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slew rate di un inverter usato come amplificatore

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] slew rate di un inverter usato come amplificatore

Messaggioda Foto Utenteingmarketz » 4 giu 2017, 13:07

Salve a tutti, mi servirebbe un vostro parere. Stavo leggendo degli articoli riguardo l'inverter (porta logica NOT) usato come amplificatore, usando una resistenza in feedback tra ingresso e uscita.
Per conoscere lo slew rate di questo dispositivo pensavo di applicare un onda quadra come si fa per OP-AMP, pero' mi stavo chiedendo quanto debba essere l'ampiezza di quest'onda. Quindi la mia domanda e':

L'ampiezza dell'onda quadra deve essere tale da mantenere i MOSFET nell'inverter in saturazione o no?

grazie a chiunque risponda
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[2] Re: slew rate di un inverter usato come amplificatore

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 4 giu 2017, 17:00

Che problema astruso !!!! Mi sembra volersi fare del male adoperando qualcosa che non è adatto. :!:
però se è per diletto, può essere interessante. :-)

Se lo adoperi come amplificatore con un guadagno limitato dalla reazione, dovrai (come per un operazionale)
avere due resistori: uno R1 fra uscita e ingresso (come hai scritto) e uno R2 fra ingresso e uscita del generatore di segnali ( potresti considerare quello interno del generatore di segnali).
Lo slew rate, vale in condizioni di saturazione, non dovrebbe essere condizionato dei valori delle resistenze di reazione. L'ampiezza dell'onda quadra sarà circa quella del segnale logico.

Se poni R1 = 10 kohm e R2= 1 kohm , dovrebbe guadagnare qualcosa meno di 10., avendo come riferimento una tensione di circa la metà fra massa e v alimentazione.
Chi sa quale campo di linearità e banda passante presenta.
Se ti interessa il guadagno in ac, metti un condensatore da 0,1 uF in serie a R2.
A causa della reazione, potrebbe oscillare, ?
Mettere un condensatore da 1nF in parallelo a R1?, oppure fra ingresso e massa?

Buone prove, Se fai delle misure, posta i risultati. :-)

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[3] Re: slew rate di un inverter usato come amplificatore

Messaggioda Foto Utenteingmarketz » 4 giu 2017, 19:53

Grazie per i suggerimenti, tuttavia non mi torna un punto. Se applico come dici tu un segnale logico per misurare lo slew rate, non posso garantire che l'invertitore lavori in saturazione.
Infatti considera il caso in cui Vin e' inizialmente a a VDD percio' VC = VDD/2.


Nel momento in cui Vin passa a 0V, l'ingresso dell'inverter si ritrova a -VDD/2. L'uscita percio' si carichera' tramite il PMOS che e' in triodo e non in saturazione. Ora se lo slew rate va calcolato con i MOSFET tutti in saturazione , un segnale logico alla Vin non puo' dare una misura dello slew rate.
Da cui, se come presupposto i MOS devono essere mantenuti in saturazione, mi aspetto che il segnale a gradino di ingresso debba essere ampio al massimo quanto l'ampiezza della regione lineare dell'inverter la quale e' relativamente piccola. Dico bene?
Fammi sapere se ti ho interpretato correttamente . :) A presto
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[4] Re: slew rate di un inverter usato come amplificatore

Messaggioda Foto UtenteAjeieBrazov » 4 giu 2017, 21:04

Forse dirò una cosa che sai già: gli inverter che possono funzionare come amplificatore devono essere unbuffered, come ad esempio il CD4069U.
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[5] Re: slew rate di un inverter usato come amplificatore

Messaggioda Foto Utentevenexian » 4 giu 2017, 23:34

@ingmarketz
Premetto che sto parlando di cose che conosco poco.
Quello che hai disegnato in [3] è un classico amplificatore retroazionato.
Caratteristica fondamentale della retroazione è la desensibilizzazione nei riguardi delle caratteristiche della funzione di trasferimento del ramo diretto.
Chiamiamo '-a(*)' la funzione di trasferimento dell'invertitore, dove con l'asterisco abbiamo indicato tutte le dipendenze, sia in frequenza, sia in ampiezza (comprese allora le sue non-linearità).
Chiamiamo 'f' la funzione di trasferimento del ramo di retroazione con f=R2/(R1+R2).
Fino a quando il prodotto 'a(*)f' avrà un modulo molto superiore all'unità, l'amplificazione ad anello chiuso dipenderà solo dalla caratteristica della rete di retroazione e sarà indipendente anche dalle non linearità dell'inverter, diventando 'A=1/f'.
Da quanto detto sopra, l'intervallo di valori sui quali può lavorare l'amplificatore retroazionato sarà quello determinato dall'uscita dell'inverter, avendo come estremi i livelli per i quali l'amplificazione incrementale sarà ancora sufficientemente elevata da garantire la validità del presupposto sul prodotto 'a(*)f'.
L'equivalente intervallo di ingresso sarà determinato da quello di uscita, scalato del valore di amplificazione definito dal rapporto resistivo (A).
Per misurare lo slew-rate devi allora connettere un generatore di gradino sufficientemente veloce, ma devi farlo senza il condensatore di disaccoppiamento perché l'ampiezza e l'offset del segnale devono essere tali da impegnare tutta la dinamica dell'amplificatore come definita sopra.
Misurerai allora il tempo di salita e/o di discesa nell'intervallo 10%-90% e avrai il tempo 't'.
Considera che per gli amplificatori con un comportamento del primo ordine (o del secondo ordine con fattore di smorzamento prossimo all'unità), il prodotto tra lo slew-rate e la pulsazione a -3dB, 'tw' è quasi una costante, prossima a 2,2. Puoi allora anche misurare il comportamento in frequenza, e da quello dedurre lo slew-rate associato.
Ripeto che sono un meccanico, l'elettronica sto cercando di impararla, quindi prendi con le pinze le mie affermazioni.
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[6] Re: slew rate di un inverter usato come amplificatore

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 5 giu 2017, 7:44

@ ingmarketz e venexian,


Da cui, se come presupposto i MOS devono essere mantenuti in saturazione, mi aspetto che il segnale a gradino di ingresso debba essere ampio al massimo quanto l'ampiezza della regione lineare dell'inverter la quale e' relativamente piccola...

Non ho ben compreso quanto scritto, e non sono neppure ben competente. quando serviva, molti anni fa, adoperavo le porte come porte logiche e non come amplificatori.

Qualche osservazione che forse integra, ma non contraddice completamente quanto hai scritto:
- i MOS sono due, se uno è in saturazione, l'altro è in interdizione; nel breve tratto in cui sono entrambi in conduzione non sono saturati.
-se il segnale a gradino in ingresso (potrebbe essere un'onda quadra) è di ampiezza maggiore della zona di linearità non dovrebbe peggiorare la risposta della porta.
- sarebbe interessante applicare una sinusoide, per vedere il campo di linearità dell'uscita.

Ma non riesco a trovare il vantaggio di adoperare la porta come amplificatore. Hai problemi di costo, di spazio sulla scheda, che dinamica ti basta? Mi pare uno studio poco utile.


Ho scorso rapidamente il dat sheet trovato in: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4069ub.pdf
Bisognerebbe leggerlo con molta cura, contiene tutte le informazioni necessarie per l'utilizzo.
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p.s. avevo suggerito R1 = 10 k , è possibile aumentarlo a 100k
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[7] Re: slew rate di un inverter usato come amplificatore

Messaggioda Foto Utentevenexian » 5 giu 2017, 9:30

MarcoD ha scritto:Ma non riesco a trovare il vantaggio di adoperare la porta come amplificatore.

Non credo ci sia interesse per un utilizzo pratico di un amplificatore realizzato con un inverter logico. L'utilizzo in linearità di questi componenti è raro, credo si limiti realisticamente solo a quando vengono utilizzati come oscillatori.
E' invece un bel esempio di come la controreazione tenda ad eliminare ogni distorsione introdotta dal ramo diretto, anche sia questa dovuta alla non linearità.

MarcoD ha scritto:Lo slew rate, vale in condizioni di saturazione, non dovrebbe essere condizionato dei valori delle resistenze di reazione.

Lo è invece, direttamente. Lo slew-rate è direttamente proporzionale alla banda passante ad anello chiuso, che a sua volta dipende dall'amplificazione imposta dalle resistenze. Questo avviene perché il polo (o i poli) della funzione di trasferimento del blocco diretto, sono spostati in alto dalla retroazione di una quantità pari al modulo del prodotto 'a(*)f'.
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[8] Re: slew rate di un inverter usato come amplificatore

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 5 giu 2017, 12:36

Lo è invece, direttamente. Lo slew-rate è direttamente proporzionale alla banda passante ad anello chiuso,
No, non condivido. Dipende solo dalle caratteristiche del solo blocco amplificatore, che a fronte di un ingresso a gradino tale da saturarlo, si muove alla massima velocità possibile, indipendentemente dalla reazione. Se il gradino è piccolo tale che l'amplificatore rimanga in linearità, allora le considerazioni sullo spostamento a destra dei poli (aumento della banda passante) per effetto della reazione negativa sono corrette.

leggi https://it.wikipedia.org/wiki/Velocit%C3%A0_di_risposta

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[9] Re: slew rate di un inverter usato come amplificatore

Messaggioda Foto Utentevenexian » 5 giu 2017, 14:53

MarcoD ha scritto:No, non condivido.

Non è che tu debba condividere me, non sono un riferimento.
Il fatto è se condividere o meno quanto asserisce James K. Roberge nel corso del MIT Electronic Feedback Systems.
Qui c'è la lezione Introduction to Systems with Dynamics dove al minuto 40:00

https://youtu.be/Cx7eVOkFvKA?t=2400

parla proprio del legame tra il tempo di salita e il guadagno di anello, che dipende direttamente dalle due resistenze dalle quali tu dici sia indipendente.
Posso anche non aver capito nulla, ma l'ho giusto riascoltato e mi pare non ci possa proprio essere un interpretazione del tipo

MarcoD ha scritto:Dipende solo dalle caratteristiche del solo blocco amplificatore

Prova ad ascoltare pure tu, poi se ti va, posta i tuoi commenti.

Nota: Tra Wikipedia è James K. Roberge (RIP), professore che è entrato a far parte dell'eccellenza accademica del MIT, perdonami, ma nel dubbio scelgo il secondo. Poi, leggendo anche Wiki, dubbi non mi pare ce ne siano.
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[10] Re: slew rate di un inverter usato come amplificatore

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 5 giu 2017, 15:39

parla proprio del legame tra il tempo di salita e il guadagno di anello, che dipende direttamente dalle due resistenze dalle quali tu dici sia indipendente.
L'ho ascoltato, condivido, si riferisce a un sistema lineare. Io riferisco lo slew rate a un sistema non più lineare perché con G il blocco diretto in saturazione per eccesso del segnale errore E in ingresso.
Per spiegarmi meglio.
Geq = U/I = G /(1+G*H) ; G blocco diretto, H blocco di reazione, reazione negativa.
E = I - H*U E errore (set ingresso - feedback). Se E > Elim allora E = Elim
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