Generare onde quadre e rumore bianco

[nikiT]

Questa mattina ho provato a costruire questo:



Mi pare che funzioni molto bene. In teoria dovrebbe generare rumore bianco tra circa 10 Hz e 30 kHz (ho inserito il condensatore da 100 pF in retroazione per limitarne la banda passante).

Se provo a collegare direttamente l'emettitore del BC107 al morsetto non invertente dell'operazionale, il circuito non funziona (tra emettitore e massa ci sono circa 6,5 V), quindi l'ho disaccoppiato con il condensatore da 330 nF ed ho usato il partitore per far funzionare l'operazionale con alimentazione singola.

L'operazionale guadagna quasi 70, ma (come consigliato) prevedo di inserire un potenziometro in serie alla resistenza da 820 Ω per ridurre l'ampiezza del segnale in uscita a seconda delle necessità.

Può andare o si può fare di meglio?

[Piercarlo]

Questa mattina ho provato a costruire questo:

Direi che va bene. Gli elettrolitici riducili a un decimo del valore scelto (22 uF anziché 220 uF); usare valori più elevati del necessario non serve a niente e può provocare problemi durante l'accensione o lo spegnimento del circuito. Se è alimentato a batteria non dovrebbe occorrere altro (a parte i soliti bypass sull'alimentazione dell'operazionale); se invece devi alimentarlo da rete aggiungerei una cella RC di filtro tra l'alimentazione dell'operazionale e il circuito che lo precede (partitore d'ingresso del TL081 incluso). Lo aggiungerei comunque a dire il vero per evitare interazioni indesiderate tra ingresso e uscita attraverso l'alimentazione. Intanto però è già incomparabilmente meglio del circuito di partenza. Onestamente, con quale coraggio certe cose siano pubblicate SULLE RIVISTE non me lo spiego proprio... Ne serve meno a pubblicare che 2+2 = 5

Ciao
Piercarlo

[IsidoroKZ]

In teoria dovrebbe generare rumore bianco tra circa 10 Hz e 30 kHz

Neanche in teoria dovrebbe funzionare su quella banda . In basso a 10 Hz ci arrivi perche' il filtro formato dal condensatore da 330nF taglia appunto a 10 Hz, dato che la giunzione in valanga ha una resistenza differenziale bassa.

In alto invece ci sono problemi. Hai inserito con il C da 100pF un polo a 28kHz circa, ma c'e` anche il polo dell'operazionale che interviene. Un operazionale di quel tipo con guadagno di circa 70 ha un polo ad anello chiuso a circa 43kHz. Questi due poli interagiscono e uno si sposta in basso fino a 17kHz l'altro sale a frequenze di qualche megahertz.

La banda passante superiore e` quindi limitata a circa 17 kHz. Se vuoi i conti basta chiedere

[nikiT]

Cambiando operazionale o ricalcolando il condensatore da 100 pF posso riuscire ad ottenere una banda passante di almeno 22-25 kHz?

Ho usato elettrolitici da 220 µF perché avevo quelli a portata di mano. In effetti, hai ragione: sarebbe una buona idea a ridurli a circa 33 µF.

Comunque intendo alimentarlo a batteria.

[TardoFreak]

Togli via il 100p.

[nikiT]

Togliendolo che banda passante ho?

[TardoFreak]

... Un operazionale di quel tipo con guadagno di circa 70 ha un polo ad anello chiuso a circa 43kHz. ...

Ipse dixit.

[nikiT]

Ah, ho capito.

Come si fa a prevedere che banda passante avrà un operazionale?

[IsidoroKZ]

Cambiando operazionale o ricalcolando il condensatore da 100 pF posso riuscire ad ottenere una banda passante di almeno 22-25 kHz?

Con quell'operazionale usa un 47pF-56pF e la banda va verso i 20kHz-25kHz, dipende anche dalle capacita` parassite.

Se cambi i valori delle resistenze intorno all'operazionale per cambiare il guadagno, cambia anche la banda passante.

La banda passante ad anello chiuso di un operazionale, con rete di retroazione resistiva la si calcola prendendo il valore del prodotto guadagno banda (GBW) dal data sheet e dividendola per il guadagno non invertente dello stadio, in questo caso 1+56kohm/820ohm. Il polo dell'operazionale retroazionato va quindi a f1=3MHz/69= 43kHz. In realta` bisognerebbe dividere per il guadagno di rumore (noise gain), ma in questo caso coincide con il guadagno non invertente.

Poi c'e` l'effetto del condensatore sulla retroazione che da` un polo in f2= 1/(2 pi R C), nel tuo caso con 100pF e 56kphm si ha f2=28kHz.

Quando si mettono due poli insieme, questi si spostano, quello piu` in basso approssimativamente va alla frequenza (f1*f2)/(f1+f2)=17kHz

Per il tuo circuito non ho usato questo metodo, ho fatto i conti completi, scrivendo la funzione di trasferimento dell'operazionale (approssimato a singolo polo di tipo integrativo, (2 pi 3MHz)/s ) e quella della rete di retroazione e poi ho calcolato il guadagno ad anello chiuso e risolto il denominatore per trovare i poli.

[nikiT]

Credo di aver capito. Anche se dici che bisognerebbe fare "i conti completi", il modo che mi hai illustrato è comunque una buona approssimazione per stimare i poli?

L'unica cosa che non mi è chiara è a cosa serva il noise gain. Per cosa va diviso?