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Elettronica Applicata L-A Esercitazioni: Amplificatore Operazionale; bipoli S e N.

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Presentazione sul tema: "Elettronica Applicata L-A Esercitazioni: Amplificatore Operazionale; bipoli S e N."— Transcript della presentazione:

1 Elettronica Applicata L-A Esercitazioni: Amplificatore Operazionale; bipoli S e N

2 Programma di oggi: AMPLIF. OPERAZIONALE (OpAmp): Modello ideale Modello SPICE Circuiti con OpAmp Esempi di simulazione BIPOLI S e N Con OpAmp Simulazioni

3 OpAmp IDEALE 1)Rileva la differenza, la moltiplica per A; 2)Non assorbe corrente in ingresso: i in =0, i out =0; 3)Il terminale di uscita si comporta come quello di un gen. di tensione ideale: cioè la tens. v 0 è indipendente dalla corrente fornita alla impedenza di carico

4 OpAmp IDEALE: circ. EQUIVALENTE OpAmp risponde solo al segnale differenza, ignora ogni segnale comune ai due ingr. (reiezione del modo comune) A rimane costante su tutte le freq (larghezza di banda infinita) A guadagno differenziale o guad. ad anello aperto generatore comandato: la tens. dipende da altri morsetti

5 Proprietà di A molto grande, idealmente infinito; cosa me ne faccio di unuscita infinita? risposta: in QUASI tutte le applicazioni, lOpAmp non viene usato in anello aperto, ma viene chiuso in retroazione così facendo, la grandezza caratteristica dellOpAmp diventerà il guadagno ad anello chiuso, che si potrà calcolare molto facilmente proprio grazie allipotesi che A sia infinito

6 Config. non invertente R 2 fra uscita e term invertente (segno -) retroazione NEGATIVA R 2 chiude lanello attorno allOpAmp v i ingresso v o uscita

7 Cortocircuito Virtuale guadagno ad anello chiuso: supp che il circuito funzioni, cioè ho unuscita v 0 FINITA; nellhp OpAmp ideale, cioè, poiché A prossimo allinfinito, v 1 molto prossima a v 2 (cortocircuito virtuale fra i term. dingr.) non è un cc fisico: significa che qualunque tensione è presente su v 2, lo sarà automaticam. anche su v 1

8 Guadagno ad anello chiuso grazie al cc virtuale, la tensione su R 1 è v i la corrente che scorre in R 1 non scorre dentro lOpAmp, poiché R i =0, e quindi è la stessa che scorre su R 2

9 Confronto fra A e G A dipende da parametri interni allOpAmp non si riesce a impostare con precisione, perché dipende da molti parametri non controllabili G dipende solo dal rapporto di componenti passivi esterni posso rendere lamplificaz ad anello chiuso PRECISA quanto voglio, scegliendo le R con adeguata precisione G è idealmente indipendente da A Riepilogo: partiti da OpAmp con guadagno a.a. molto elevato applicato una retroazione negativa ottenuto un guadagno G a.c. minore di A ma stabile e calcolabile a priori (meno guadagno, più precisione)

10 Modello dellOpAmp Un OpAmp per funzionare deve assorbire potenza due morsetti, V UMP V UMM, che identificano anche le tensioni max e min che si possono avere in uscita Il funzionamento lineare considerato finora risulterà limitato ad un intervallo

11 Caratteristica statica 3 regioni di funzionamento: sat. positiva sat. negativa alto guadagno (HG)

12 Circuito equiv. ai piccoli segnali in regione di HG (quello di prima) nelle due regioni di saturazione v sat non dipende da v d

13 Modello dellOpAmp con SPICE non ci sono modelli già creati si utilizza il comando SUBCKT Modello 0 (ideale).SUBCKT OPAMP INP INM OUT PARAMS: +VUMP=10 VUMM=-10 AD=400k E1 OUT 0 +VALUE={max(min(AD*V(INP,INM),VUMP),VUMM}.ENDS

14 Modello dellOpAmp con SPICE II ho definito un sottocircuito che ha un gen. di tensione comandato da unespressione che dà tutti i possibili valori di V 0 in funzione di V d tutte e 3 le regioni di funzionamento INP INM OUT E1

15 ES 1: OpAmp ad anello aperto Vogliamo simulare: caratteristica statica risposta in transitorio a una SIN in ingresso analisi AC in 2 diversi punti di riposo VIN RLOAD (massa)

16 ES 1: OpAmp ad anello aperto operazionale ad anello APERTO: opamp ideale.SUBCKT OPAMP INP INM OUT PARAMS: VUMP=10 VUMM=-10 AD=400k E1 OUT 0 VALUE={MAX(MIN(AD*V(INP,INM),VUMP),VUMM)}.ENDS VIN 1 0 DC 0 AC 1 SIN (0 3u ) XAMP OPAMP PARAMS: AD=500k RLOAD 3 0 1k.OP.TRAN 10u 60m 0 1u.DC LIN VIN m.AC DEC k.PROBE V(1) V(3).END

17 Stimoli Transitori SIN (

18 ES 1: variazioni Domande: Che risultato darebbe lanalisi AC se il gen. VIN avesse un valore DC uguale a 1? Che risultato nellanalisi TRAN, se progressivam. aumento lampiezza della sinusoide in ingresso? (oss. che il valore DC non influenza la.TRAN, che invece considera la V off del SIN) provo i valori 24u, 24m

19 Variazioni: risposte 1)Il punto di riposo si è spostato su una retta a guadagno = 0 lanalisi AC dà 0 su tutto lasse delle frequenze 2)Aumentando lampiezza della sin in ingresso: finchè AV d è <= 10V, e dunque V d <=20uV, ad una sin in ingresso corrisponde una sin in uscita, cioè vale lapprossimazione lineare di piccoli segnali; per Vd>20uV, i segnali non sono più abbastanza piccoli => onda quadra

20 ES 2: OpAmp ad anello chiuso (configurazione non invertente) Vogliamo simulare: caratteristica statica; fenomeno del cortocircuito virtuale.

21 ES 2: OpAmp ad anello chiuso operazionale ad anello CHIUSO: opamp ideale.SUBCKT OPAMP INP INM OUT PARAMS: VUMP=10 VUMM=-10 AD=400k E1 OUT 0 VALUE={MAX(MIN(AD*V(INP,INM),VUMP),VUMM)}.ENDS VIN 2 0 DC 0 AC 1 SIN (0 3u ) XAMP OPAMP PARAMS: AD=500 R R k.TRAN 10u 20m 0 1u.DC LIN VIN m.AC DEC k.PROBE V(1) V(3).END

22 ES 2: variazioni Domanda: Cosa succede se abbassiamo il guadagno ad anello aperto, A d ? Provo A d =500 Risposta: Mi aspetto che G si allontani dal valore ideale, poiché aumenta la sua dipendenza da A: tanto più A è grande, tanto più G è indipendente da A, e più prossimo a

23 Modello dellOpAmp II *************************************************** * OPAMP MACRO MODEL, SINGLE-POLE.SUBCKT OPAMP * Input Impedance RIN1210MEG * DC Gain=100K and Pole1=100HZ * Unity Gain = DC Gain X Pole1 = 10MHZ EGAIN K RP1341K CP UF * Output Buffer and Resistance EBUFFER ROUT5610.ENDS *************************************************** un modello più realistico tiene in considerazione: R in, R out, banda limitata

24 Bipolo S Un bipolo S è un particolare tipo di bipolo NL, che ha una caratteristica così fatta: la res. differenziale è negativa in un intervallo di valori dove cambia la pendenza si ha: r s = 1 / pendenza = 0 OSS: V=V(I) è una funzione, mentre I=I(V) non lo è

25 Bipolo S con OpAmp Per ricavare la caratteristica statica: devo far variare I inserisco un generatore di corrente S R1 R2 R3 Xamp

26 ES 3: Bipolo S con OpAmp bipolo S con opamp.SUBCKT OPAMP INP INM OUT PARAMS: VUMP=10 VUMM=-10 +AD=400K E1 OUT 0 VALUE={MAX(MIN(AD*V(INP,INM),VUMP),VUMM)}.ENDS R R R k XAMP OPAMP PARAMS: AD=500k IIN 2 3 DC 0.DC LIN IIN -20m 20m 100u.PROBE V(3,2).END


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