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Esercizio: progettare amplificatore ad Op Amp

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[11] Re: Esercizio: Progettare amplificatore ad OpAmp

Messaggioda Foto UtenteFedhman » 18 apr 2014, 19:15

Pardon, ho confuso l'E12 con l'E24, oggi non è giornata. O_/
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[12] Re: Esercizio: Progettare amplificatore ad OpAmp

Messaggioda Foto Utentegeppou » 18 apr 2014, 19:17

io non utilizzerei gli inseguitori visto che tanto in entrata abbiamo un OP in configurazione non invertente pertanto la sua R_i_n e' elevata,anche se limitata a 300 k\Omega(comunque elevata per l'applicazione), tantomeno in uscita visto che R_o_u_t viene appositamente alzata a 500\Omega.
Per quanto riguarda i due schematici che avete scelto sono entrambe corrette: quella di Foto UtenteFedhman necessita come detto anche da lui di filtro passa alto e basso,basta aggiungere gli opportuni condensatori allo stadio di ingresso, quella di Foto UtenteTricka90 solo passa alto visto che taglia già le frequenze alte visto l'elevato guadagno del primo stadio..non saprei consigliarvi però quale sia più affidabile cioè se "taglia meglio" la rete resistore-condensatore o la larghezza di banda dell' op amp.
ciao O_/
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[13] Re: Esercizio: progettare amplificatore ad Op Amp

Messaggioda Foto UtenteTricka90 » 18 apr 2014, 23:24

Vi ringrazio di cuore Foto UtenteFedhman e Foto Utentegeppou mi avete chiarito davvero tante cose :D
Foto UtenteFedhman la tua soluzione è ottima, se non fosse che il mio professore è molto pignolo e vuole per forza che la frequenza di taglio degli OpAmp sia il più vicina possibile al limite richiesto, in questo caso 10kHz e purtroppo quella della tua soluzione è attorno ai 30kHz :(
Grazie mille comunque per l'aiuto, in particolare per la Rout e la Rin. Riguardo a quest'ultima ho un atroce dubbio. Pensate alla Rs del generatore...se questa fosse grande relativamente alla Rin da 300kohm, non avremmo un partitore che altererebbe la tensione in uscita e quindi il guadagno? Se la Rs fosse maggiore di qualche decina di kohm sarebbe un bel problema e purtroppo non è specificato...

Comunque a parte questo ci siamo! :ok:
Ora provo a dare il colpo di grazia aggiungendo il polo a 100Hz, mi dite se secondo voi va bene? :D


Per quanto riguarda anche tensioni e correnti di offset dovrebbe essere tutto a posto, dico bene? :D
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[14] Re: Esercizio: progettare amplificatore ad Op Amp

Messaggioda Foto UtenteFedhman » 19 apr 2014, 1:44

Riguardo alla R_{in}: sì, se la resistenza di Thevenin del circuito d'ingresso fosse troppo alta una parte non trascurabile della tensione a vuoto andrebbe "persa". Inserendo un voltage follower il problema non si porrebbe o quasi, essendo la sua R_{in} mostruosamente alta. Però avremmo un op amp in più e offset amplificati dagli stadi successivi.

Per quanto riguarda gli offset, andrei a modificare le R_{2} in accordo alla formula che ho postato prima, sempre se si riesce a trovare qualche combinazione soddisfacente. Il tuo circuito mi piace, lo stadio di ingresso è limitato ad un minimo di 10.9 kHz all'estremo dell'incertezza del guadagno. Però la sua R_{2} è forse troppo alta, per rendere il contributo della I_{off} trascurabile rispetto al contributo della V_{off} bisognerebbe lavorare con la seguente formula, già postata prima:

R_{2} << {V_{off} \over I_{off}}A_{v}

R_{2} << {5\ mV \over 200\ nA}82.7 = 2.07\ M\Omega

L'R_{2} = 910 k\Omega impiegata è "solo" poco meno della metà, vabbè, direi che va bene comunque, ma tanto per essere pignolo propongo una modifica: R_{2} = 200\ k\Omega,\ R_{1} =\ 2.4 k\Omega.

A_{v} = -(83.3 \pm 8.3),\ banda\ (12.0 \pm 1.2)\ kHz

Con A_{v} = -83.3

R_{2} << {5\ mV \over 200\ nA}83.3 = 2.08\ M\Omega

La R_{2} scelta è circa dieci volte minore, minimizzando il contributo della I_{off}. Tutta questa tiritera più per scrupolo che per altro :ok:. Un discorso simile varrebbe anche per il secondo stadio.
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[15] Re: Esercizio: progettare amplificatore ad Op Amp

Messaggioda Foto UtenteTricka90 » 19 apr 2014, 9:46

Magnifico! :D :D
Ti ringrazio per l'ottima spiegazione riguardo la scelta della R2 per diminuire gli offset, mi sono segnato tutto e ho modificato il circuito coi nuovi valori di R1 ed R2! :ok:
Beh, direi che ci siamo, il circuito adesso dovrebbe essere perfetto!
Presto lo mostro al professore e ti faccio sapere se piace anche a lui, anche se ne sono certo! :D
Grazie ancora, mi hai davvero dato una grossa mano :D

Mi rimangono solo due piccoli dubbi.
Riguardo la perdita di tensione dovuta alla r da 300kohm tu hai detto che:
Fedhman ha scritto:Inserendo un voltage follower il problema non si porrebbe o quasi, essendo la sua R_{in} mostruosamente alta.

...e siamo d'accordo. La Rin, data da Rid*(1+AB), sarebbe molto maggiore utilizzando un voltage follower. Ma questo come può evitare la perdita di tensione? Se prima di arrivare alla Rin ho un partitore formato dalla Rs e dalla R da 300kohm, non ho già perso tensione?
Se ad esempio Rs fosse anch'essa da 300kohm (estremizziamo :mrgreen: ) avrei già perso metà tensione e non credo che la Rin, grande o piccola che sia, possa rimediare a questa perdita. Non capisco dove sto sbagliando :D

Il secondo dubbio riguarda l'ultimo punto richiesto dall'esercizio e cioè:
- Trovare l'ampiezza massima di un segnale sinusoidale in ingresso che può essere elaborato correttamente quando il carico ha una impedenza equivalente di 500 ohm.
L'unico dato su cui potrei basarmi è: Vo(max) = +/- 12 V con Rl >= 2 kohm. Da qui devo forse ricavare la corrente massima di uscita e basarmi su questa per giungere alla conclusione? Se è così è tutto chiaro...ma mi sembra strano che la corrente massima di uscita sia soltanto di 6mA ?%
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[16] Re: Esercizio: progettare amplificatore ad Op Amp

Messaggioda Foto Utentegeppou » 19 apr 2014, 12:51

E' vero che la R_i_n di 300k\Omega non e' molto alta, ma rispetto alla resistenza del generatore (che nel tuo caso è un microfono) andrebbe bene, anche se in realtà la R_s non è specificata quindi potrebbe essere anche molto alta, ma cavolo ti hanno fatto limitare la R_i_n a 300k\Omega, tanto valeva allora che lasciassi la R_i_n dello stadio non invertente, quindi secondo me va più che bene...Foto UtenteTricka90 tu dici che ci possono essere perdite del segnale per via del partitore, ma quelle ci sono sempre e dipendono appunto dal partitore: se R_s fosse uguale a 300k\Omega come R_i_n avresti all'ingresso dell'ampli meta tensione di quella che eroga il segnale d'ingresso ma se mettiamo R_s sia 5k\Omega avresti in ingresso V_+ = V_s\frac{300k\Omega}{300k\Omega * 5k\Omega} quindi V_+  = V_s*0,984 una perdita minima...dopotutto ricordati che stai lavorando con l'elettronica analogica e li anche la minima variazione del valore di un componente ha la sua influenza...sempre!

Per quanto riguarda la corrente d'uscita, per amplificatori non di potenza come questi puo' essere benissimo di pochi mA quindi se la tua uscita dovesse andare a +15 o -15 per esempio(casi estremi) sulla R_o del tuo ampli che vale 500\Omega scorrerebbero 30mA troppo per l'OP bisognerebbe porre un transistor all'uscita in grado di pilotare il carico ma adesso non so se sia concesso dimmi tu cosa ne pensi
ciao O_/
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[17] Re: Esercizio: progettare amplificatore ad Op Amp

Messaggioda Foto UtenteFedhman » 19 apr 2014, 13:28

Voltage follower: come stadio di ingresso, senza la 300\ k\Omega, in modo da sfruttare la sua R_{in} abnorme; altrimenti è esattamente come hai detto, la 300\ k\Omega rogna comunque :mrgreen: . Davo per scontato di inserire il follower al posto della 300\ k\Omega, pardon :ok:.
Sarà solo un esercizio didattico, ma se lo dovessimo montare ed utilizzare l'idea potrebbe essere di risparmiarci un operazionale (e l'effetto dei suoi offset), inserendo una R_{in} che sicuramente sarà molto maggiore della R_{Thevenin} del microfono, avendo magari a disposizione il datasheet del microfono stesso.

Ampiezza massima di una sinusoide in entrata: qui entro nel campo "non vorrei scrivere boiate". Il 741 ha una dinamica massima d'uscita di ±12 V, però attenzione, abbiamo degli offset che vengono amplificati.

V_{p_{in_{MINIMA}}} =\ \pm(\frac{12\ V -\ V_{off}}{A_{v_{tot_{MAX}}}}\ -\ \frac{V_{off}}{A_{v_{stadio 2_{MAX}}}})

Con questa formula ragioniamo utilizzando i worst case: supponiamo di avere la massima V_{off} = 5\ mV ed i guadagni massimi date le incertezze delle resistenze. In tal modo otteniamo la minima tensione di picco in ingresso. Si spera che sia un più alta, questo è proprio il caso sfortunato.
I contributi di I_{b},\ I_{off} sono stati trascurati, avendo preso delle contromisure. Forse sarebbe più saggio porre come secondo stadio quello che gudagna di più, in modo da annullare il contributo della sua I_{b} col barbatrucco della R_{3}.

Corrente massima sul carico: dai 741 non si riescono a cavare più di 5 mA, forse qualcosina in più, ma siamo lì. Per cui potrebbe essere necessario ridurre ulteriormente la tensione in ingresso, attenuandola, per evitare di richiedere una corrente sul carico che il 741 non è in grado di fornire. In alternativa si potrebbe attenuare la tensione d'uscita.
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[18] Re: Esercizio: progettare amplificatore ad Op Amp

Messaggioda Foto Utenteclaudiocedrone » 21 apr 2014, 1:17

:-) Si scusa Foto UtenteTricka90 avevo scritto un post errato e lo ho poi cancellato per questo non lo vedi :mrgreen: Buona Pasqua O_/
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[19] Re: Esercizio: progettare amplificatore ad Op Amp

Messaggioda Foto UtenteTricka90 » 26 apr 2014, 15:10

Scusate il ritardo nella risposta ma tra vacanze e periodo d'esame non sono riuscito a scrivere.
Volevo ringraziarvi ancora per queste ultime preziosissime informazioni, e in generale per tutte quelle che mi avete dato in questo topic, grazie alle quali ho capito tantissimo e sono riuscito a trovare la soluzione di molti altri esercizi :D :D
Oh, e tanti auguri di buona pasqua! (in ritardo anche questi :mrgreen: )
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