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Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
www.uscndlab.dinfo.unifi.it
Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
Elettronica applicata
AMPLIFICATORI OPERAZIONALI:
applicazioni non lineari con uso di diodi e transistor
Elettronica applicata Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
www.uscndlab.dinfo.unifi.it
Chi contattare:Ing. Simona Granchi email: simona.granchiatunifi.it
FONTI:1. J.Millman, C.C. Halkias, “Integrated Electronics”2. J. Millman, A. Grabel, “Microelectronics”3. C. J. Jager, “Microelettronica”
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V1 (+) (‐) V2
+Vcc
‐VEE
Ic1 Ic2Rc Rc
Rc
Vd=V1-V2
TVdVC
TVdVC
e
IIe
II
1
10
2
01
TRANSCARATTERISTICHE
Zona a funzionamento
lineare
Zona a funzionamento NON lineare
Vd
Vcc
4VT‐4VT
‐VEE
AMPLIFICATORE DIFFERENZIALE
AMPLIFICATORE DIFFERENZIALE
Vd
Ic
TRANSCARATTERISTICA
I0/2
I0
2VT 4VT‐4VT ‐2VT
8 VT 200mV
Retta con pendenzaTV
I4
0
021
01
4
dVBEVBEVT
mdd
C
VI
gdVdI
Differenziando la grandezza di uscita IC1, rispetto a Vd si ha:
Transconduttanza
Considerazioni sulla Transcaratteristica
1. Amp. Diff è un buon Limitatore di tensione IC1 ha incrementi trascurabili
2. gmd varia da zero fino ad un massimo di per poi ritornare a zero.
3. La transcaratteristica è lineare per valori di Vd molto piccoli:
Td VVper 4
TVI
40
TV2
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Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
AMPLIFICATORE DIFFERENZIALE
Vd
I0/2
I0
2VT 4VT‐4VT ‐2VT
8 VT 200mV
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I concetti per l’analisi dei circuiti visti finora (massa/corto circuito virtuale) valgono nella zona di funzionamento lineare ad ALTO GUADAGNO di AO.
Nella zona della transcaratteristica NON LINEARE (|Vd| >4VT) , zona di saturazione, in cui idealmente l’uscita di tensione al massimo è pari a quella di alimentazione (CHE NON è OVVIAMENTE SUPERABILE!!!), tale principii non sono applicabili
Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
Elettronica applicata Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
1. FUNZIONAMENTO a COMPARATORE
+
‐+
Vout
VR
Vi
Vd
TRANSCARATTERISTICA
‐VEE
Vd = Vi ‐ VRVcc= +VEE = VS
Ris
RisVVseVVVseV
V0
Transcaratteristica non lineare
Un A.O ( ad anello aperto) , costituito da Ampl.Diff con in cascata stadi ad elevato guadagno può essere impiegato per la realizzazione di questa configurazione.
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Vi
tVout
t
Vcc Vout VR
‐VS
VS
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2. DIODO di PRECISIONE ( Diodo ideale)
V
I
I0 1A
TRANSCARATTERISTICA di un DIODO
Silicio
GermanioconeII TV
V
21
)1(0
VT = 26 mV a 300 °K
Raddrizzatore a singola semionda
V
I
Vi RL V0
Raddrizzatore a singola semionda con semplice diodo
V
Rappresentazione lineare a tratti ideale
Caratteristica comparabile con un “interruttore” o raddrizzatore a semplice semionda
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2. DIODO di PRECISIONE ( Diodo ideale)
t
Vi
Raddrizzatore a singola semionda con semplice diodo
Vi RL V0
t
V0
Vmax
Vmax - V
t
Vi
V
t
V0
Se Vi < V tVV 00
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2. DIODO di PRECISIONE ( Diodo ideale)
+
‐
‐VEE
Vi
VCC
RLV0
A*=Ad>105 )200000741( A
D conduce se:
D
VVV 0'
Quindi:
VVAVVAV id 00 )(
AV
AVV
AV
AV
Vi
11000
1
'00
VVVA
VVi
Essendo dunque A molto elevata si avrà un V’ molto piccolo consentendo di:1. Raddrizzare segnali al di sotto della soglia di
conduzione del diodo2. Avere segnali raddrizzati in uscita più “precisi”
Si tenga conto del doppio regime difunzionamento di AO. Quando D conduce ,siha un funzionamento di AO a catena chiusae il suo guadagno è circa unitario. Quandoinvece D non conduce AO lavora a catenaaperta (come un comparatore), con elevatoguadagno A. Grazie proprio a questo fatto latensione di soglia del diodo è fortementeridotta.
V’
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apertacatenaaguadagno*
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3. Raddrizzatore a singola semiondaApplicazione del Diodo di Precisione
t
Vi
t
V00.1 iVSe
Vmax
V’max
D1 interdetto e D2 conduce
+
‐
‐VEE
Vi
VCC
V0D1
V’
R
IR
D2
R’
Per il principio di massa virtuale si ha:
0'V 00 V
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3. Raddrizzatore a singola semiondaApplicazione del Diodo di Precisione
0.2 iVSe
Amplificatore Invertente :
iVRRV '
0
D1 conduce e D2 interdetto
V0
Vi
TRANSCARATTERISTICA+
‐
‐VEE
Vi
VCC
V0
V’
R
R’
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4. Raddrizzatore a Doppia semiondaApplicazione del Diodo di Precisione
t
Vi
t
V0
Vmax
V*
+
‐
‐VEE
Vi VCC
V0
D1R1
Ii
D2
R R
+
‐‐VEE
VCC
R
V’
R
V0
Vi
TRANSCARATTERISTICA
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4. Raddrizzatore a Doppia semiondaApplicazione del Diodo di Precisione
0.1 iVSe
D1 conduce e D2 interdetto
VVVI A 00 ** (massa virtuale)
Essendo:
ViRRVVV PP1
'
ViRRV
RRV P
10
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+
‐
‐VEE
VCC
V0
R1
R
AVA
R
VP +
‐‐VEE
VCC
R
V*
R
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4. Raddrizzatore a Doppia semiondaApplicazione del Diodo di Precisione
0.2 iVSe
D1interdetto e D2 conduce
0'2
'01
* RV
RV
RV
III ii
(massa virtuale)Si tenga conto che : '2 VV
ViRRV 0
Vi+
‐
‐VEE
VCC
V0
R1
R
R
V’=V* +
‐‐VEE
VCC
R
Ii
R V2
I*
I
P
Al nodo P:
iVRRV13
2'
132'
RV
RVI i
)3
(32'
1120 R
VRV
RRRIVRIVV i
i
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A1 A2
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5. Amplificatore logaritmico
Ricordiamo:Amplificatore lineare: V0= A Vi
Amplificatore logaritmico: V0=a ln (bVi+c)
TVfV
TVfV
f eIeII 00 1
0lnln IIVV fff
+
‐
‐ VEE
VCC
V0
R
IS
If
Vf
D1
VS
Vi
Alta impedenza di ingresso
RV
II SSf (massa virtuale)
+
‐
00 lnln IIVVV fTf
)ln(ln 00 IR
VVV S
T
Dipendenza da T
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5. Amplificatore logaritmicoSchema Compensato a Diodi
+
‐
‐VEE
VCC
D
V0
Vf1
VS
+
‐
R Vf2
I
V+
‐
‐VEE
VCC
RT R1 R’
V’0
D2
D1
Generatore di corrente stabilizzato in temperatura
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5. Amplificatore logaritmicoSchema Compensato a Diodi
+
‐
‐VEE
VCC
D
V0
Vf1
VS
+
‐
R Vf2
I
V+
‐
‐VEE
VCC
RT R1 R’
V’0
D2
D1
0020 lnlnlnln IIVIR
VVVVV T
STf
RIV
VR
VIV S
TS
T lnlnln
RIV
RRRV
RRRVV S
TT
Tln'1'1
11
'0
TT VTseKTV
11600
TRancheTsema (RT è un PTC)
Compensazione locale di VT al variare della temperatura
Compensazione di I0
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5. Compensazione termica con Termistori
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Termistori : semiconduttori in silicio.Questi componenti hanno caratteristica esponenziale, tuttavia si può supporre di considerare il termistorein un intervallo di temperature il cui andamento sia approssimabile a quello lineare.
Due tipi di termistore: gliNTC e i PTC, che si differenziano proprioper il loro andamento in base alla temperatura. NTC: caratteristica esponenziale decrescente PTC: aumenta la loro resistenza all’aumentare della temperatura sono utilizzati come circuiti di protezione e diodi in grado di autoripristinarsi.
Per linearizzare il termistore (cioè approssimare la curva con una retta) possiamo restringere il range di temperature in cui il circuito dovrà operare. La scelta dell’intervallo di temperature non interesserà quelle estreme, ma si aggirerà su una decina di gradi intorno a quella ambiente.
Andamento della resistenza di NTC
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5. Amplificatore logaritmicoSchema a Transistors
+
‐
‐ VEE
VCC
V0
R1
iC
T lavora in zona attiva
TVBEV
CS
STVBEV
CSS
C eIR
VeI
RV
i 11
Dipendente da : larghezza di base, concentrazione dei portatori minoritari all’equilibrio, ecc..
ECB iiiSe 0(funzionamento a Diodo)
TVBEV
CSC eIi
CS
STBE IR
VVVV
10 ln
Maggiore dinamica e indipendenza da
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5. Amplificatore logaritmicoSchema Compensato a Transistors
VR
+
‐
‐VEE
VCC
V’
Vf1
VS
R1
VBE1
+
‐
‐VEE
VCC
R2
T1 T2
VBE2
R3
R4
V
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5. Amplificatore logaritmicoSchema Compensato a Transistors
Hp1: 021 BB ii
Hp2: 21 CSCS II T1 e T2 uguali
TVBEV
CSC eII
CS
CTBE
CS
CTBE
TVBEV
CSC
TVBEV
CSC
II
VV
II
VV
eII
eII
22
11
2
2
1
1
ln
ln
1
212112
ln)ln(lnC
CT
CS
C
CS
CTBEBEBE I
IV
II
II
VVVVV Eliminata la dipendenza da ICS
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5. Amplificatore logaritmicoSchema Compensato a Transistors
+
‐
‐VEE
VCC
D
V’
Vf1
VS
R1
VBE1
+
‐
‐VEE
VCC
R2
T1 T2
VBE2
R3
R4
VR
V
Dato che T1 e T2 sono entrambi in zona attiva
01212 BEBEBEBE VVVVV
22 R
VIVV RCR
Inoltre1
1 RV
I sC
)ln(ln1
21
2 R
ST
S
RT V
VRRV
VR
RVVV
)ln()1()1(1
2
4
3
4
30
R
ST V
VRR
RR
VRR
VV Posso compensare le variazioni di VTponendo al posto di R3 un NTC (negative temperature coefficient)
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5. Amplificatore logaritmicoSchema Compensato a Transistors
P1 : Bilanciamento Quando Vs=0 ; si impone V 0 P2 : azzeramento dell’uscita Varia il guadagno del 2° stadio non invertente ed imposta: V0=0 quando Vs= 5V
Dinamica:[2mV, 20V]‐Se Vs <2mV, correnti comparabili con ibias e non si ha più dipendenza logaritmica tra ingresso e uscita‐ Se Vs >20 V , le elevate correnti determinano cadute di tensioni sulla resistenza base collettore tale da allontanare il circuito da una regione di funzionamento di tipo logaritmico
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1 A lifi t i l1. Amplificatore esponenziale
TVfV
f eII 0Utilizzabile per espandere una dinamica compressa
R
f 0
TVsV
eRIRIV
Sf VV
‐
‐ VEE
D1
Vf
Tf eRIRIV
00
NOTA1 : RIN molto bassa
+V0
If
VS
+
NOTA1 : RIN molto bassa
NOTA2: Io, , VT dipendono da T
VCC
S‐
Per gli stessi motivi visti per l’amplificatore logaritmico si utilizza un transistor alposto del DIODO e si implementano soluzioni simili per la compensazione intemperatura
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1 A lifi t i l1. Amplificatore esponenziale
Utilizzabile per espandere una dinamica compressa
Ric
VBEV
‐
‐ VEE SBE VV
T
TVCSC eIi
ECB iiiSe 0(f i t Di d )
+V0
VS
+
(funzionamento a Diodo) VBE
VCC
S‐
T
s
T
BEVV
CSV
V
CSC eRIeRIRiV 0
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1 A lifi t i l
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1. Amplificatore esponenzialeCompensato a Transistor
+V R1I+VR R1
R2 T1T2
IC1
IC2
‐VEE
VS
VBE1
‐VBE2
‐VEE
+
‐+
+VCC
R4
+15 V-V
VCC
CC
R3
+15 VV0
15 V
Elettronica applicata
-15 VApplicazioni non lineari degli Amplificatori
Operazionali
1 A lifi t i l
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1. Amplificatore esponenzialeCompensato a Transistor
+VR R1I
CS
CTBE I
IVV lnSappiamo:
‐VEE
+VR
VS
1
VBE1
‐
R2 T1T2
VBE2‐VEE
IC1
IC2
2
1
210 V
RVI
VVV
RC
BEBE+
‐VEE
VCC
+
‐
+VCC
R4
+15 V-V
V0
1
02
1
RV
IC
VCCR3
-15 V
0
essendo:43
3
RRR
VV S Si ha: )ln()ln(
1
20
0
1
243
3
RR
VV
VVR
RVV
RRR
VVR
TR
TS
433
1
2
0
RRR
TVsV
R eRR
VV
433
2
10
RRR
TVsV
R eRRVV
Indipendenza da Ics e compensazione della variazione di VT con termistori
Elettronica applicata
T
Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
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Esempi di di moltiplicatore e divisore analogici con Amplificatori logaritmici ed esponenzialip g p
Sommatore non invertente a guadagnoR
V AL1 V invertente a guadagno unitario
+
VS1 AL1
‐VEE
V01
’+
‐
R
AE V’0
+VV
V0=V’S
RR
VS2 AL2 +VCCV02
AL1, AL2 : Amplificatori logaritmiciAE: Amplificatore esponenziale
Elettronica applicata Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
M lti li t L it i
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Esempio di applicazione degli amplificatori logaritmici ed esponenziali
Moltiplicatore Logaritmico
RVS1 AL1
‐VEE
V01
In uscita a AL1 e AL2:
12101 ln SVKKV +
‐
R
RVS2 AL2
AE V’0
+VCCV02
V0=V’S 22102 ln SVKKV
T RRR
VK3
431
RR
RVRRK
Rcon
1
22
3
I it l tIn uscita al sommatore:
212212211210 lnlnln SSSS VVKKVKKVKKV
)2(ln1 VVKIn uscita a AE: 212)21
22(ln
20
1SS
SVSVK VVKeK
V
Elettronica applicata Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
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Esempio di applicazione degli amplificatori logaritmici ed
Moltiplicatore Analogico con Amplificatore logaritmico ed esponenziali
Esempio di applicazione degli amplificatori logaritmici ed esponenziali
Moltiplicatore Divisore
Amplificatore logaritmico
Amplificatore esponenzialeAmplificatore sommatore Amplificatore di differenze
Amplificatore logaritmico
Amplificatore esponenziale
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2 Active Peak Detector
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2. Active Peak DetectorApplicazione del Diodo di Precisione
CROUT OUT(senza carico)
'00
VVVA
VVSe i
l’AO satura positivamente, mandando D in conduzioneC si carica fino a VPn e la differenza ai capi di AO si riduce in quantoVi=V0, AO entra in regione lineare e V’ ( dalla saturazione positiva)
A inizia diminuire e D ad un certo punto si interdice. C non si carica più.
''0 VVVVVSe Pni l’AO satura negativamente e D interdetto , impedendo al C di scaricarsi,
attraverso l’uscita dell’AO e C mantiene la sua carica e V0=VPi
Elettronica applicata
attraverso l uscita dellAO e C mantiene la sua carica e V0 VPi
Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
2 Active Peak Detector
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2. Active Peak DetectorApplicazione del Diodo di Precisione
‐VEE C+
Effetti di carico: dipende anche da RL
CRR LOUT )(+
‐
VEE C V0D
V’
RL
PROBLEMA 1: Il carico assorbe+Vi
VCC
V’
ROUT
CVVPer ' D è interdetto
PROBLEMA 1: Il carico assorbe corrente dal condensatore
PROBLEMA 2: C
VCC
+VC
EEVVVV 'SOLUZIONE 1
‐
‐VEE C
V0D
+
RL
+
‐
‐V
saturazione
Vi
+
VCC
V’
ROUT
‐VEE
Inseguitore di tensione che disaccoppia il condensatore dal carico impedendo che il carico assorba da esso corrente e lo scarichi
Elettronica applicata variando il livello di picco “memorizzato” carico assorba da esso corrente e lo scarichi
Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
2 Active Peak Detector
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2. Active Peak DetectorApplicazione del Diodo di Precisione
SOLUZIONE 2SOLUZIONE 2
EECi VVVVPer '
D1 conduce 0' VV
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2 Active Peak Detector
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2. Active Peak DetectorApplicazione del Diodo di Precisione
Esempio di applicazione: Rivelatore di inviluppo di segnale AMEsempio di applicazione: Rivelatore di inviluppo di segnale AM
D1AOP
AM+
OUT
U1
+
U2
out
Se vogliamo rivelare l’inviluppo diun segnale AM, basta inserire, neli i d l i l di iD1N914
CR
-
-
OUT
RL
0
circuito del rivelatore di picco, unaresistenza in parallelo alcondensatore per fare in modo cheesso possa anche scaricarsi ; inqueste condizioni il circuito è in
0
100n 2.2k
0
0grado di seguire il picco del segnaledi ingresso anche in discesa
10VLa costante di va scelta in modo che essa sia:
CR
0V
che essa sia:‐ decisamente più grande del periodo del
segnale portante Tc, affinché il condensatore non si scarichi eccessivamente tra un picco e l’altro del segnale portante
0s 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0ms 5.0msV(AM) V(out)
-10V
‐ sensibilmente più piccola del periodo del segnale modulante Tm, affinché il condensatore possa seguire le evoluzioni del segnale modulante.
Deve essere: TmCRTc f
Elettronica applicata
TimemCcf
Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
3 Limitatore di Precisione
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3. Limitatore di PrecisioneApplicazione del Diodo di Precisione
Vi‐VEE V0
DRL
R Vd
t+
‐ D
V’
IR
VR
V0Vi
VCC
+VR
VR
t
VR
Per il principio di massa virtuale si ha:
0.1 RRRi IeVVVVSe
RVV
RRRi
0.2 RRRi IeVVVVSe
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3 Limitatore di Precisione3. Limitatore di PrecisioneApplicazione del Diodo di Precisione
RVV .2
+
‐
‐VEE V0
D
V’
RLR Vd
IR
RVV .2
0'' VVVVV DCC D conduce (Inseguitore
AVVV )('+Vi
VCC
V+
VRdi tensione)AVVV )('
AVVVR
'0
RVV .1Ma come già visto parlando del diodo di precisione:
VVVVVVV R
0
00 ' 0'' VVVVV DEE D interdetto
Lio
RVVV
AVVVVV R 00
AV
VA
VVA
VA
VV RR
11000
Lio RR
VVV
RVV 0
Elettronica applicata Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
4. Tosatori asimmetriciR2 Vi
‐VEE
DV
‐R1
IR
Vi Se R1=R2
+Vi
V
V0
V
VCC
Se D è interdetto ViRV 20 D è interdetto se : 00 0 VperchéViSe D è interdetto Vi
RV
10 D è interdetto se : 0i
D conduce se : VV 0 VViRR
1
2 D conduce se : VRRVi
2
1
Elettronica applicata Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
4. Tosatori asimmetrici( con Diodo Zener)
Se il ramo A‐B è un circuito è aperto
Configurazione invertenteD
R2
DZ Configurazione invertente
ViRRV
1
20
‐‐VEE
R1
A B
A‐B è un circuito è aperto VVVSe Z0
)(12 VVRVVVVR
+Vi
V0
IR
)(21
VVR
VVVVR ZiZi
U it i tit
i
VCC
Uscita invertita
)(1 VVRRVSe Zi Uscita tosata a )(0 VVV Z
2RElettronica applicata Applicazioni non lineari degli Amplificatori
Operazionali
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
4. Tosatori asimmetrici( con Diodo Zener)
TRANSCARATTERISTICATRANSCARATTERISTICAVi
TRANSCARATTERISTICATRANSCARATTERISTICAV0
)( VVVVS
Vi
)( VVV ZT
R i
V
Vi)(2
1VV
RRV zS
‐VEE
D
R1
R2
DZ
A B
+
‐
Vi
V0
1
IR
Elettronica applicata
VCC
Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
4. Tosatori simmetrici( con Diodi Zener Simmetrico)
Se il ramo A‐B è un circuito è aperto
ViRRV
1
20 DZ2
R2
DZ1A B R1
A‐B è un circuito è aperto
21012 VVVVVSe ZZ‐
‐VEE
R1
A BVZ1 VZ2
)()( 122
121
2
1 VV
RRVVV
RRSe ZiZ
V0+V
IR
ViRRV
1
20
Vi
VCC
Uscita tosata)()(
)(
120121
210212
1
VVVVVRRVSe
VVVVVRRVSe
ZZi
ZZi
)()( 120122
R ZZi
Elettronica applicata Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
4. Tosatori( con Diodi Zener Simmetrico)
Vi
VT
TRANSCARATTERISTICATRANSCARATTERISTICA
V0 T
Vo
VZ+V
VT
-VT
oVi
-VZ-V
-VTT
RVZ+V
V V
‐VEE
DZ2
R1
R2
DZ1
A BVZ1 VZ2
)(1
2VV
RRV ZT
ZZZ VVVeVVVSe 2121
-VZ-V
V0+
‐
Vi
VCC
1
IR
Elettronica applicata Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
5. Clamper di precisioneVV0
‐VEE DC
ViVp
+
‐Vi
‐ +
V’
VCCVo
V’
2Vp
Vppi VV C inizia a caricarsi fino a quando
00'0 0 VONDeVVPer i
D OFFC scarico
D ONC si
D OFFC carico
p
OFFDVVV EE '0Da qui in poi AO resta aperto C non può scaricarsi pi VVV 0
Elettronica applicatacaricaC non può scaricarsi
Applicazioni non lineari degli Amplificatori Operazionali
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
FINE
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Elettronica applicata
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
AMPLIFICATORI OPERAZIONALI:li i i li i applicazioni non lineari
applicazioni con diodi e transistor-2-applicazioni con diodi e transistor 2
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AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐ 1Elettronica applicata
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
Chi contattare:Ing. Simona Granchi email: simona.granchi@unifi.itIng. Simona Granchi email: simona.granchi@unifi.it
FONTI:1. J.Millman, C.C. Halkias, “Integrated Electronics”2. J. Millman, A. Grabel, “Microelectronics”3. C. J. Jager, “Microelettronica”
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Elettronica applicata 2AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
1 A lifi t i l1. Amplificatore esponenziale
TVfV
f eII 0Utilizzabile per espandere una dinamica compressa
R
f 0
TVsV
eRIRIV
Sf VV
‐
‐ VEE
D1
Vf
Tf eRIRIV
00
NOTA1 : RIN molto bassa
+V0
If
VS
+
NOTA1 : RIN molto bassa
NOTA2: Io, , VT dipendono da T
VCC
S‐
Per gli stessi motivi visti per l’amplificatore logaritmico si utilizza un transistor alposto del DIODO e si implementano soluzioni simili per la compensazione intemperatura
Elettronica applicata 3AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
1 A lifi t i l1. Amplificatore esponenziale
Utilizzabile per espandere una dinamica compressa
Ric
VBEV
‐
‐ VEE SBE VV
T
TVCSC eIi
ECB iiiSe 0(f i t Di d )
+V0
VS
+
(funzionamento a Diodo) VBE
VCC
S‐
T
s
T
BEVV
CSV
V
CSC eRIeRIRiV 0
Elettronica applicata 4AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
1 A lifi t i l
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
1. Amplificatore esponenziale Compensato a Transistor
+V R1I+VR R1
R2 T1T2
IC1
IC2
‐VEE
VS
VBE1
‐VBE2
‐VEE
+
‐+
+VCC
R4
+15 V-V
VCC
CC
R3
+15 VV0
15 V
Elettronica applicata 5AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
-15 V
1 A lifi t i l
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
1. Amplificatore esponenziale Compensato a Transistor
+VR R1I
CS
CTBE I
IVV lnSappiamo:
‐VEE
+VR
VS
1
VBE1
‐
R2 T1T2
VBE2‐VEE
IC1
IC2
2
1
210 V
RVI
VVV
RC
BEBE+
‐VEE
VCC
+
‐
+VCC
R4
+15 V-V
V0
1
02
1
RV
IC
VCCR3
-15 V
0
essendo:43
3
RRR
VV S Si ha: )ln()ln(
1
20
0
1
243
3
RR
VV
VVR
RVV
RRR
VVR
TR
TS
433
1
2
0
RRR
TVsV
R eRR
VV
433
2
10
RRR
TVsV
R eRRVV
Indipendenza da Ics e compensazione della variazione di VT con termistori
Elettronica applicata 6AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
T
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
Esempi di di moltiplicatore e divisore analogici con Amplificatori logaritmici ed esponenzialip g p
Sommatore non invertente a guadagnoR
V AL1 V invertente a guadagno unitario
+
VS1 AL1
‐VEE
V01
’+
‐
R
AE V’0
+VV
V0=V’S
RR
VS2 AL2 +VCCV02
AL1, AL2 : Amplificatori logaritmiciAE: Amplificatore esponenziale
Elettronica applicata 7AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
M lti li t L it i
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
Esempio di applicazione degli amplificatori logaritmici ed esponenziali
Moltiplicatore Logaritmico
RVS1 AL1
‐VEE
V01
In uscita a AL1 e AL2:
12101 ln SVKKV +
‐
R
RVS2 AL2
AE V’0
+VCCV02
V0=V’S 22102 ln SVKKV
T RRR
VK3
431
RR
RVRRK
Rcon
1
22
3
I it l tIn uscita al sommatore:
212212211210 lnlnln SSSS VVKKVKKVKKV
)2(ln1 VVKIn uscita a AE: 212)21
22(ln
20
1SS
SVSVK VVKeK
V
Elettronica applicata 8AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
Esempio di applicazione degli amplificatori logaritmici ed
Moltiplicatore Analogico con Amplificatore logaritmico ed esponenziali
Esempio di applicazione degli amplificatori logaritmici ed esponenziali
Moltiplicatore Divisore
Amplificatore logaritmico
Amplificatore esponenzialeAmplificatore sommatore Amplificatore di differenze
Amplificatore logaritmico
Amplificatore esponenziale
Elettronica applicata 9AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
2 Active Peak Detector
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
2. Active Peak DetectorApplicazione del Diodo di Precisione
CROUT OUT(senza carico)
'00
VVVA
VVSe i
l’AO satura positivamente, mandando D in conduzioneC si carica fino a VPn e la differenza ai capi di AO si riduce in quantoVi=V0, AO entra in regione lineare e V’ ( dalla saturazione positiva)
A inizia diminuire e D ad un certo punto si interdice. C non si carica più.
''0 VVVVVSe Pni l’AO satura negativamente e D interdetto , impedendo al C di scaricarsi,
attraverso l’uscita dell’AO e C mantiene la sua carica e V0=VPi
Elettronica applicata 10AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
attraverso l uscita dellAO e C mantiene la sua carica e V0 VPi
2 Active Peak Detector
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
2. Active Peak DetectorApplicazione del Diodo di Precisione
‐VEE C+
Effetti di carico: dipende anche da RL
CRR LOUT )(+
‐
VEE C V0D
V’
RL
PROBLEMA 1: Il carico assorbe+Vi
VCC
V’
ROUT
CVVPer ' D è interdetto
PROBLEMA 1: Il carico assorbe corrente dal condensatore
PROBLEMA 2: C
VCC
+VC
EEVVVV 'SOLUZIONE 1
‐
‐VEE C
V0D
+
RL
+
‐
‐V
saturazione
Vi
+
VCC
V’
ROUT
‐VEE
Inseguitore di tensione che disaccoppia il condensatore dal carico impedendo che il carico assorba da esso corrente e lo scarichi
Elettronica applicata 11AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
carico assorba da esso corrente e lo scarichi variando il livello di picco “memorizzato”
2 Active Peak Detector
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
2. Active Peak DetectorApplicazione del Diodo di Precisione
SOLUZIONE 2SOLUZIONE 2
EECi VVVVPer '
D1 conduce 0' VV
Elettronica applicata 12AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
2 Active Peak Detector
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
2. Active Peak DetectorApplicazione del Diodo di Precisione
Esempio di applicazione: Rivelatore di inviluppo di segnale AMEsempio di applicazione: Rivelatore di inviluppo di segnale AM
D1AOP
AM+
OUT
U1
+
U2
out
Se vogliamo rivelare l’inviluppo diun segnale AM, basta inserire, neli i d l i l di iD1N914
CR
-
-
OUT
RL
0
circuito del rivelatore di picco, unaresistenza in parallelo alcondensatore per fare in modo cheesso possa anche scaricarsi ; inqueste condizioni il circuito è in
0
100n 2.2k
0
0grado di seguire il picco del segnaledi ingresso anche in discesa
10VLa costante di va scelta in modo che essa sia:
CR
0V
che essa sia:‐ decisamente più grande del periodo del
segnale portante Tc, affinché il condensatore non si scarichi eccessivamente tra un picco e l’altro del segnale portante
0s 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0ms 5.0msV(AM) V(out)
-10V
‐ sensibilmente più piccola del periodo del segnale modulante Tm, affinché il condensatore possa seguire le evoluzioni del segnale modulante.
Deve essere: TmCRTc f
Elettronica applicata 13AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
TimemCcf
3 Limitatore di Precisione
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
3. Limitatore di PrecisioneApplicazione del Diodo di Precisione
Vi‐VEE V0
DRL
R Vd
t+
‐ D
V’
IR
VR
V0Vi
VCC
+VR
VR
t
VR
Per il principio di massa virtuale si ha:
0.1 RRRi IeVVVVSe
RVV
RRRi
0.2 RRRi IeVVVVSe
Elettronica applicata 14AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
3 Limitatore di Precisione3. Limitatore di PrecisioneApplicazione del Diodo di Precisione
RVV .2
+
‐
‐VEE V0
D
V’
RLR Vd
IR
RVV .2
0'' VVVVV DCC D conduce (Inseguitore
AVVV )('+Vi
VCC
V+
VRdi tensione)AVVV )('
AVVVR
'0
RVV .1Ma come già visto parlando del diodo di precisione:
VVVVVVV R
0
00 ' 0'' VVVVV DEE D interdetto
Lio
RVVV
AVVVVV R 00
AV
VA
VVA
VA
VV RR
11000
Lio RR
VVV
RVV 0
Elettronica applicata 15AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
4. Tosatori asimmetriciR2 Vi
‐VEE
DV
‐R1
IR
Vi Se R1=R2
+Vi
V
V0
V
VCC
Se D è interdetto ViRV 20 D è interdetto se : 00 0 VperchéViSe D è interdetto Vi
RV
10 D è interdetto se : 0i
D conduce se : VV 0 VViRR
1
2 D conduce se : VRRVi
2
1
Elettronica applicata
16
AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
4. Tosatori asimmetrici( con Diodo Zener)
Se il ramo A‐B è un circuito è aperto
Configurazione invertenteD
R2
DZ Configurazione invertente
ViRRV
1
20
‐‐VEE
R1
A B
A‐B è un circuito è aperto VVVSe Z0
)(12 VVRVVVVR
+Vi
V0
IR
)(21
VVR
VVVVR ZiZi
U it i tit
i
VCC
Uscita invertita
)(1 VVRRVSe Zi Uscita tosata a )(0 VVV Z
17
AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
2RElettronica applicata
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
4. Tosatori asimmetrici( con Diodo Zener)
TRANSCARATTERISTICATRANSCARATTERISTICAVi
TRANSCARATTERISTICATRANSCARATTERISTICAV0
)( VVVVS
Vi
)( VVV ZT
R i
V
Vi)(2
1VV
RRV zS
‐VEE
D
R1
R2
DZ
A B
+
‐
Vi
V
V0
1
IR
Elettronica applicata
18
AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
VCC
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
4. Tosatori simmetrici( con Diodi Zener Simmetrico)
Se il ramo A‐B è un circuito è aperto
ViRRV
1
20 DZ2
R2
DZ1A B R1
A‐B è un circuito è aperto
21012 VVVVVSe ZZ‐
‐VEE
R1
A BVZ1 VZ2
)()( 122
121
2
1 VV
RRVVV
RRSe ZiZ
V0+V
IR
ViRRV
1
20
Vi
VCC
Uscita tosata)()(
)(
120121
210212
1
VVVVVRRVSe
VVVVVRRVSe
ZZi
ZZi
19
AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
)()( 120122
R ZZi
Elettronica applicata
Elettronica Applicataa.a. 2015/2016
4. Tosatori( con Diodi Zener Simmetrico)
Vi
VT
TRANSCARATTERISTICATRANSCARATTERISTICA
V0 T
Vo
VZ+V
VT
-VT
oVi
-VZ-V
-VTT
RVZ+V
V V
‐VEE
DZ2
R1
R2
DZ1
A BVZ1 VZ2
)(1
2VV
RRV ZT
ZZZ VVVeVVVSe 2121
-VZ-V
V0+
‐
Vi
VCC
1
IR
Elettronica applicata
20
AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐
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5. Clamper di precisioneVV0
‐VEE DC
ViVp
+
‐Vi
‐ +
V’
VCCVo
V’
2Vp
Vppi VV C inizia a caricarsi fino a quando
00'0 0 VONDeVVPer i
D OFFC scarico
D ONC si
D OFFC carico
p
OFFDVVV EE '0Da qui in poi AO resta aperto C non può scaricarsi pi VVV 0
Elettronica applicata 21AO applicazioni con diodi e transistor ‐2‐caricaC non può scaricarsi
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