Help Preamplificatore!!

[Tamy]

Ciao a tutti :)

sto realizzando questo preamplificatore... qualcuno ha delle idee su come realizzarlo? numero di stadi, configurazione circuitale ecc...

per il momento ho ragionato nel seguente modo: uno stadio non è possibile farlo perché il guadagno massimo dell'operazionale è di circa 32 db ma ne vengono richiesti ben 57.
Posso fare due stadi uguali da 25,5 db... che però con la formula Hz=(1000000/guadagno) mi danno una frequenza di 37 khz e quindi sono fuori banda. Sono incasinata, non capisco come fare... qualcuno che mi può aiutare?

[IsidoroKZ]

Un po' di domande le hai fatte tu, adesso un po' di domande le faccio io

Per graduare la risposta bisogna sapere ateneo, facolta`, corso di laurea, materia e libro di testo (sono 5 domande, servono 5 risposte).

Da dove arriva la formula 1000000/guadagno? Io lo so, ma vorrei che ci riflettessi. In particolare tutte le formule con "numeri magici" tipo questa sono sempre da considerarsi con sospetto, perche' bisogna sapere bene da dove arriva il "numero magico" e in quali condizioni e` stato ricavato.

Comunque hai visto correttamente la difficolta` di questo circuito, il prodotto guadagno banda richiesto e la necessita` di usare piu` stadi. Ti sei incasinata con i conti usando una formula che non c'entra in questo caso.

Poi ci sono ancora degli altri aspetti da considerare, ma un passo alla volta.

[Tamy]

In primis, grazie per la risposta :)

Facoltà di ingegneria elettronica, corso elettronica analogica. Libro di testo consigliato è il Jaeger- Blalock Microelettronica, ma non ho trovato molto.

La formula 1000000/guadagno è sbagliata, me ne sono accorta poco fa. Dovrebbe essere GBW/guadagno=frequenza di taglio dello stadio amplificatore...ne viene fuori dalla formula inversa del guadagno che è GBW/frequenza di taglio.

Quindi in questo caso GBW/fh = guadagno A.O = 32 dB che non ci basta.

Potrei fare 2 stadi, uno da 32 dB ( che lavora alla frequenza di 376 kHz ) e uno di 25 dB (che lavora alla frequenza di 843 kHz). O forse è meglio fare due stadi uguali? i dubbi sono questi, su cosa è meglio o su cosa è peggio fare

[IsidoroKZ]

Non hai detto l'ateneo! E scrivi correttamente le unita` di misura.

Usa due stadi uguali, hai piu` banda complessiva (*). A proposito di banda qui entra il secondo problema: con GBW/guadagno (fattore non in decibel), ottieni la frequenza del polo di ciascun singolo stadio. Se metti N stadi uguali in cascata la banda complessiva si stringe, perche' e` sempre definita a -3 dB, e alla frequenza dei poli dati da ciascun stadio il guadagno e` sceso di -3N dB.

Dati due (o tre o N) stadi in cascata, tutti uguali, ciascuno con una frequenza di taglio a -3dB pari a fH, sai calcolare la frequenza di taglio a -3dB della cascata? Questo ti serve per verificare che i tuoi stadi messi in cascata, ciascuno con il suo polo diano complessivamente una frequenza di taglio a -3dB che desideri.

Se devi scrivere formule, usa latex, nella guida galattica, che si trova anche in HELP, ci sono le istruzioni.

(*) Volevo mettere la dimostrazione hand-waving, ma sono un po' di corsa. Comunque e` del tipo che se li fai molto asimmetrici, la banda ovviamente scende. Essendo la banda complessiva una funzione continua di come ripartisci il guadagno e scendendo per ripartizioni "estreme" in mezzo deve avere un massimo. Essendo la funzione simmetrica, il massimo e` "in mezzo" cioe` con i due guadagni uguali.

[Tamy]

Università degli studi di Palermo. Questo "compito" o almeno credo che sia, mi è stato passato da un collega e dovrebbero essere tipici dell'esame. Comunque...

Si, come ha detto lei, dal punto di vista della risposta in frequenza quando si mettono più stadi in cascata la larghezza di banda dell'amplificatore si riduce di un fattore -3 dB .

Nel caso di N amplificatore identici si ha:

* * ... *

ovvero



la banda si riduce di un fattore che è dipendente da numero di stadi che metto in cascata, quindi:



mi scuso anticipatamente se sbaglio nel scrivere qualche fesseria di ogni tipo, specie nel scrivere le formule con il latex... non sono pratica

per quanto riguarda lo hand-waving non ho trovato niente

[IsidoroKZ]

La dimostrazione hand waving e` quella che ho indicato brevemente, la dimostrazione "vera" e` un po' piu` complicata, richiede parecchia algebra.

La formula che hai trovato e` quasi quella giusta, manca la omega del polo di ciascuno stadio: non puoi scrivere frequenza=numero adimesionato.

dove fp e` la frequenza del polo del singolo stadio.

Adesso i conti sono facili: proviamo con due stadi: il quadagno complessivo di 57dB corrisponde a circa 708 volte. Il guadagno di ciascuno dei due e` dato da , sempre volte, non decibel!.

La banda di ciascuno dei due stadi vale . La banda dei due stadi in cascata e` ridotta secondo la formula di prima, che avevi ricavato anche tu: .

Direi che stiamo al pelo con il limite di banda superiore. Non e` quindi necessario introdurre dei poli "espliciti" con R e C per limitare superiormente la banda.

Devi poi ancora fare un filtro passa alto con taglio a 80kHz, che si puo` mettere prima del primo stadio, oppure fra primo e secondo stadio, dipende da come vuoi gestire gli offset. SE il sensore non ha offset, io mettere il filtro passa alto RC fra i due stadi, cosi` restano in uscita solo gli offset del secondo stadio, circa 150mV.

Infine una verifica sullo slew rate la darei (anche se non ci possiamo fare nulla in proposito). Ricordando che si ha che la massima tensione di picco a 350kHz che puo` erogare l'amplificatore in uscita e` siamo ampiamente dentro le specifiche, non ci sono limitazioni di slew rate.

[Tamy]

Devi poi ancora fare un filtro passa alto con taglio a 80kHz, che si puo` mettere prima del primo stadio, oppure fra primo e secondo stadio, dipende da come vuoi gestire gli offset. SE il sensore non ha offset, io mettere il filtro passa alto RC fra i due stadi, cosi` restano in uscita solo gli offset del secondo stadio, circa 150mV.

come mai solo prima o tra i due stadi, e non in entrambe? perdoni l'eventuale domanda stupida...

Per il resto, la ringrazio infinitamente... ho le idee un po' più chiare ora :) domani continuo col realizzare la configurazione circuitale, ma credo (spero) di non aver grossi problemi.

[IsidoroKZ]

Metterne una cella passa alto prima, una in mezzo ed eventualmente una all'uscita e` uno spreco di componenti, la specifica di banda puo` essere soddisfatta con una sola cella passa alto, e se si puo` evitare di sprecare componenti, tutto di guadagnato.

Dove mettere la cella e` una scelta del progettista: prova a fare gli schemi (fidocadj) con il fitraggio passa alto all'ingresso, fra i due stadi o all'uscita, e poi discutiamo le varie possibilita`. Bisogna anche vedere che cosa avete fatto a lezione sugli offset, rumore et similia. E non hai detto se sei alla triennale o alla specialistica.

Essenzialmente essendo un operazionale "vecchio" puo` essere conveniente bilanciare le resistenze viste dai due ingressi per togliere l'effetto della Ibias, e avere solo quello della Ioff, ma non so se avete considerato queste cose.

[Tamy]

Sono ancora alla triennale...non ho mai seguito le lezioni in quanto il prof non insegna a progettare ( parole sue ), ed essendo l'esame di progettazione... quindi non saprei nemmeno io.

In questo esercizio era richiesto lo schema a blocchi, la configurazione circuitale e la verifica delle prestazioni ottenute in termini di guadagno di tensione, banda passante a 3dB, resistenza di ingresso ed uscita, ed il valore massimo dell'ampiezza del segnale d'ingresso che permette il corretto funzionamento dell'amplificatore chiuso su un carico (e mi pare che siano i 22,7 V trovati tramite lo slew rate).

Le posso chiedere come ha calcolato la tensione di offset?

Comunque si, generalmente da quel che vedo da appunti ecc si inserisce un condensatore tra i due stadi (in questo caso) al fine di bloccare la componente continua del primo che se troppo elevate comprometterebbero il corretto funzionamento del secondo.

Da quel che ho capito è che, a causa delle tolleranze di costruzione degli operazionali, in essa possono scorrere correnti "parassite" quando non è applicato nessuna tensione. Quindi, ammesso che all'uscita del primo stadio ci sia una tensione dell'ordine dei mV diciamo, tale verrà amplificata dal secondo stadio e riversata in uscita. Tale valore ovviamente non è nullo e quindi è un "disturbo". Per far si che ciò non avvenga si interpone tra i due stadi un condensatore.
Detto ciò, direi che non serve metterne uno prima del primo stadio, in quanto stiamo facendo un preamplificatore...

Spero di non aver detto troppe fesserie.

[IsidoroKZ]

Il minimo sindacale per il calcolo degli offset e` mettere in serie all'ingresso + di ogni operazionale una tensione pari a +/- Voff, valore che si trova sul data sheet. Il segno +/- vuol dire che si deve prendere il caso piu` critico per ciascun op amp.

Poi ci sarebbero anche le correnti di bias e offset, ma se non le avete fatte a lezione e non sono chieste nel testo, si possono saltare. A proposito si va SEMPRE a lezione, prendendo buoni appunti, no matter what.

Se non si mettono delle celle passa alto, oppure si mettono prima del primo operazionale, l'offset del primo operazionale, 6mV, viene amplificato per 709, e all'uscita si potrebbero trovare circa 4.2V, che possono ridurre la dinamica e dare errori in conversione A/D. Si possono trovare perche' la tensione di offset e` una variabile casuale, 6mV sono il suo valore massimo. Ma con un po' di sfiga si potrebbe avere.

Se si mette una cella passa alto fra i due op amp (e comunque una cella passa alto ci vuole, e` chiesta dal testo), allora l'offset all'uscita del primo op amp viene fermato, e all'uscita del circuito c'e` solo quello del secondo op amp, di valore 6mV per il guadagno dello stadio, che fanno circa 150mV.

Ti avevo chiesto di fare gli schemi in fidocadj perche' ci sarebbero alcune altre cose da discutere, ma se non sono chieste si possono saltare.

Il corretto funzionamento dell'ampli chiuso su un carico dipende non solo dalla dinamica dovuta allo slew rate, ma anche dalla capacita` di pilotare il carico = fornire abbastanza corrente.

I 22.7V di tensione di picco sono un limite per verificare che lo slew (parola che si legge slu, non sliu) rate non sia un problema. La tensione massima di picco e` limitata dalla tensione di alimentazione e dal carico.

Per vedere come si comporta il circuito con 600 ohm di carico bisogna guardare il data sheet, oppure sapere quali sono le convenzioni piu` o meno implicite (=regole del gioco) che il prof assume durante il suo corso. Avevo gia` detto che bisogna andare SEMPRE a lezione, anche per imparare le assunzioni fatte dal prof?