imposaa diversa da zero anche se si a un analisi a parire dalla coninua, in queso caso poee meere come valore HZ, ma è imporane che il valore sia non nullo alrimeni l algorimo non converge. L operazionale 74. Per sudiare il comporameno in requenza del componene cosruiamo il seguene circuio:
La risposa in requenza dell operazionale è riporaa in igura: Possiamo riporare in una abella i valori numerici che consenono di caraerizzare il componene in requenza. Consideriamo quindi la seguene abella in cui riporiamo il guadagno e la larghezza di banda per varie requenze: e il prodoo GBW misurao. Gain(dB) 3dB(Hz) GBW 80 00 MHz 40 0K MHz 30 30K 949KHz 0 95K 950KHz 0 95K 933KHz 5 53K 9KHz 4 570K 903.4KHz 3 63K 89.7KHz 699K 879.9KHz 77K 866.KHz 0.5 8K 860KHz 0 850K 850KHz Nell ipoesi che l operazionale sia un sisema a singolo polo il prodoo GBW dovrebbe essere cosane e di solio per i calcoli manuali si assume sempre come GBWMHz. L approssimazione a singolo polo unziona bene se la requenza superiore è minore di 30KHz per esempio se si vogliono progeare dei sisemi per apparai audio la cui banda appariene al range: ( 0 Hz 0KHz). In seguio il rapporo non viene rispeao come possiamo vedere dallo schema in abella. Queso perché il sisema non è più a singolo polo!! E l inerveno a una cera requenza di un alro polo modiica la requenza di aglio.
Se eseguiamo quindi un progeo ramie operazionali reroazionai e vogliamo che i risulai eorici coincidano con la simulazione al calcolaore dobbiamo sare aeni a queso ao. Diversamene oerremo dei progei s cara che poi andranno modiicai e ainai al calcolaore per poer essere realizzabili secondo le speciiche chiese. Ovviamene in un compio uilizzae i dai che vi vengono dai senza preoccuparvi di queso. Esempi di circuii reroazionai: Vengono qui riporai due esempi di circuii realizzai con conigurazioni invereni e non invereni. Conigurazione inverene Consideriamo il seguene circuio: Il guadagno e la 3 db per la conigurazione inverene sono dai rispeivamene dalle relazioni: A V ( inv) () ω ω 3dB () + Con ω π ovvero la pulsazione a guadagno uniario. Per esempio possiamo acilmene realizzare un circuio con guadagno in coninua pari a 0dB, prendendo per esempio 0. Per il calcolo della larghezza di banda in prima analisi, considerando cioè l ampliicaore operazionale ideale si può usare la relazione: 3 db, poendo considerare quindi per il guadagno scelo una MHz AV MHz 3 db 00KHz 0 si avrebbe: Essendo però l operazionale reale e quindi caraerizzao da una serie di eei secondari, la relazione che più ci permee di avere un guadagno preciso è la (), considerando per il guadagno a 0dB il GBW rappresenao in abella:
Avendo un guadagno pari a 0 la + 950KHz db 86 3 KHz Come possiamo vedere dalla simulazione si vede come eeivamene i calcoli eorici avendo preso in considerazione le osservazioni ae precedenemene permeano di oenere in simulazione dei risulai più precisi. Considerazioni sul carico. In moli casi le sole speciiche sul guadagno e sulla banda non sono suicieni a deinire compleamene il sisema. Un alra speciica molo imporane riguarda per esempio la resisenza di ingresso o la resisenza di uscia, oppure se si prendono in considerazione sisemi mulisadio enrambe le resisenze di ingresso e di uscia. Se ocalizziamo la nosra aenzione sulla resisenza di uscia, di solio dai daashee è possibile vedere qual è il massimo swing di uscia a rone di un deerminao carico. Per esempio gli operazionali 74 orniscono uno swing di ± V per una L > KΩ. Il valore complessivo di L da indicazioni imporani su come scegliere i resisori della ree di reroazione. Inai l operazionale deve ornire correne non solo al carico ma anche alla ree di reroazione. Per esempio supponendo che il sisema uno debba essere progeao per unzionare con un carico L KΩ occorre in primo luogo deerminare la resisenza equivalene che si vede sul erminale di uscia una vola che il carico risula collegao: nel caso della conigurazione inverene si ha:
EQ L perché la resisenza è ra uscia e morseo non inverene che per il circuio è una massa viruale. Se conosciamo la massima ensione in uscia e il valore minimo di resisenza di carico possiamo calcolare il valore di correne che l operazionale deve ornire in uscia i Vo V KΩ max O 6 L min ma Ora quesa correne si deve riparire in maniera opporuna ra reroazione e carico Quindi L L KΩ > K per enere cono delle olleranze al 5% + EQ L Da cui si avrebbe > 00Ω Perano si oiene il circuio: Conigurazione non inverene. Per la conigurazione non inverene le relazioni che esprimono il guadagno e la larghezza di banda in unzione dei valori delle resisenze sono le segueni: A V ( noninv) + (3) ω ω 3dB (4) + Le relazioni (3) e (4) ci dicono che la conigurazione non inverene permee a parià di guadagno di oenere una banda più elevaa essendo il valore dei resisori più piccolo. Cosruiamo quindi lo sesso circuio di prima
Ovviamene la conigurazione inverene ha dei pregi rispeo a quella non inverene per i quali si rimanda alla eoria. Nel realizzare un progeo con un mulisadio quindi la scela di una conigurazione o dell alra va aa enendo cono del maggior numero di aspei.