Comprensione circuito

[darkweader]

Faccio un piccolo riassunto della situazione, per cercare di capire i punti "deboli" di questo circuito e dare una spiegazione a ciò che ancora non ne ha una (nella mia testa ovviamente).

Il circuito è il seguente,

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Nel circuito senza "controllo" avevo il problema dell'ampiezza della sinusoide che andava da -5.5V a +5V, oltre al fatto che un segnale di ampiezza elevata, mi impone dei limiti (a 10MHz) sulla scelta dell'operazionale (relativi allo SR) dello stadio successivo, dovevo risolvere l' "asimmetria della tensione di picco positiva e negativa".

1)mi interesserebbe capire perquale motivo, secondo voi, senza tale modifica la tensione non va ad es. da -5 a +5?

dai risultati della simulazione,
OSCILLATORE SENZA CONTROLLO: R1=R2=250

--->f=7MHz modificando C=34pf--->f=10MHz

per alti valori di frequenza, per ottenere la frequenza nominale, devo utilizzare un valore di capacità ridotto del 50% rispetto al valore calcolato teoricamente, a frequenze più basse ciò non accade.

C=640pF f=1MHz

C=6,4nF f=100KHz

C=64nF f=10KHz

Dopo aver inserito il circuito di controllo, i risultati della simulazione sono i seguenti:


OSCILLATORE+CONTROLLO:

a 10MHz, Vp-p=2V

2)non riesco a determinare una formula analitica, per impostare senza andare a tentativi, per il valore della tensione di picco.

Io ho ragionato nel seguente modo, per capire approssimativamente dove andare a mettere le mani, essendo che il diodo entrando in conduzione mi "fissa" il valore di picco della sinusoide, e il diodo (nel caso di D1) entra in conduzione quando ai capi di R3 vi è una tensione abbastanza elevata da permetterlo, allora per valori di R3 elevati, c'è bisogno di meno corrente per avere la tensione "necessaria", quindi

Iout(minore)--->Vout(minore)

una volta trovato il valore di R3 che mi permettesse di avere un'oscillazione, l'ho aumentato fino ad avere una tensione adeguata.


Problema frequenza:
Alle alte frequenze, vi è sempre ovviamente, una variazione rispetto alla pulsazione nominale,

ma i problemi aumentano, manifestandosi principalmente, in una sinusoide più distorta rispetto al caso senza controllo (però a frequenze più basse), e in una tensione di picco che varia al variare delle frequenza (praticamente al variare di C), un risultato a me inaspettato

C=34pF --> Vp-p=2.6V modificando C=24pF---> f=10MHz Vp-p=2V

già qui,( ma anche senza il circuito di controllo) salta la considerazione inizialmente fatta su cui si basava
il dimensionamento della capacità, e da cui poi si è dimensionato tutto il resto, ovvero, mantenere valori di capacità elevati rispetto a quelle parassite ( circa 10 volte maggiore, ovvero intorno ai 50-60 pF)

3)il controllo, non dovrebbe influenzare la mia "fo" che dovrebbe essere determinata solo dalla reazione positiva, ma invece l' influenza ("perdo" 1MHz), potete darmi qualche chiarimento riguardo a ciò?

Abbassando C=24pF si abbassa la Vp-p, come si vede dai dati successivi, non avrò una tensione di picco costante a tutte le frequenze, e questo fattore per me è molto importante.



C=640pF f=1MHz Vp-p=3.6V

4)Qui non ho più la tensione picco-picco che avevo a 10MHz, inizio a non capirci più nulla XD

C=6.4nF f=100KHz Vp-p=3.6V

Qui la sinusoide inizia ad essere distorta, non in modo eccessivo, e lo si nota anche dal contenuto spettrale

5)come mai ciò prima non avveniva ed ora si?

c= 64nF f=10KHz Vp-p=3.6V

stessi risultati del punto precedente.

Cosa posso fare?

[DirtyDeeds]

1)mi interesserebbe capire perquale motivo, secondo voi, senza tale modifica la tensione non va ad es. da -5 a +5?

Bisognerebbe vedere il modello dell'opamp, potrebbero benissimo essere valori totalmente irrealistici. Quanto valevano le tensioni di alimentazione?

per alti valori di frequenza, per ottenere la frequenza nominale, devo utilizzare un valore di capacità ridotto del 50% rispetto al valore calcolato teoricamente, a frequenze più basse ciò non accade.

Vedi [13].

2)non riesco a determinare una formula analitica, per impostare senza andare a tentativi, per il valore della tensione di picco.

3)il controllo, non dovrebbe influenzare la mia "fo" che dovrebbe essere determinata solo dalla reazione positiva, ma invece l' influenza ("perdo" 1MHz), potete darmi qualche chiarimento riguardo a ciò?

Un oscillatore di quel tipo è un circuito (fortemente) non lineare, in cui sia la frequenza di oscillazione che l'ampiezza di uscita dipendono dal guadagno e dalla non linearità introdotta dai diodi. Un'analisi del circuito che tenga conto ciò è decisamente al di fuori della tua portata.

5)come mai ciò prima non avveniva ed ora si?

All'aumentare della tensione di uscita, aumenta anche la distorsione causata della non linearità introdotta dai diodi.

Cosa posso fare?

O cambi il controllo d'ampiezza, o ti tieni la dipendenza dell'ampiezza dalla frequenza.

PS: l'utilità di certe simulazioni è piuttosto discutibile

[darkweader]

Bisognerebbe vedere il modello dell'opamp, potrebbero benissimo essere valori totalmente irrealistici. Quanto valevano le tensioni di alimentazione?

l'oamp è l'LT1191, e la tensione di alimentazione usata è duale, +5V e -5V

Vedi [13].

riguardo a ciò ho delle domande, che preferirei porre in seguito per non creare confusione.

All'aumentare della tensione di uscita, aumenta anche la distorsione causata della non linearità introdotta dai diodi.

perché però a 10 MHz, la distorsione se c'è, non è cosi evidente? è lo scarto da 2Vp-p a 3.6Vp-p che genera la distorsione quindi?

O cambi il controllo d'ampiezza, o ti tieni la dipendenza dell'ampiezza dalla frequenza.

è il controllo più semplice che sono riuscito a trovare e simulare, non posso tenermi questa variazione dell'ampiezza con la frequenza poiché:


Dovendo regolare l'ampiezza della sinusoide, attraverso uno stadio d'amplificazione devo avere una tensione di picco delle Vin a tale stadio che sia sempre costante, per poterla variare attraverso l'utilizzo di un potenziometro.


Allora mi viene da chiedere due cose,

1)Nella pratica non sarebbe possibile evitare il controllo, nella simulazione tuttavia potrei riuscire a rendere "simmetrica" la Vout dell'oscillatore.
E quindi lascio stare sto controllo.


2) Se ti avessero dato a te delle specifiche simili, che soluzione avresti adottato, ormai non posso cambiare strada, ma ormai ho bisogno di saperlo XD



fmax= 10MHz
Ampiezza regolabile= fino 5V
Componente continua regolabile= fino a 15V

senza l'utilizzo di integrati.

solo in linea di principio...

[DirtyDeeds]

l'oamp è l'LT1191, e la tensione di alimentazione usata è duale, +5 V e -5V

E secondo te è normale che un opamp alimentato a -5 V dia in uscita -5,5 V

E' ovvio che stai vedendo una cosa che non può verificarsi e che dipende dal modo in cui l'opamp è modellato in spice: in particolare, vedi questa discussione e questo articolo. Prima di usare i simulatori, bisogna imparare l'elettronica

è lo scarto da 2Vp-p a 3.6Vp-p che genera la distorsione quindi?

Sì, anche se poi c'è anche una dipendenza dalla frequenza.

1)Nella pratica non sarebbe possibile evitare il controllo, nella simulazione tuttavia potrei riuscire a rendere "simmetrica" la Vout dell'oscillatore.
E quindi lascio stare sto controllo.

Non ho capito la domanda.

2) Se ti avessero dato a te delle specifiche simili, che soluzione avresti adottato, ormai non posso cambiare strada, ma ormai ho bisogno di saperlo XD

Avrei risposto che, così come è posto, è un esercizio abbastanza privo di senso.

senza l'utilizzo di integrati.

Un opamp è un integrato.

[darkweader]

però sei pignolo , ed è anche giusto cosi ....anzi grazie


allora, ho sbagliato a scrivere, perdonami, l'uscita varia tra +4 e -4.5 e la domanda che non hai capito era, lascio perdere il controllo che come dici tu non è alla mia portata, ma almeno riesco in qualche modo a fare in modo che l'uscita vari tra 4 e -4? o in alternativa:

Suddividere il range, a seconda della portata... faccio un esempio da 5 a 10 MHz la Vout varia tra [V1-V2]
per far si che l'ampiezza sia regolabile, metto un amplificatore invertente il modulo della
dove per Vs, considero il valore medio, però poi a frequenze più basse sarebbe inutile perche Vp-p rimane costante a 3.6,
anche se è molto poco pratico, oltre che forse errato come ragionamento



ed ancora,
mi correggo
"se non altrimenti specificato, è possibile utilizzare solamente componenti discreti e amplificatori operazionali. Tutti i componenti del circuito devono essere commerciali. Le specifiche di progetto non completamente definite sono lasciate a cura dello studente. Per ogni altro chiarimento sulle specifiche contattare il docente."

almassimo potrei "rilassare" le specifiche ma non cambierebbe a mio parere moltissimo,

pura curiosità,
tu avresti detto ad un professore che il progetto assegnato è senza senso?
si suppone che ne sappia più di me, o è un incompetente, o devrei essere in grado di fare il progetto e ovviamente l'incompetente sono io.

Ipotizzando che avesse un senso fare un progetto simile, tu cosa avresti fatto?



Ultima cosa, giusto per capire, cambierebbe qualcosa in meglio, se utilizzassi una rete di tipo LC anzichè RC?

[DirtyDeeds]

allora, ho sbagliato a scrivere, perdonami, l'uscita varia tra +4 e -4.5

Allora prova a leggere bene il data sheet dell'opamp e prova a capire perché, senza un controllo di ampiezza, è molto probabile che l'uscita sia asimmetrica

lascio perdere il controllo che come dici tu non è alla mia portata, ma almeno riesco in qualche modo a fare in modo che l'uscita vari tra 4 e -4?

Io ho detto che non è alla tua portata un'analisi non lineare dell'oscillatore, ma il controllo d'ampiezza descritto nell'application note e che ti ho analizzato in uno dei post precedenti è alla tua portata... ovviamente, sudando un po'

almassimo potrei "rilassare" le specifiche ma non cambierebbe a mio parere moltissimo,

Oh, sì, che cambierebbe! Progettalo per una frequenza fissa di 10 MHz, o variabile di qualche percento intorno a 10 MHz. Sei nelle specifiche e il progetto diventa più realistico.

tu avresti detto ad un professore che il progetto assegnato è senza senso?

Sì, così come mi è capitato più di una volta di alzare la mano e dire a un professore che ciò che stava scrivendo alla lavagna era sbagliato

Ovviamente, bisogna essere sicuri della propria posizione e avere argomenti sufficienti per difenderla.

Ipotizzando che avesse un senso fare un progetto simile, tu cosa avresti fatto?

Avrei usato un DDS

[darkweader]

Scusa, cosa nel tipo di controllo dell'application note, secondo te porta a mantenere costante l'ampiezza? l'unica cosa che varia sarebbe la resistenza di canale del fet.


Ora leggo il datasheet, spero di riuscirlo a capire.

(equazione mooolto approssimata e valida per )



dove è il modulo del guadagno dell'opamp alla pulsazione . Mettendo dentro i valori, si vede che l'errore è dalle parti del -45% a 10 MHz. In realtà, l'equazione sopra non è molto valida con un errore così alto, ma conferma comunque abbastanza il risultato da te ottenuto.

Per ridurre il problema puoi agire su due fronti:

a) tieni conto dell'errore nel dimensionamento dei componenti;
b) scegli un opamp con un prodotto banda-guadagno superiore (puoi aspettarti di ridurre l'errore di un fattore 3 circa, e comunque non più di un fattore 10).

Vorrei capire da dove viene questa formula, perché non posso usarla senza saperne la provenienza, io l'ho utilizzata nel seguente modo, probabilmente sbagliato:


Considerando che LT1191 ha un GBWP di 90MHz, a 10 MHz |a(jwo)|=9 e mi veniva -50%, quindi ho ridotto la capacità da 64pF alla metà, ed praticamente funzionava.

Secondo te sostituendo l'oamp dovrei riuscire ad evitare queste variazioni dalla frequenza nominale?
ah e se puoi indicarmi da dove poter andare a ritrovarmi questa formula.

[claudiocedrone]

Ragiona un attimo su alcune cose: I professori non è detto da nessuna parte che siano sempre e comunque infallibili,poi mettiti nei panni del professore,preferiresti che un allievo sbattesse "ottusamente" la testa su un esercizio "impossibile" o non ti farebbe piuttosto piacere che dopo un po' di analisi venisse a dirti :"mi scusi ma secondo me,dato questo e questaltro l'esercizio mi pare non risolvibile" e discuterne insieme ? (certo non che l'allievo venisse a dirti "prof dei miei stivali,lei non capisce un c....!) cioè magari l'ha fatto apposta per valutare anche in questo modo cosa hai appreso,è un "trabocchetto" che ho usato a volte insegnando musica e...funziona ! Effettivamente vedo un po' troppo spesso un atteggiamento troppo supino e reverenziale verso i docenti quando invece l'atteggiamento dovrebbe essere più interlocutorio (visto anche quanto costa studiare!) e non voglio credere che ciò dipenda dai professori,io non ho fatto l'università (e quanto me ne dolgo tuttora !) ma a tutte le superiori quando un insegnante spiegava qualcosa poi chiedeva "qualcuno non ha capito qualcosa?" e non si arrabbiavano se qualcuno andava a farsi rispiegare i "punti oscuri" ma si arrabbiavano eccome se scoprivano poi che qualcuno non aveva capito e non si era fatto avanti per timidezza o negligenza.

[darkweader]

non funziona cosi nel mio ateneo, sono andato da altri professori poiché quello del corso è fuori sede, e nessuno mi ha voluto o potuto aiutare oltre che trattato male, ho inviato una email (unico modo possibile) esponendo alcuni dei punti di cui si è anche discusso nel thread, sulla effettiva difficoltà del progetto o su un possibile errore nella valutazione delle specifiche, e mi è stato risposto che se ne parla in sede di esame di queste cose, praticamente se poi all'esame mi boccia e dovrò seguire un nuovo corso con un nuovo professore, che ho interloquiato col professore non so quanto mi possa servire.

Ci avevo già pensato a tutto quello che hai scritto, ma grazie comunque per il tuo interesse, alla fine l'ho pensato anche io, affrontare questo progetto mi sta insegnando molto, tuttavia avere avuto un minimo di basi per affrontarlo sarebbe stato meglio, oltre che più produttivo...

Ma non è questo l'argomento della discussione

[DirtyDeeds]

Scusa, cosa nel tipo di controllo dell'application note, secondo te porta a mantenere costante l'ampiezza? l'unica cosa che varia sarebbe la resistenza di canale del fet.

L'hai studiato il messaggio [22]?

Vorrei capire da dove viene questa formula, perché non posso usarla senza saperne la provenienza,

Viene dalle condizioni di Barkhausen, imposte supponendo che l'opamp abbia un guadagno finito , approssimativamente immaginario alla pulsazione e con . Prova a dimostrarla!

Secondo te sostituendo l'oamp dovrei riuscire ad evitare queste variazioni dalla frequenza nominale?

Mi cito:

(puoi aspettarti di ridurre l'errore di un fattore 3 circa, e comunque non più di un fattore 10).