modulatori intermedi (condizionamento analogico dei segnali)
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MODULATORIMODULATORIINTERMEDIINTERMEDI
(CONDIZIONAMENTO (CONDIZIONAMENTO ANALOGICO DEI SEGNALI)ANALOGICO DEI SEGNALI)
CARATTERISTICA DI FUNZIONAMENTO DEL DIODOCARATTERISTICA DI FUNZIONAMENTO DEL DIODO
STABILIZZATORESTABILIZZATORE
DIODO RADDRIZZATOREDIODO RADDRIZZATORE
GENGEN
RiRi
GENGEN
RiRi
PONTE DI DIODIPONTE DI DIODI
++ --
TRIODOTRIODO
TRIODOTRIODO
APPLICAZIONE: VOLTMETRO ELETTRONICOAPPLICAZIONE: VOLTMETRO ELETTRONICO
All’inizio i terminali di ingersso sono in corto All’inizio i terminali di ingersso sono in corto circuito, ossia le griglie G1 e G2 sono allo stesso circuito, ossia le griglie G1 e G2 sono allo stesso potenziale. In queste condizioni si regola il cursore potenziale. In queste condizioni si regola il cursore R in modo che le correnti anodiche T1 e T2 siano R in modo che le correnti anodiche T1 e T2 siano identiche: G non segna passaggio di corrente.identiche: G non segna passaggio di corrente.
In condizioni di lavoro, tra A e B vi è una d.d.p., che In condizioni di lavoro, tra A e B vi è una d.d.p., che varia il potenziale di polarizzazione della griglia G1, varia il potenziale di polarizzazione della griglia G1, quindi la corrrente anodica di T1, mentre G2, quindi la corrrente anodica di T1, mentre G2, sempre a massa, lascia inalterata la corrente sempre a massa, lascia inalterata la corrente anodica di T2. Tra i due anodi si ha ora una d.d.p., anodica di T2. Tra i due anodi si ha ora una d.d.p., quindi G segnerà un passaggio di corrente quindi G segnerà un passaggio di corrente proporzionale a Vi.proporzionale a Vi.
VANTAGGI:VANTAGGI:
• impedenza di ingresso molto impedenza di ingresso molto elevata (oltre 1 Melevata (oltre 1 M))
• T1 amplifica le variazioni di T1 amplifica le variazioni di potenziale in griglia facilitando potenziale in griglia facilitando la misura di d.d.p. continue di la misura di d.d.p. continue di valore assai basso (valore assai basso (V)V)
++ --
EVOLUZIONE DEL DIODO: EVOLUZIONE DEL DIODO: ILTRANSISTORILTRANSISTOR
NN
NN
PP
EMETTITOREEMETTITORE
COLLETTORECOLLETTORE
BASEBASE
TRANSISTORTRANSISTOR
NPNNPN PNPPNP
SCHEMA DI SCHEMA DI FUNZIONAMENTO (NPN)FUNZIONAMENTO (NPN)
IL TRANSISTOR IN UN IL TRANSISTOR IN UN CIRCUITO CIRCUITO (SCHEMA COMMON-EMITTER)(SCHEMA COMMON-EMITTER)
I h IC FE B
h guadagno cFE orrente
valori tipici hvalori tipici hFEFE = 20 = 20
IL TRANSISTOR IN UN IL TRANSISTOR IN UN CIRCUITO CIRCUITO (SCHEMA COMMON-EMITTER)(SCHEMA COMMON-EMITTER)
emitter in comune tra output emitter in comune tra output ed inputed input
IIBB
Il funzionamento è dato Il funzionamento è dato dall’intersezione tra la retta di carico dall’intersezione tra la retta di carico del resistore RC e la carattteristica del del resistore RC e la carattteristica del transistor.transistor.
La linea tratteggiata esprime la La linea tratteggiata esprime la massima dissipazione del transistor: massima dissipazione del transistor: è un limite non oltrepassabile.è un limite non oltrepassabile.
La corrente di base è limitata da RB; La corrente di base è limitata da RB; Se IB cala, il punto di funzionamento Se IB cala, il punto di funzionamento si abbassa fino al cut-off (IB=0).si abbassa fino al cut-off (IB=0).
Se IB cresce il limite è dato dalla Se IB cresce il limite è dato dalla “saturazione”. In tale condizione V(emitter-“saturazione”. In tale condizione V(emitter-collector ) è ad un valoire minimo di 0.1-0.2 V collector ) è ad un valoire minimo di 0.1-0.2 V con la massima corrente.con la massima corrente.
CUT-OFF CUT-OFF impedenza del transistor molto impedenza del transistor molto altaalta (interrruttore aperto)(interrruttore aperto)
SATURAZIONESATURAZIONE impedenza del transistorimpedenza del transistor molto bassa (interruttore molto bassa (interruttore chiuso) chiuso)
IL CIRCUITO EMITTER-FOLLOWERIL CIRCUITO EMITTER-FOLLOWER
La resistenza effettiva di ingresso è 100 La resistenza effettiva di ingresso è 100 volte più grande di quella di uscita. Questo volte più grande di quella di uscita. Questo siginfica che la potenza richiesta al segnale siginfica che la potenza richiesta al segnale di ingresso per pilotare il carico è molto di ingresso per pilotare il carico è molto minore di quella che si avrebbe nel caso di minore di quella che si avrebbe nel caso di collegamento diretto tra l’ingresso ed il collegamento diretto tra l’ingresso ed il carico.carico.
Questo circuito Emitter-Follower funziona Questo circuito Emitter-Follower funziona come un amplificatore di potenza e come come un amplificatore di potenza e come adattatore di impedenza. adattatore di impedenza.
Per aumentare il rapporto di Per aumentare il rapporto di amplificazione l’emettitore di un amplificazione l’emettitore di un primo stadio può essere collegato primo stadio può essere collegato con la base di un ulteriore con la base di un ulteriore transistor.transistor.
Il guadagno in corrente è il Il guadagno in corrente è il prodotto dei due (1e2*1e2=1e4).prodotto dei due (1e2*1e2=1e4).
Oggigiorno i transistor più diffusi Oggigiorno i transistor più diffusi sono i FET (field effect transistors) e sono i FET (field effect transistors) e i MOSFET che, invece che in i MOSFET che, invece che in corrente, sono controllati in corrente, sono controllati in tensione.tensione.
AMPLIFICATORIAMPLIFICATORI
L’amplificatore viene visto come una L’amplificatore viene visto come una scatola nera; può essere un semplice scatola nera; può essere un semplice transistor o un circuito più complesso transistor o un circuito più complesso (integrato).(integrato).
L’alimentazione è tipicamente in DC. Un L’alimentazione è tipicamente in DC. Un circuito di ingresso controlla il circuito di ingresso controlla il trasferimento di energia all’uscita: il trasferimento di energia all’uscita: il segnale in uscita deve avere un segnale in uscita deve avere un contenuto in potenza superiore a quello contenuto in potenza superiore a quello in ingresso: questo incremento in in ingresso: questo incremento in potenza è prelevato dall’alimentazione potenza è prelevato dall’alimentazione
AMPLFICATOREAMPLFICATORE
V VR Ri
SS i
1 /Ri deve essere molto grande ed Ro deve Ri deve essere molto grande ed Ro deve essere molto piccola per il massimo essere molto piccola per il massimo guadagno in tensioneguadagno in tensione
Il guadagno del circuito aperto in Il guadagno del circuito aperto in tensione è 100 volte. Se Ri=100 ktensione è 100 volte. Se Ri=100 k R0=100 R0=100 , Rs=300 , Rs=300 Determinare il Determinare il guadagno totale in tensione ed in potenza guadagno totale in tensione ed in potenza quando a valle dell’amplificatore si ha una quando a valle dell’amplificatore si ha una resistenza di 50 resistenza di 50 e la sorgente in e la sorgente in tensione è di 10 mV.tensione è di 10 mV.
Stadio di ingresso: Stadio di ingresso:
V R V R R
Vi i s i s / /
.
10 10 10 10 300
0009708
4 3 4
Tensione a circuito aperto:Tensione a circuito aperto:
V A V Vo v i 100 0009708 09708. .
Stadio di uscita:Stadio di uscita:
V R V R RL L o L o / . /50 09708 100 50
Potenza in uscita:Potenza in uscita:
V R mW W o L2 203236 50 209 2090/ . / .
Guadagno in tensione:Guadagno in tensione:
0.3236 / 0.009708 = 33.33
Potenza in ingresso:Potenza in ingresso:
V R W i i2 20009708 10000 0009425/ . / .
Guadagno in potenza:Guadagno in potenza:2090 / 0.00945 = 221762
AMPLIFICATORE AMPLIFICATORE OPERAZIONALEOPERAZIONALE
UN AMPLIFICATORE REALEUN AMPLIFICATORE REALE
• componente essenziale che puo’ comparire anche in piu’ punti di una catena di misura.
• puo’ svolgere varie funzioni
supponiamo di avere un sensore attivo (ad esempio una termocoppia), che produca un segnale in tensione di basso livello (ad es 10 mV)
da un punto di vista elettrico esso puo’ essere visto come un generatore di tensione con un’impedenza in serie...
V0
R0
Rm
I
effetto di carico:
VmRmI R m
R mR 0
V0V0
sensore attivo con segnale di basso livello
due problemi:
• eseguire una misura di tensione “a vuoto”
• elevare il livello di tensione.
ELEMENTO BASE: AMPLIFICATORE AD ELEVATO GUADAGNO
V -
V+
V
Vu = A (V+-V- ) ; A=guadagno in ciclo apertoVu V alim
Vu
Zi
Zu
INGRESSO INGRESSO INVERTENTEINVERTENTE
INGRESSO NON INGRESSO NON INVERTENTEINVERTENTE
Valori reali:Valori reali:
guadagno: 100000 V/V (teorico infinito)guadagno: 100000 V/V (teorico infinito)
tensione di offset 1 mV a 25°C (teorico 0)tensione di offset 1 mV a 25°C (teorico 0)
correnti di bias iA, iB 10e-6 10e-14 A correnti di bias iA, iB 10e-6 10e-14 A (teorico 0)(teorico 0)
impedenza di ingresso 10e5 10e11 impedenza di ingresso 10e5 10e11 (teorico infinito)(teorico infinito)
impedenza di uscita 1 10 impedenza di uscita 1 10 (teorico 0) (teorico 0)
AMPLIFICATOREAMPLIFICATORE
in generale
• A é molto grande , idealmente
• Zi é molto grande, idealmente
• Zu é molto piccola , idealmente
da cui le equazioni ideali:
V+ = V- ; I+ = 0 ; I- = 0
A
Z i
Zu 0
ALTRI PARAMETRI IMPORTANTI:ALTRI PARAMETRI IMPORTANTI:
GUADAGNO IN TENSIONE DI MODO COMUNEGUADAGNO IN TENSIONE DI MODO COMUNE: : rapporto Vuscita/segnale uguale applicato su V+ e rapporto Vuscita/segnale uguale applicato su V+ e V-V-
LARGHEZZA DI BANDALARGHEZZA DI BANDA: frequenza in : frequenza in corrispondenza della quale il guadagno si riduce corrispondenza della quale il guadagno si riduce di volte rispetto alle basse frequenzedi volte rispetto alle basse frequenze
OFFSET DI TENSIONEOFFSET DI TENSIONE: V uscita quando V+=V- =0: V uscita quando V+=V- =0
1 2/
LA RETROAZIONELA RETROAZIONE
AA
RR
VoVoViVi ++
++
V AAR Vo i 1
loop apertoloop aperto loop chiusoloop chiuso
tornando al problema del sensore che fornisce un segnale
in tensione piccolo
come ridurre il fattore di carico?
AMPLIFICATORE SEPARATORE detto anche Voltage follower:
è un caso particolare di circuito NON INVERTENTE
V0
R0
Rm
I1
I2
V1 V2
funziona come se...
V
Val
R0
Rm
V -
V+
V0
se impongo che una frazione dell’uscita sia uguale all’ingresso...
AMPLIFICATORE NON INVERTENTE
V1
V2
V0
R0
Rm
R
R
/ 2V2
schema generale:
R1
V1
V2
A
R2
V2 = V1( 1 + R2 / R1 )VA V2R1
R1 R2
CASO PARTICOLARE R1>>R2: CASO PARTICOLARE R1>>R2: VOLTAGE FOLLOWERVOLTAGE FOLLOWER
GUADAGNO Av=1GUADAGNO Av=1
SI HA SOLO DISACCOPPIAMENTO SI HA SOLO DISACCOPPIAMENTO
perché si chiama non invertente?
esiste un altro modo di realizzare un amplificatore“che amplifica”:
AMPLIFICATOREINVERTENTE
V0
R0
Rm
R2
R1
V1 V2
A
I1 I2 0V
I11
R1I
V2
2
R2
V2 = - V1R 2 / R 1
I1
I2
SCHEMA ED EQUAZIONISCHEMA ED EQUAZIONI
Equazioni amplificatore invertente:Equazioni amplificatore invertente:
impedenza di uscita Ro=0;i1=V1/R1, perchè R1 è molto impedenza di uscita Ro=0;i1=V1/R1, perchè R1 è molto alta i1=0; questo equivale a potenziale in E pari a 0 alta i1=0; questo equivale a potenziale in E pari a 0 (E è detto “terra virtuale”).(E è detto “terra virtuale”).
Kirchoff: i1=-i2 V1/R1= -Vo/R2; il guadagno è allora Kirchoff: i1=-i2 V1/R1= -Vo/R2; il guadagno è allora
VoV
R
R12
1
contano dunque solo i resistori esterni e non il contano dunque solo i resistori esterni e non il guadagno dell’amplificatore a circuito aperto.guadagno dell’amplificatore a circuito aperto.
Il discorso vale se l’impedenza di ingresso Ri ed il guadagno A Il discorso vale se l’impedenza di ingresso Ri ed il guadagno A dell’amplificatore sono grandi. Se si scrivono le equazioni dell’amplificatore sono grandi. Se si scrivono le equazioni rigorose in E (ove il potenziale è v1)rigorose in E (ove il potenziale è v1)
V vR
Vo vR
vRi
1 11
12
1
Inoltre Vo=-Av1 da cui:Inoltre Vo=-Av1 da cui:
Svolgendo i conti:Svolgendo i conti:
V Vo A
R
Vo Vo A
R
Vo A
Ri
1
1 2
/ / /
VoV
R R
A R R R Ri12 1
1 1 2 1 2 1
/
/ / /
La semplificazione vista La semplificazione vista prima vale solo se A è molto prima vale solo se A è molto grandegrande
Valori tipici: R1=100 kValori tipici: R1=100 k, R2=1 M, R2=1 M, Ri=500 k, Ri=500 k, , A=10e3.A=10e3.
Dall’espressione semplificata viene un guadagno:Dall’espressione semplificata viene un guadagno:
Vo/V1=-10e6/(100e3)=-10Vo/V1=-10e6/(100e3)=-10
Se si utilizza l’espressione completa il guadagno è Se si utilizza l’espressione completa il guadagno è -9.87, con un errore di 1.3%. Spesso A è >10e3, per cui -9.87, con un errore di 1.3%. Spesso A è >10e3, per cui l’approssimazione è minorel’approssimazione è minore
OFFSET VOLTAGE E BIAS CURRENTOFFSET VOLTAGE E BIAS CURRENT
CIRCUITO INVERTENTE NEL CASO GENERALE:
ei eBR
eo eBR
eBR iB 1 2 4 0
eB=eA+Vos da cui
eo ei RR Vos iBR R
RRR 2
1 1 21
24( )( ) con R3=0
eo ei RR Vos iB iA R R
RRR 2
1 1 21
24[ ( ) ]( ) con R3=R
ERRORE
1/R=1/R1+1/R2+1/R3
caso R3=R: l’errore dovuto alla corrente di bias è proporzionale a (iA-iB), circa 10 volte più piccolo di quello legato alle sole iA o iB
possibili soluzioni più raffinate sono mostrate nella pagina seguente
BILANCIAMENTO MANUALE
annulla problemi di bias current e offset voltage, ma la correzione va ripetuta nel
tempo.
ALTRA SOLUZIONE
( se predomina corrente di bias: iBR1>5mV)
Esempio: caso del follower: Esempio: caso del follower: eo=(ea-eb-Vos)Aeo=(ea-eb-Vos)A
In teoria:In teoria:
eo=(ei-eo-0)infinitoeo=(ei-eo-0)infinito
eo/infinito=ei-eo; ei=eoeo/infinito=ei-eo; ei=eo
con A=1e6,Vos=1mV, con A=1e6,Vos=1mV,
si ha:si ha:
eo=0.9999ei-0.0009999, una eo=0.9999ei-0.0009999, una buona approssimazione se buona approssimazione se e0>>1mVe0>>1mV
Vos
b
aeo
ei
Valori tipici:Valori tipici:
eo=10V con 10mAeo=10V con 10mA
APPLICAZIONI CHE SFRUTTANO APPLICAZIONI CHE SFRUTTANO L’AMPLIFICATORE OPERAZIONALEL’AMPLIFICATORE OPERAZIONALE
CIRCUITO SOMMATORECIRCUITO SOMMATORE
(invertente)(invertente)
-if=i1+i2+i3-if=i1+i2+i3
EoRf
ER
ER
ER
11
22
33
Eo Rf ER
ER
ER
11
22
33
APPLICAZIONI CHE SFRUTTANO APPLICAZIONI CHE SFRUTTANO L’AMPLIFICATORE OPERAZIONALEL’AMPLIFICATORE OPERAZIONALE
CIRCUITO SOMMATORECIRCUITO SOMMATORE
(non invertente)(non invertente)
Eo=E1+E2Eo=E1+E2
APPLICAZIONI CHE SFRUTTANO APPLICAZIONI CHE SFRUTTANO L’AMPLIFICATORE OPERAZIONALEL’AMPLIFICATORE OPERAZIONALE
CIRCUITO INTEGRATORECIRCUITO INTEGRATORE
Caduta di tensione sulla Caduta di tensione sulla capacità:capacità:
10
/ C idtt
ii= -i (terra virtuale);
i2= - (Vi/Ri); ne viene che
Vo C Vi Ri dtt
CRi Vi Ri dtt
10
10
/ /
/ /
APPLICAZIONI CHE SFRUTTANO APPLICAZIONI CHE SFRUTTANO L’AMPLIFICATORE OPERAZIONALEL’AMPLIFICATORE OPERAZIONALE
CIRCUITO DERIVATORECIRCUITO DERIVATORE
ii= -if (terra virtuale);
Ei C iidtt
C EoRf dt
t
10
10
/
/
APPLICAZIONI CHE SFRUTTANO APPLICAZIONI CHE SFRUTTANO L’AMPLIFICATORE OPERAZIONALEL’AMPLIFICATORE OPERAZIONALE
CIRCUITO MOLTIPLICATORECIRCUITO MOLTIPLICATORE
E DIVISOREE DIVISORE
APPLICAZIONI CHE SFRUTTANO APPLICAZIONI CHE SFRUTTANO L’AMPLIFICATORE OPERAZIONALEL’AMPLIFICATORE OPERAZIONALE
CONVERTITORE CORRENTE TENSIONECONVERTITORE CORRENTE TENSIONE
E’ un follower con R tra E’ un follower con R tra l’ingresso non invertente e l’ingresso non invertente e terra.terra.V2=iin R; v1=Vo,V2=iin R; v1=Vo,Vo=A(v2-v1)Vo=A(v2-v1)Vo(1+A)=A iin RVo(1+A)=A iin RVo=A iin R/(1+A); A grandeVo=A iin R/(1+A); A grande
Vo=iin RVo=iin R
APPLICAZIONI CHE SFRUTTANO APPLICAZIONI CHE SFRUTTANO L’AMPLIFICATORE OPERAZIONALEL’AMPLIFICATORE OPERAZIONALE
CONVERTITORE TENSIONE CORRENTECONVERTITORE TENSIONE CORRENTE
E’ un tipico non invertente E’ un tipico non invertente ove i di feedback è la base ove i di feedback è la base del segnale di uscita.del segnale di uscita.v1=ioutR, v2=Vinv1=ioutR, v2=VinVo=ioutRL=A(v2-v1)Vo=ioutRL=A(v2-v1)Vo=A(Vin-ioutR)Vo=A(Vin-ioutR)iout(RL+AR)=AVin, con Aiout(RL+AR)=AVin, con AioutAR=AVin; iout=Vin/RioutAR=AVin; iout=Vin/R
consideriamo ora un sensore passivo, inseritoin un circuito a ponte:
se usassi uno degli amplificatori visti precedentementecortocircuiterei un ramo del ponte!
VV0
R+R
R+R
R
R
Rm?
CONFIGURAZIONE DEGLI AMPLIFICATORI
UNIPOLARE DIFFERENZIALE
k k
Zi Zi
Zu Zu
VuVu
torniamo dunque al ponte...
l’amplificatore differenziale separa il circuito di trasduzionedall’elemento terminale, consentendo due collegamentidi terra indipendenti.
VV0
R+R
R+R
R
RRm
L’AMPLIFICATORE DIFFERENZIALEL’AMPLIFICATORE DIFFERENZIALE
V vR
v VoR
1 11
12
v V R VoRR R1 1 2 1
1 2
NODO XNODO X
V vR
vR
2 23
24
v RR R2 4
3 4
NODO YNODO Y
Vo=A(v1-v2)Vo=A(v1-v2)
( ) ( ) ( )v v VoA
V R VoRR R
V RR R1 2 1 2 1
1 22 4
3 4
Vo
V R R R RR R
V R R 2 4 3 1 2 1
1 4 31 2 1
( / ) ( / )( / )
( / )
con A grandecon A grande
R4/R3 e R2/R1 possono essere rese ugualiR4/R3 e R2/R1 possono essere rese uguali
Vo R R V V 2 1 2 1/
I segnali sono in genere composti da due parti I segnali sono in genere composti da due parti distinte: distinte:
il segnale COMMON MODE (media degli il segnale COMMON MODE (media degli ingressi)ingressi)
il segnale DIFFERENCE MODE (differnza degli il segnale DIFFERENCE MODE (differnza degli ingressi)ingressi)
Idealmente l’amplificatore differenziale Idealmente l’amplificatore differenziale dovrebbe riguardare solo il segnale differenziale, dovrebbe riguardare solo il segnale differenziale, tuttavia anche il segnale comune viene in qualche tuttavia anche il segnale comune viene in qualche modo amplificato.modo amplificato.
CMRR è definito come il rapporto tra il CMRR è definito come il rapporto tra il guadagno della tensione differenziale e il guadagno della tensione differenziale e il guadagno della tensione comune. Tale guadagno della tensione comune. Tale valore deve essere il più alto possibile.valore deve essere il più alto possibile.
Valori tipici di CMRR: 90dB, ciò significa Valori tipici di CMRR: 90dB, ciò significa che lo stesso segnale applicato ai due che lo stesso segnale applicato ai due ingressi darà un’uscita circa 32000 volte ingressi darà un’uscita circa 32000 volte più piccola di quella data da un segnale più piccola di quella data da un segnale applicato ad uno solo dei due ingressi.applicato ad uno solo dei due ingressi.
Esempio: riduzione del rumoreEsempio: riduzione del rumore
DA RICORDARE !!!DA RICORDARE !!!
SIMBOLI DI MESSA A TERRASIMBOLI DI MESSA A TERRA
GROUNDGROUND CHASSISCHASSIS
AMPLIFICATORE IN CORRENTEAMPLIFICATORE IN CORRENTE
R1
Vi
Rf Rsii
io
is
vi è circa 0, VX= - iiRf
io=ii+is, VX= - isRs
VX
GUADAGNO IN CORRENTE:
Aic=io/ii= - (VX/Rf+VX/Rs)/-VX/Rf =
Rf Rs RfRfRs
RfRs
( ) 1
AMPLIFICATORE PER STRUMENTAZIONEAMPLIFICATORE PER STRUMENTAZIONE
PREGI:PREGI:
Alta impedenza di ingresso e bassa impedenza Alta impedenza di ingresso e bassa impedenza di uscitadi uscita
Alto CMRRAlto CMRR
Basso livello di rumore Basso livello di rumore
Basso offset drift (effetto della temperatura)Basso offset drift (effetto della temperatura)
In A la tensione è v1, in B è v2.V1=v1-v2 è la In A la tensione è v1, in B è v2.V1=v1-v2 è la caduta su R1; I=V1/R1.caduta su R1; I=V1/R1.
v’1=v1+R2V1/R1v’1=v1+R2V1/R1 v’2=v2+R2V1/R1 v’2=v2+R2V1/R1
v’1-v’2=V1[1+2(R2/R1)]v’1-v’2=V1[1+2(R2/R1)]
X terra virtuale, i1=i2; (v’1-vX)/R3=(vX-Vo)/R4X terra virtuale, i1=i2; (v’1-vX)/R3=(vX-Vo)/R4
Ingresso differenziale in A3 è virtualmente 0, Ingresso differenziale in A3 è virtualmente 0, vX=vYvX=vY
Ingresso non invertente: (v’2-vY)/R5=vY/R6Ingresso non invertente: (v’2-vY)/R5=vY/R6
Si ricava Si ricava Vo R R v
R R R R v 1 4 3
1 5 6 4 321
// ( / )
''
Ma è anche:Ma è anche:Vo AD v v ( )' '2 1
da cui AD=R4/R3 ed anche AD=R6/R5.da cui AD=R4/R3 ed anche AD=R6/R5.
Il rapporto tra ingresso ed uscita è:Il rapporto tra ingresso ed uscita è:
Vo=(R4/R3)[1+2(R2/R1)]V1Vo=(R4/R3)[1+2(R2/R1)]V1
Il quarzo ha una elevata impedenza di uscitaIl quarzo ha una elevata impedenza di uscita
L’impedenza di ingresso dell’amplificatore L’impedenza di ingresso dell’amplificatore deve essere molto maggioredeve essere molto maggiore
Due possibilità:Due possibilità:
- amplificatore in tensione- amplificatore in tensione
- amplificatore in carica- amplificatore in carica
AMPLIFICATORI IN TENSIONE E IN CARICAAMPLIFICATORI IN TENSIONE E IN CARICA
AMPLIFICATORE IN TENSIONEAMPLIFICATORE IN TENSIONE
RRaa
CCaa
RRcc
CCcc
RRpp
CCpp
QQaaVVoo
accelerometroaccelerometro cavocavo preamplificatorepreamplificatore
++
--
adattatore di impedenzaadattatore di impedenzacon G = 1con G = 1
SVANTAGGI:SVANTAGGI:
l’uscita varia al variare di:l’uscita varia al variare di:
capacità del cavocapacità del cavo
resistenze di contattoresistenze di contatto
umidità e sporcizia nei contattiumidità e sporcizia nei contatti
RRaa
CCaa
RRcc
CCcc
RRpp
CCpp
QQaaVVoo
CCff
RRff
accelerometroaccelerometro cavocavo preamplificatorepreamplificatore
AMPLIFICATORE IN CARICAAMPLIFICATORE IN CARICA
VVQQ
CCCC CC CC CC
GG
oo aa
ffaa cc pp ff
Se le resistenze RSe le resistenze Rii sono piccole: sono piccole:
essendo:essendo:G: G: guadagno dell’amplificatore operazionaleguadagno dell’amplificatore operazionale
Siccome G è molto elevato:Siccome G è molto elevato:
VVQQCCoo aa
ff
SVANTAGGI:SVANTAGGI:
Alle alte frequenze il cavo lungo si comporta da Alle alte frequenze il cavo lungo si comporta da filtro passa-bassofiltro passa-basso
La resistenza RLa resistenza Rff limita la risposta per frequenze limita la risposta per frequenze
inferiori diinferiori di
Questa resistenza è spesso introdotta per Questa resistenza è spesso introdotta per eliminare le fluttuazioni a bassa frequenzaeliminare le fluttuazioni a bassa frequenza
ffRR CCff ff
1122
FINEFINE
AMPLIFICATORE SEPARATORE
V0
R0
Rm
I1
I2
V1 V2
AMPLIFICATORE NON INVERTENTE
R1
V1
V2
A
R2
AMPLIFICATORE INVERTENTE
V0
R0
Rm
R2
R1
V1 V2
A
torniamo ora alla termocoppia e consideriamoi collegamenti di terra
si crea una maglia di terra!
k
V0 Rm
VTZT
Z2 Z1
Rc/ 2
Rc/ 2IT
V0
Rc/ 2
k
Rm
Vmc
Rc/ 2
V sV
l’effetto risultante é:
Vs = tensione “serie”Vmc = tensione di “modo comune”V = V0 + Vs
se invece utilizziamo un amplificatore differenziale:
V0
Rm
Z1
Rc/ 2
Rc/ 2
k
VTZT
Z2
V
V0
Rc/ 2
Rc/ 2Rm
k
Vmc
V s
V s
per la simmetria ora, idealmente:V = k V0
in realtà:V = k (V0 + Vmc / CMRR)ove CMRR= Common Mode Rejection Ratio
come si puo’ realizzare un amplificatore differenziale?
ad esempio combinando uno schema invertente e unonon invertente:
R1
V1
V2
C
R1 R2
R2
VA
VB
VR2
R1VA VB
R2
R1V1
VC VAR2
R1 R2
V2 R2
R1VB
R1 R2
R1
VC
infine, un tipico...
AMPLIFICATORE PER STRUMENTAZIONE
R
R
V3RR
R2
V1
R2
V2
R1
V3 1 2R2 / R1 V1 V2
ricapitolando...
L’amplificatore svolge una funzione di raccordo fra il trasduttore primario e l’elemento terminale di rivelazione.
In particolare:
• disaccoppiamento energetico fra circuito di trasduzione e circuito di rivelazione (separatore)
• amplificazione del segnale di ingresso (amplificatore)
• isolamento (parziale o totale) del circuito di trasduzione da quello di rivelazione(differenziale o isolatore)
RISERVERISERVE