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Elettronica discreta o integrata

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Elettronica discreta o integrata

Messaggioda Foto Utentepierinter » 1 dic 2013, 23:48

Buongiorno a tutti ragazzi!
Da qualche giorno ho una domanda che mi gira per la testa e a cui solo parzialmente riesco a dar risposta.

Mi spiego meglio : sto seguendo un corso di Progettazione elettronica all'università, in cui progettiamo amplificatori, valutiamo i diversi tipi di stadi,e così via..

Abbiamo anche studiato la configurazione interna del 741, che contiene tutti gli stadi da noi studiati (differenziali dcc dcc).
Spinto dall'interesse sono andato su internet alla ricerca di qualche buon esempio pratico.
Volevo capire come effettivamente fossero fatti gli altri operazionali, cercare qualche buon progetto di amplificatore per seguirlo passo passo e coglierne pregi e difetti.

Ho trovato un buon progetto : http://www.istitutobartolo.it/public/didattica/tdp/Tesina-amplificatore.pdf

È un amplificatore da 100W, e sono riuscito a comprendere quasi del tutto quello che è lo sviluppo del progetto.

Cercando sempre sul web ho trovato però dei progetti di amplificatori (anche da più di 100W), realizzati con pochissimi componenti con l'ausilio dei TDA.
Ho allora cercato come fosse la struttura interna dei TDA, ma purtroppo non sono riuscita a capirla bene.

Ma la domanda che voglio fare è : A questo punto, se ci sono integrati che racchiudono già tutto al loro interno, ha senso la progettazione a componenti discreti ? O è un qualcosa destinato a morire?
In altre parole, se in un futuro lavorativo mi verrà richiesto di progettare un amplificatore con determinate caratteristiche, la prima scelta dove ricade ? su elettronica integrata o elettronica discreta ?

E perché ?

Grazie!
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[2] Re: Elettronica discreta o integrata

Messaggioda Foto UtenteCandy » 1 dic 2013, 23:56

In pratica ha solo senso trarre il maggior profitto da qualunque progettazione: tutto il lavoro, dal progetto fino alla realizzazione finale, deve costare il meno possibile per ottenere gli obiettivi prefissati.
In un qualunque lavoro, meno sono i componenti da gestire, migliore e più economico sarà il risultato: si riducono errori, sprechi, dimensioni e molto altro ancora.
Dalla progettazione, all'approvvigionamento, al montaggio e fino al ciclo vitale, ogni componente è una fonte di problemi. Per ogni componente NON impiegato, è certamente una grande riduzione di costi.
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[3] Re: Elettronica discreta o integrata

Messaggioda Foto Utentepierinter » 2 dic 2013, 0:01

Sono d'accordo, però così ci si riduce ad una sorta di Lego.

Voglio dire, io vorrei fare progettazione finita la specialistica, progettazione di sistemi analogici od anche sistemi digitali.
Ora, sono d'accordo che per il digitale sia una specie di obbligo usare componenti integrati.
Ma per un lavoro di progettazione analogica, dove si vede la bravura o l'innovazione di un progettista (ammettiamo in un amplificatore ), se il tutto si riduce all'utilizzo di un cuore comune a tutti gli altri amplificatori che è l'integrato ?
L'innovazione e la peculiarità di un progetto dovrebbe stare nel come esso è fatto.. ma se i 'pezzi' sono gli stessi e accessibili a tutti come può un progetto distinguersi dagli altri ?
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[4] Re: Elettronica discreta o integrata

Messaggioda Foto UtenteCandy » 2 dic 2013, 0:15

Come scrivevo. Se gli obiettivi sono altri e non standard, ti tocca passare per le uniche strade possibili che hai a disposizione. Discreti, se vuoi chiamarle cosi.
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[5] Re: Elettronica discreta o integrata

Messaggioda Foto Utentemaxim65 » 4 dic 2013, 0:56

Tendezialmente si usano i componenti discreti dove è richiesto un elevato rapporto segnale/rumore e/o una figura di merito elevata (guadagno X freq. di taglio). Tutto dipende dalle caratteristiche progettuali.
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[6] Re: Elettronica discreta o integrata

Messaggioda Foto Utentebrabus » 4 dic 2013, 22:11

Caro Foto Utentepierinter,

Con la tua bella discussione mi hai fatto ricordare il mio periodo antecedente la Laurea.
Quanti sogni, quante ambizioni, ma soprattutto quante idee strampalate avevo in merito al mondo della progettazione! :-)

Appena ho iniziato a realizzare qualcosa davvero, a vedere che ciò che disegnavo al CAD si tramutava magicamente in un circuito funzionante, non ti nascondo che ho provato un'emozione che ricorderò sempre.

Lavorando, poi, si capiscono tante cose. Ben vengano i circuiti integrati, ben vengano i componenti discreti.

Tu giustamente dici:
Ma per un lavoro di progettazione analogica, dove si vede la bravura o l'innovazione di un progettista (ammettiamo in un amplificatore ), se il tutto si riduce all'utilizzo di un cuore comune a tutti gli altri amplificatori che è l'integrato ?


E io ti rispondo: cosa obbliga il progettista a scegliere un circuito integrato? Volendo, potrebbe realizzare tutto a discreti, no?

Come giustamente ha scritto Foto UtenteCandy, le scelte di progetto sono dettate da innumerevoli fattori, non ultimo la producibilità. Se devo produrre un televisore, cerco ovviamente l'amplificatore integrato più economico e compatto che soddisfi ai miei requisiti.
Se invece lavoro alla Unison Research, posso proporre un finale a discreti e sperare che susciti l'interesse degli acquirenti.
Il mercato è così vasto che c'è ancora spazio per tutti, sebbene in piccoli volumi. Vogliamo parlare dell'elettronica valvolare?

Se poi ti interessa davvero spremere i transistor fino all'ultimo elettrone, studiare topologie dalle prestazioni estreme, basate su intuizioni semplicemente geniali, beh, nulla ti vieta di occuparti di progettazione su silicio. Il progetto di un ASIC ha del magico e dell'incredibile! :ok:

Puoi rimanere in campo discreto, come giustamente diceva Foto Utentemaxim65, anche per esigenze elettriche. Hai mai visto l'elettronica di un DMM da otto cifre e mezzo? Non c'è circuito integrato che tenga, addirittura il circuito stampato presenta una resistenza parassita che inizia a dar fastidio alle nostre misure.
Butta un occhio a questo restauro, certe cose si fanno esattamente così anche oggi: http://c4757p.com/2013/10/30/hp-3437a-system-voltmeter-teardown-and-repair-part-one/

Poi sia beninteso: si opera spesso la distinzione fra elettronica discreta ed elettronica integrata, ma ci sono innumerevoli sfumature in mezzo: circuiti ibridi, substrati ceramici, multi-chip-package con contorno di discreti... le soluzioni sono tagliate su misura per le esigenze dell'applicazione!

Prendiamo i grossi IGBT di potenza, oppure i moduli della Lambda: silicio "vivo" a stretto contatto col dissipatore, elettronica di comando ibrida su supporto ceramico, e PCB tradizionale per l'interfaccia di controllo... roba da tuttologi! :mrgreen:

Vogliamo parlare poi dell'elettronica custom per la sensoristica? Il campo è vastissimo, si va dalle soluzioni completamente su silicio (es. sensori ottici) ai FET "a vivo" collegati direttamente alla sorgente, con realizzazioni custom fatte a mano tutt'oggi...

Il campo più estremo, secondo me, rimane quello dell'RF. Piste con stub triangolari, PCB multistrato in ceramica/laminato/kapton, piani di PCB usati come capacità risonanti, buried capacitors, bah... roba da esperti dell'occulto.

Sparati il video!

Alberto.
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[7] Re: Elettronica discreta o integrata

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 4 dic 2013, 22:22

brabus ha scritto:Hai mai visto l'elettronica di un DMM da otto cifre e mezzo? Non c'è circuito integrato che tenga


In questo caso, in linea di principio, i circuiti integrati potrebbero anche tenere, ma ben difficilmente una ditta come l'Agilent vorrebbe investire anni di tempo per riprogettare un multimetro come il 3458, solo per usare tecnologie più moderne e con il rischio di non aver miglioramenti nelle prestazioni (tale strumento ha 24 anni, un'enormità in confronto ai tempi di evoluzione delle tecnologie moderne!).
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[8] Re: Elettronica discreta o integrata

Messaggioda Foto Utentebrabus » 4 dic 2013, 23:29

Ehilà Foto UtenteDirtyDeeds!

Trovo la discussione molto interessante, e a tal proposito cito un secondo video in cui abbiamo un bel Agilent 34461A da sei cifre e mezzo nuovo di zecca:



Convertitore a rampa multipla, circuiti integrati piuttosto ordinari accompagnati da passivi di adeguata precisione. Semplicemente bellissimo.

DirtyDeeds ha scritto: (...) difficilmente una ditta come l'Agilent vorrebbe investire anni di tempo per riprogettare un multimetro come il 3458, solo per usare tecnologie più moderne e con il rischio di non aver miglioramenti nelle prestazioni(...)


Certo, il progetto di un ASIC in grado di sostituire gran parte dei componenti sarebbe tranquillamente alla portata di un'azienda come Agilent, ma sono convinto che a far propendere per la realizzazione discreta ci sia dell'altro; mi farebbe molto piacere parlarne.
Quantomeno, il rischio di non avere benefici sul piano delle prestazioni, il che è tutto dire: significa che con l'elettronica discreta possiamo raggiungere comodamente gli obbiettivi di progetto, e di fatto non serve ricorrere a una struttura completamente integrata.

Una affermazione del genere, pronunciata nel 2014, beh... io la trovo piuttosto pesante, e indicativa della longevità della progettazione discreta (per fortuna)! :-)

In ogni caso, il riferimento di tensione LM399 nell'ipotetico ASIC non ci sta! :mrgreen:
Sembra incredibile che tutt'oggi si debba ricorrere a soluzioni termostabilizzate discrete, ma d'altronde le prestazioni lo richiedono.

Una cosa che invece non finirà mai di stupirmi è l'integrazione subita negli ultimi anni dai dispositivi power (DC/DC, controller e driver, moduli di potenza intelligenti). Ormai abbiamo raggiunto il design single chip, al pari dei regolatori lineari; esistono moduli che integrano persino l'induttore!
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[9] Re: Elettronica discreta o integrata

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 5 dic 2013, 0:12

brabus ha scritto:ma sono convinto che a far propendere per la realizzazione discreta ci sia dell'altro;


La maggior parte degli strumenti di punta a elevata accuratezza e risoluzione sono progetti datati. Alcuni sono stati riprogettati negli ultimi anni per aggiungere qualche funzionalità o perché alcuni vecchi componenti non erano più trovabili sul mercato, ma le prestazioni non sono migliorate (più sotto faccio qualche esempio che conosco). Perché?

Non ho una risposta certa, ma la mia impressione che per certi strumenti i limiti di risoluzione e accuratezza imposti dalla fisica dei dispositivi siano stati già raggiunti vent'anni fa e che la tecnologia di oggi ci permetta di fare strumenti più piccoli e più funzionali, ma non più accurati.

Qualche esempio:

La Fluke ha da poco immesso sul mercato un nuovo calibratore, il 5730A (il costo mi sembra sia sui 40 k€) che è il discendente del 5720A, che ha una ventina d'anni. Confronta le prestazioni di stabilità e accuratezza, sono praticamente identiche.

In tema di multimetri a 8 cifre e 1/2, confronta le prestazioni dell'Agilent 3458A, del Keithley 2002 e del Fluke 8508A, che dovrebbero essere nati in epoche diverse, e vedrai che hanno prestazioni comparabili (il 3458 mi sembra vinca in AC) .

Uno dei migliori frequenzimetri in commercio, se non il migliore, è lo Stanford SR620, anch'esso con vent'anni alle spalle almeno (lo usai per la prima volta nel 1995, e c'era già da qualche anno). Un concorrente moderno è l'Agilent 53230A. Se guardi bene le specifiche, i due strumenti sono perfettamente comparabili (le specifiche sul manuale dell'SR620 sono però più complete e più chiare).

Su strumenti di questo livello la risoluzione è limitata dal rumore dell'elettronica e l'accuratezza dalle derive. Che i componenti siano discreti o integrati questi parametri sono praticamente gli stessi e una tecnologia non permette di fare più dell'altra. Insomma, secondo me vale la pena riprogettare da capo strumenti di questo livello solo se si vogliono aggiungere funzionalità o se viene a mancare la disponibilità di certi componenti.
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