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circuito per ricevitore a ultrasuoni

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] circuito per ricevitore a ultrasuoni

Messaggioda Foto Utenteingmarketz » 14 feb 2019, 23:50

Salve a tutti, stavo leggendo il datasheet del transduttore a ultrasuoni (40kHz) che si trova in questo link

http://www.symmetron.ru/suppliers/murat ... ensors.pdf

nel circuito che amplifica il segnale del ricevitore, a pagina 9 figura 13, si nota la presenza di un resistore in parallelo al trasduttore, e volevo un vostro parere sulla funzione di questo resistore.

A mio avviso, l'autore del datasheet usa il resistore per creare un percorso per la corrrente di bias del terminale non invertente dell op amp. Tuttavia, non viene descritto, per quale motivo e' stato scelto 3.9kohm. Suggerimenti?

Secondo me, quel valore di resistenza non e' appropriato per quel trasduttore che presenta una capacita' parassita di approssimativamente CE= 2nF. Quella resistenza di 3.9k e il condensatore parassita del trasduttore dovrebbero creare un filtro passa basso con una frequenza di taglio di 20khz la quale e' la meta' della frequenza di risonanza del trasduttore (segnale che vogliamo in banda passante dell'ampli), per cui il segnale elettrico generatop dal trasduttore a 40khz verrebe poi attenuato dal passa basso. Voi che ne pensate?
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[2] Re: circuito per ricevitore a ultrasuoni

Messaggioda Foto Utenteelfo » 15 feb 2019, 0:49

ingmarketz ha scritto: quel trasduttore che presenta una capacita' parassita di approssimativamente CE= 2nF. Quella resistenza di 3.9k e il condensatore parassita del trasduttore dovrebbero creare un filtro passa basso con una frequenza di taglio di 20khz

Sei sicuro che il circuito equivalente sia un passa basso?
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[3] Re: circuito per ricevitore a ultrasuoni

Messaggioda Foto Utenteingmarketz » 15 feb 2019, 0:52

da quello che ho letto in giro, il modello equivalente di un ricevitore a ultrasuoni e' un generatore di corrente in parallelo alla capacita' parassita del trasduttore, se aggiungiamo la resistenza che il progettista mette in parallelo al trasduttore e consideriamo la tensione sulla resistenza l'output del circuito allora si ha un filtro passa basso.
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[4] Re: circuito per ricevitore a ultrasuoni

Messaggioda Foto Utenteelfo » 15 feb 2019, 9:48

ingmarketz ha scritto:e' un generatore di corrente in parallelo alla capacita' parassita del trasduttore, se aggiungiamo la resistenza che il progettista mette in parallelo al trasduttore e consideriamo la tensione sulla resistenza l'output del circuito allora si ha un filtro passa basso.

Vediamo.
la Fig.1 a e' il circuito come lo hai descritto.
Possiamo trasformare il circuito in quello di Fig. 1b sostituendo il genratore di corrente I con un generatore di tensione V = I * R con in serie la resistenza R (vedi schema qui sotto)

RC formano un passabasso.

Giusto?
Sbagliato!

La frequenza di taglio del solo circuito RC diminuisce (maggiore attenuazione del segnale a 40 kHz) all'aumentare di R

MA

La tensione V del generatore "sale" all'aumentare della resistenza R ( V = I * R)

I due effetti si "compensano". Vediamo come nella tabellina seguente.

A fornte di una tensione di uscita del filtro passa basso Vout-lp che diminuisce all'aumentare di R si ha che la tensione di uscita complessiva del vircuito Vout aumenta all'aumentare di R.

In particolare con 3900 ohm (Ft= 20404 Hz) si ha una tensione di 1772 mentre con 1989 ohm (Ft = 40009 ohm) si ha un tensione di 1407.

Con 3900 ohm si ha 2 dB sopra il valore che si ottiene con 1989 ohm (0 db),

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[5] Re: circuito per ricevitore a ultrasuoni

Messaggioda Foto Utenteingmarketz » 18 feb 2019, 22:04

Ciao, grazie mille per la tua risposta, anche se non sono riuscito a seguirti nel tuo ragionamento. Da quello che ho capito del tuo ragionamento, nella tabella che mostri tu consideri come variabile la resistenza R per determinare se il circuito e' un passa basso o meno.
giusto? Questo passaggio non lo capisco, di solito io considero la frequenza come variabile se devo capire se il circuito e' un passa basso o un passa alto. il tuo ragionamento, quando usi thevenin non mi torna nemmeno, dal momento che dopo che hai usato il theorema di thevenin per trasformare il generatore di corrente in tensione, ottieni il tipico RC passa basso. Poi continui ancora a considerare la resistenza R come la variabiile per determinare se il circuito e' un passa basso o meno. (Questo mi ha confuso parecchio). il ragionamento che ho fatto io sul circuito iniziale era che se considero la tensione sul resistore la mia variabile di uscita e il generatore di corrente l'input del circuito, allora per basse frequenze il condensatore e' un circuito aperto e' non da alcun effetto, per cui Vout=I*R alle alte frequenze il condensatore si comporta come un cortocircuito per cui Vout=0. Questo e' chiaramente il comportamento di un circuito passa basso.no? il variare della resistenza dovrebbe solamente variare il valore la frequenza di taglio del filtro. Mi rispiegheresti il concetto in un altro modo? Anche perche' ho provato a simularlo con LT-SPICE e mi da la funzione di trasferimento di un passa basso. A presto
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[6] Re: circuito per ricevitore a ultrasuoni

Messaggioda Foto UtenteEcoTan » 18 feb 2019, 22:28

ingmarketz ha scritto:il modello equivalente di un ricevitore a ultrasuoni e' un generatore di corrente in parallelo alla capacita' parassita del trasduttore

Il cui circuito equivalente secondo Thevenin è un generatore di f.e.m. in serie con la capacità quindi aggiungendo quella resistenza di carico otterremmo invece un passa alto.
Ma approfondire questa questione potrebbe avere interesse soltanto con riguardo agli eventuali disturbi o rumore poiché la capsula ultrasonica è risonante ad un'unica frequenza per cui la verifica da fare è che quella resistenza di carico non produca eccessiva attenuazione a quella frequenza.
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[7] Re: circuito per ricevitore a ultrasuoni

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 19 feb 2019, 15:48

Mi pare sia un passa-basso ed è sbagliato pensare che aumentando il valore del resistore aumenti sensibilmente l'ampiezza del segnale perché per aumentare l'ampiezza del segnale occorrerebbe anche diminuire il valore di C ma non si può fare perché C è interna al sensore.

Nel documento c'è scritto che R serve a ridurre il rumore esterno ed è sensato visto l'alto valore di impedenza in quel punto alle basse frequenze: se non vi fosse R il segnale utile sarebbe sommerso dal ronzio a 50Hz.

Evidentemente per R hanno scelto il valore più piccolo possibile compatibilmente con un'attenuazione trascurabile del segnale utile per avere la massima attenuazione del rumore a bassa frequenza.

Per vedere se è vero conviene valutare quanto si abbassa il segnale utile per effetto della presenza di R.

La reattanza di C a 40kHz è dalle parti di 2kohm che in parallelo a R di 3.9kohm dà un'impedenza di circa 1.8k che non è molto più piccola di 2kohm e che significa un'attenuazione del segnale utile di circa 1dB che è poca cosa.
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[8] Re: circuito per ricevitore a ultrasuoni

Messaggioda Foto Utenteelfo » 19 feb 2019, 20:01

ingmarketz ha scritto:Ciao, grazie mille per la tua risposta, anche se non sono riuscito a seguirti nel tuo ragionamento. Da quello che ho capito del tuo ragionamento, nella tabella che mostri tu consideri come variabile la resistenza R

Grazie a te per aver letto la risposta che, in effetti, *non* e' un campione di chiarezza :(
Poiche' nella mia risposta ci sono diversi salti logici propongo di procedere per (piccoli) passi: un passo per ogni post.
ingmarketz ha scritto:il modello equivalente di un ricevitore a ultrasuoni e' un generatore di corrente in parallelo alla capacita' parassita del trasduttore, se aggiungiamo la resistenza che il progettista mette in parallelo

Limitiamoci - per ora - al fatto che il ricevitore e' un generatore di corrente (con corrente di uscita I) (senza capacita' in parallelo) con una resistenza in parallelo (quella scelta dal progettista) Fig. 1a

Ritieni che sia corretto (e concordi) che possa trasformare il circuito di Fig. 1a in quello di Fig. 1b in cui il generatore e' di tensione (con tensione di uscita V = I * R) e resistenza di uscita R?
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[9] Re: circuito per ricevitore a ultrasuoni

Messaggioda Foto UtenteEcoTan » 20 feb 2019, 8:29

Ti faccio fin d'ora notare che, variando l'impedenza (R), puoi tener fissa I e variare V oppure tener fissa V e variare I. Secondo me la scelta dipende dalla fisica che genera il segnale.
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[10] Re: circuito per ricevitore a ultrasuoni

Messaggioda Foto Utenteelfo » 20 feb 2019, 8:55

Foto UtenteEcoTan hai centrato il punto!
In base a quanto postato dall'OP io immagino un sistema come in figura qui sotto.

Ho uno "stimolo" a frequenza e ampiezza fissa e studio la risposta di tale sistema in funzione della variazione di R
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