Nozioni di base sui circuiti integrati

Un electronic circuit è un gruppo di componenti elettronici collegati per uno scopo specifico.

Un semplice circuito elettronico può essere progettato facilmente perché richiede pochi componenti e collegamenti elettronici discreti. Tuttavia, la progettazione di un circuito elettronico complesso è difficile, poiché richiede un numero maggiore di componenti elettronici discreti e le loro connessioni. Ci vuole anche tempo per costruire circuiti così complessi e anche la loro affidabilità è inferiore. Queste difficoltà possono essere superate con i circuiti integrati.

Circuito integrato (IC)

Se più componenti elettronici sono interconnessi su un singolo chip di materiale semiconduttore, quel chip viene chiamato come file Integrated Circuit (IC). Consiste di componenti sia attivi che passivi.

Questo capitolo discute i vantaggi e i tipi di circuiti integrati.

Vantaggi dei circuiti integrati

I circuiti integrati offrono molti vantaggi. Sono discussi di seguito:

Compact size - Per una data funzionalità, è possibile ottenere un circuito di dimensioni inferiori utilizzando i circuiti integrati, rispetto a quello costruito utilizzando un circuito discreto.
Lesser weight- Un circuito costruito con circuiti integrati pesa meno rispetto al peso di un circuito discreto utilizzato per implementare la stessa funzione di circuito integrato. utilizzando circuiti integrati, rispetto a quello costruito utilizzando un circuito discreto.
Low power consumption - I circuiti integrati consumano una potenza inferiore rispetto a un circuito tradizionale, a causa delle loro dimensioni e struttura inferiori.
Reduced cost - I circuiti integrati sono disponibili a un costo molto ridotto rispetto ai circuiti discreti a causa delle loro tecnologie di fabbricazione e dell'utilizzo di materiale inferiore rispetto ai circuiti discreti.
Increased reliability - Poiché utilizzano connessioni minori, i circuiti integrati offrono una maggiore affidabilità rispetto ai circuiti digitali.
Improved operating speeds - I circuiti integrati funzionano a velocità migliori a causa delle loro velocità di commutazione e del minor consumo energetico.

Tipi di circuiti integrati

I circuiti integrati sono di due tipi − Analog Integrated Circuits and Digital Integrated Circuits.

Circuiti integrati analogici

I circuiti integrati che operano su un'intera gamma di valori continui dell'ampiezza del segnale sono chiamati come Analog Integrated Circuits. Questi sono ulteriormente classificati nei due tipi come discusso qui:

Linear Integrated Circuits- Si dice che un IC analogico sia lineare, se esiste una relazione lineare tra la sua tensione e corrente. IC 741, un amplificatore operazionale Dual In-line Package (DIP) a 8 pin, è un esempio di IC lineare.
Radio Frequency Integrated Circuits- Un IC analogico si dice non lineare, se esiste una relazione non lineare tra la sua tensione e corrente. Un IC non lineare è anche chiamato IC a radiofrequenza.

Circuiti integrati digitali

Se i circuiti integrati funzionano solo a pochi livelli predefiniti invece di funzionare per un intero intervallo di valori continui dell'ampiezza del segnale, allora quelli sono chiamati come Digital Integrated Circuits.

Nei prossimi capitoli, discuteremo dei vari circuiti integrati lineari e delle loro applicazioni.

L'amplificatore operazionale, chiamato anche Op-Amp, è un circuito integrato che può essere utilizzato per eseguire varie operazioni lineari, non lineari e matematiche. Un amplificatore operazionale è un filedirect coupled high gain amplifier. È possibile utilizzare l'amplificatore operazionale sia con segnali CA che CC. Questo capitolo discute le caratteristiche e i tipi di amplificatori operazionali.

Costruzione dell'amplificatore operazionale

Un amplificatore operazionale è costituito da uno o più amplificatori differenziali, un traduttore di livello e uno stadio di uscita. Un amplificatore differenziale è presente nella fase di ingresso di un amplificatore operazionale e quindi è costituito da un amplificatore operazionaletwo input terminals. Uno di questi terminali si chiamainverting terminal e l'altro è chiamato come non-inverting terminal. I terminali sono denominati in base alla relazione di fase tra i rispettivi ingressi e uscite.

Caratteristiche dell'amplificatore operazionale

Le caratteristiche oi parametri importanti di un amplificatore operazionale sono i seguenti:

Guadagno di tensione ad anello aperto
Tensione di offset in uscita
Rapporto di reiezione di modo comune
Velocità di risposta

Questa sezione discute queste caratteristiche in dettaglio come indicato di seguito:

Guadagno di tensione ad anello aperto

Il guadagno di tensione ad anello aperto di un amplificatore operazionale è il suo guadagno differenziale senza alcun percorso di feedback.

Matematicamente, il guadagno di tensione ad anello aperto di un amplificatore operazionale è rappresentato come -

$$A_{v}= \frac{v_0}{v_1-v_2}$$

Tensione di offset in uscita

La tensione presente all'uscita di un amplificatore operazionale quando la sua tensione di ingresso differenziale è zero è chiamata come output offset voltage.

Rapporto di reiezione di modo comune

Rapporto di reiezione di modo comune (CMRR) di un amplificatore operazionale è definito come il rapporto del guadagno differenziale ad anello chiuso, $A_{d}$ e il guadagno di modo comune, $A_{c}$.

Matematicamente, CMRR può essere rappresentato come:

$$CMRR=\frac{A_{d}}{A_{c}}$$

Notare che il guadagno di modo comune, $A_{c}$ di un amplificatore operazionale è il rapporto tra la tensione di uscita di modo comune e la tensione di ingresso di modo comune.

Velocità di risposta

La velocità di variazione di un amplificatore operazionale è definita come la velocità massima di variazione della tensione di uscita a causa di una tensione di ingresso a gradini.

Matematicamente, la velocità di risposta (SR) può essere rappresentata come -

$$SR=Maximum\:of\:\frac{\text{d}V_{0}}{\text{d}t}$$

Dove, $V_{0}$è la tensione di uscita. In generale, la velocità di risposta viene misurata in entrambi$V/\mu\:Sec$ o $V/m\:Sec$.

Tipi di amplificatori operazionali

Un amplificatore operazionale è rappresentato con un triangolo con due ingressi e un'uscita.

Gli amplificatori operazionali sono di due tipi: Ideal Op-Amp e Practical Op-Amp.

Sono discussi in dettaglio come indicato di seguito:

Op-Amp ideale

Un amplificatore operazionale ideale esiste solo in teoria e non esiste praticamente. Ilequivalent circuit di un amplificatore operazionale ideale è mostrato nella figura sotto riportata -

Un ideal op-amp presenta le seguenti caratteristiche:

Impedenza di ingresso $Z_{i}=\infty\Omega$
Impedenza di uscita $Z_{0}=0\Omega$
Tensione ad anello aperto $A_{v}=\infty$
If (il differenziale) tensione di ingresso $V_{i}=0V$, quindi la tensione di uscita sarà $V_{0}=0V$
La larghezza di banda è infinity. Significa che un amplificatore operazionale ideale amplificherà i segnali di qualsiasi frequenza senza alcuna attenuazione.
Rapporto di reiezione di modo comune (CMRR) è infinity.
Velocità di risposta (SR) è infinity. Significa che l'amplificatore operazionale ideale produrrà un cambiamento nell'uscita istantaneamente in risposta a una tensione di gradino in ingresso.

Pratico amplificatore operazionale

In pratica, gli amplificatori operazionali non sono ideali e si discostano dalle loro caratteristiche ideali a causa di alcune imperfezioni durante la produzione. Ilequivalent circuit di un pratico amplificatore operazionale è mostrato nella figura seguente:

UN practical op-amp presenta le seguenti caratteristiche:

Impedenza di ingresso, $Z_{i}$ nell'ordine di Mega ohms.
Impedenza di uscita, $Z_{0}$ nell'ordine di few ohms..
Guadagno di tensione ad anello aperto, $A_{v}$ sarà high.

Quando scegli un amplificatore operazionale pratico, dovresti verificare se soddisfa le seguenti condizioni:

Impedenza di ingresso, $Z_{i}$ dovrebbe essere il più alto possibile.
Impedenza di uscita, $Z_{0}$ dovrebbe essere il più basso possibile.
Guadagno di tensione ad anello aperto, $A_{v}$ dovrebbe essere il più alto possibile.
La tensione di offset in uscita dovrebbe essere la più bassa possibile.
La larghezza di banda operativa dovrebbe essere la più alta possibile.
CMRR dovrebbe essere il più alto possibile.
La velocità di rotazione dovrebbe essere la più alta possibile.

Note - L'amplificatore operazionale IC 741 è l'amplificatore operazionale più popolare e pratico.

Si dice che sia un circuito linear, se esiste una relazione lineare tra il suo input e l'output. Allo stesso modo, si dice che sia un circuitonon-linear, se esiste una relazione non lineare tra il suo input e output.

Gli amplificatori operazionali possono essere utilizzati in applicazioni sia lineari che non lineari. Le seguenti sono le applicazioni di base dell'amplificatore operazionale:

Amplificatore invertente
Amplificatore non invertente
Inseguitore di tensione

Questo capitolo discute queste applicazioni di base in dettaglio.

Amplificatore invertente

Un amplificatore invertente prende l'ingresso attraverso il suo terminale invertente attraverso un resistore $R_{1}$e produce la sua versione amplificata come output. Questo amplificatore non solo amplifica l'ingresso ma lo inverte (cambia segno).

Il circuit diagram di un amplificatore invertente è mostrato nella figura seguente -

Si noti che per un amplificatore operazionale, la tensione sul terminale di ingresso invertente è uguale alla tensione sul suo terminale di ingresso non invertente. Fisicamente, non c'è corto tra questi due terminali mavirtually, loro sono dentro short insieme.

Nel circuito mostrato sopra, il terminale di ingresso non invertente è collegato a terra. Ciò significa che zero volt viene applicato al terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale.

Secondo il virtual short concept, la tensione al terminale di ingresso invertente di un amplificatore operazionale sarà zero volt.

Il nodal equation al nodo di questo terminale è come mostrato di seguito -

$$\frac{0-V_i}{R_1}+ \frac{0-V_0}{R_f}=0$$

$$=>\frac{-V_i}{R_1}= \frac{V_0}{R_f}$$

$$=>V_{0}=\left(\frac{-R_f}{R_1}\right)V_{t}$$

$$=>\frac{V_0}{V_i}= \frac{-R_f}{R_1}$$

Il rapporto tra la tensione di uscita $V_{0}$ e la tensione di ingresso $V_{i}$è il guadagno di tensione o guadagno dell'amplificatore. quindi, ilgain of inverting amplifier è uguale a $-\frac{R_f}{R_1}$.

Notare che il guadagno dell'amplificatore invertente sta avendo a negative sign. Indica che esiste una differenza di fase di 180 ⁰ tra l'ingresso e l'uscita.

Amplificatore non invertente

Un amplificatore non invertente prende l'ingresso attraverso il suo terminale non invertente e produce la sua versione amplificata come uscita. Come suggerisce il nome, questo amplificatore amplifica semplicemente l'ingresso, senza invertire o modificare il segno dell'uscita.

Il circuit diagram di un amplificatore non invertente è mostrato nella figura seguente -

Usando voltage division principle, possiamo calcolare la tensione al terminale di ingresso invertente dell'amplificatore operazionale come mostrato di seguito -

$$=>V_{1} = V_{0}\left(\frac{R_1}{R_1+R_f}\right)$$

Secondo il virtual short concept, la tensione sul terminale di ingresso invertente di un amplificatore operazionale è uguale a quella della tensione sul suo terminale di ingresso non invertente.

$$=>V_{1} = V_{i}$$

$$=>V_{0}\left(\frac{R_1}{R_1+R_f}\right)=V_{i}$$

$$=>\frac{V_0}{V_i}=\frac{R_1+R_f}{R_1}$$

$$=>\frac{V_0}{V_i}=1+\frac{R_f}{R_1}$$

Ora, il rapporto tra la tensione di uscita $V_{0}$ e tensione di ingresso $V_{i}$ o il guadagno di tensione o gain of the non-inverting amplifier è uguale a $1+\frac{R_f}{R_1}$.

Notare che il guadagno dell'amplificatore non invertente sta avendo a positive sign. Indica che non c'è differenza di fase tra l'ingresso e l'uscita.

Inseguitore di tensione

UN voltage followerè un circuito elettronico, che produce un'uscita che segue la tensione di ingresso. È un caso speciale di amplificatore non invertente.

Se consideriamo il valore del resistore di feedback, $R_{f}$come zero ohm e (o) il valore del resistore, 1 come infinito ohm, allora un amplificatore non invertente diventa un seguace di tensione. Ilcircuit diagram di un inseguitore di tensione è mostrato nella figura seguente -

Nel circuito sopra, la tensione di ingresso $V_{i}$viene applicato direttamente al terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale. Quindi, la tensione al terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale è uguale a$V_{i}$. Qui, l'uscita è direttamente collegata al terminale di ingresso invertente di opamp. Quindi, la tensione al terminale di ingresso invertente dell'amplificatore operazionale è uguale a$V_{0}$.

Secondo il virtual short concept, la tensione al terminale di ingresso invertente dell'amplificatore operazionale è uguale a quella della tensione al suo terminale di ingresso non invertente.

$$=>V_{0} = V_{i}$$

Quindi, la tensione di uscita $V_{0}$ di un follower di tensione è uguale alla sua tensione di ingresso $V_{i}$.

Quindi, il gain of a voltage follower è uguale a uno poiché, entrambe le tensioni di uscita $V_{0}$ e tensione di ingresso $V_{i}$ del follower di tensione sono gli stessi.

Nel capitolo precedente, abbiamo discusso delle applicazioni di base dell'amplificatore operazionale. Si noti che rientrano nelle operazioni lineari di un amplificatore operazionale. In questo capitolo, discutiamo dei circuiti aritmetici, che sono anche applicazioni lineari dell'amplificatore operazionale.

I circuiti elettronici, che eseguono operazioni aritmetiche sono chiamati come arithmetic circuits. Usando amplificatori operazionali, puoi costruire circuiti aritmetici di base come un fileadder e a subtractor. In questo capitolo imparerai a conoscerli in dettaglio.

Adder

Un sommatore è un circuito elettronico che produce un'uscita, che è uguale alla somma degli ingressi applicati. Questa sezione discute del circuito sommatore basato su amplificatore operazionale.

Un sommatore basato su amplificatore operazionale produce un'uscita uguale alla somma delle tensioni di ingresso applicate al suo terminale invertente. È anche chiamato comesumming amplifier, poiché l'uscita è amplificata.

Il circuit diagram di un sommatore basato su amplificatore operazionale è mostrato nella figura seguente:

Nel circuito sopra, il terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale è collegato a terra. Ciò significa che zero volt viene applicato al suo terminale di ingresso non invertente.

Secondo il virtual short concept, la tensione sul terminale di ingresso invertente di un amplificatore operazionale è uguale a quella della tensione sul suo terminale di ingresso non invertente. Quindi, la tensione al terminale di ingresso invertente dell'amplificatore operazionale sarà zero volt.

Il nodal equation al nodo del terminale di ingresso invertente è

$$\frac{0-V_1}{R_1}+\frac{0-V_2}{R_2}+\frac{0-V_0}{R_f}=0$$

$$=>\frac{V_1}{R_1}-\frac{V_2}{R_2}=\frac{V_0}{R_f}$$

$$=>V_{0}=R_{f}\left(\frac{V_1}{R_1}+\frac{V_2}{R_2}\right)$$

Se $R_{f}=R_{1}=R_{2}=R$, quindi la tensione di uscita $V_{0}$ sarà -

$$V_{0}=-R{}\left(\frac{V_1}{R}+\frac{V_2}{R}\right)$$

$$=>V_{0}=-(V_{1}+V_{2})$$

Pertanto, il circuito sommatore basato su amplificatore operazionale discusso sopra produrrà la somma delle due tensioni di ingresso $v_{1}$ e $v_{1}$, come l'uscita, quando tutte le resistenze presenti nel circuito hanno lo stesso valore. Notare che la tensione di uscita$V_{0}$ di un circuito sommatore sta avendo un negative sign, che indica che esiste una differenza di fase di 180 ⁰ tra l'ingresso e l'uscita.

Sottrattore

Un sottrattore è un circuito elettronico che produce un'uscita, che è uguale alla differenza degli ingressi applicati. Questa sezione discute del circuito del sottrattore basato sull'amplificatore operazionale.

Un sottrattore basato su amplificatore operazionale produce un'uscita uguale alla differenza delle tensioni di ingresso applicate ai suoi terminali invertenti e non invertenti. È anche chiamato comedifference amplifier, poiché l'uscita è amplificata.

Il circuit diagram di un sottrattore basato su amplificatore operazionale è mostrato nella figura seguente:

Ora, troviamo l'espressione per la tensione di uscita $V_{0}$ del circuito sopra utilizzando superposition theorem utilizzando i seguenti passaggi:

Passo 1

In primo luogo, calcoliamo la tensione di uscita $V_{01}$ considerando solo $V_{1}$.

Per questo, elimina $V_{2}$rendendolo cortocircuito. Quindi otteniamo il filemodified circuit diagram come mostrato nella figura seguente -

Ora, usando il voltage division principle, calcolare la tensione al terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale.

$$=>V_{p}=V_{1}\left(\frac{R_3}{R_2+R_3}\right)$$

Ora, il circuito sopra sembra un amplificatore non invertente con tensione di ingresso $V_{p}$. Pertanto, la tensione di uscita$V_{01}$ del circuito sopra sarà

$$V_{01}=V_{p}\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)$$

Sostituisci, il valore di $V_{p}$ nell'equazione precedente, otteniamo la tensione di uscita $V_{01}$ considerando solo $V_{1}$, come -

$$V_{01}=V_{1}\left(\frac{R_3}{R_2+R_3}\right)\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)$$

Passo 2

In questo passaggio, troviamo la tensione di uscita, $V_{02}$ considerando solo $V_{2}$. Simile a quello nel passaggio precedente, eliminare$V_{1}$rendendolo cortocircuito. Ilmodified circuit diagram è mostrato nella figura seguente.

È possibile osservare che la tensione al terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale sarà zero volt. Significa che il circuito sopra è semplicemente un fileinverting op-amp. Pertanto, la tensione di uscita$V_{02}$ del circuito di cui sopra sarà -

$$V_{02}=\left(-\frac{R_f}{R_1}\right)V_{2}$$

Passaggio 3

In questo passaggio, otterremo la tensione di uscita $V_{0}$ del circuito sottrattore di adding the output voltagesottenuto in Step1 e Step2. Matematicamente, può essere scritto come

$$V_{0}=V_{01}+V_{02}$$

Sostituendo i valori di $V_{01}$ e $V_{02}$ nell'equazione sopra, otteniamo -

$$V_{0}=V_{1}\left(\frac{R_3}{R_2+R_3}\right)\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)+\left(-\frac{R_f}{R_1}\right)V_{2}$$

$$=>V_{0}=V_{1}\left(\frac{R_3}{R_2+R_3}\right)\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)-\left(\frac{R_f}{R_1}\right)V_{2}$$

Se $R_{f}=R_{1}=R_{2}=R_{3}=R$, quindi la tensione di uscita $V_{0}$ sarà

$$V_{0}=V_{1}\left(\frac{R}{R+R}\right)\left(1+\frac{R}{R}\right)-\left(\frac{R}{R}\right)V_{2}$$

$$=>V_{0}=V_{1}\left(\frac{R}{2R}\right)(2)-(1)V_{2}$$

$$V_{0}=V_{1}-V_{2}$$

Pertanto, il circuito sottrattore basato sull'amplificatore operazionale discusso sopra produrrà un'uscita, che è la differenza di due tensioni di ingresso $V_{1}$ e $V_{2}$, quando tutte le resistenze presenti nel circuito hanno lo stesso valore.

I circuiti elettronici che eseguono le operazioni matematiche come la differenziazione e l'integrazione sono chiamati rispettivamente come differenziatore e integratore.

Questo capitolo discute in dettaglio sulle funzionalità basate su amplificatori operazionali differentiatore integratore. Si noti che anche questi rientrano nelle applicazioni lineari dell'amplificatore operazionale.

Differenziatore

UN differentiatorè un circuito elettronico che produce un'uscita uguale alla prima derivata del suo ingresso. Questa sezione discute in dettaglio il differenziatore basato sull'amplificatore operazionale.

Un differenziatore basato su amplificatore operazionale produce un'uscita, che è uguale al differenziale della tensione di ingresso applicata al suo terminale invertente. Ilcircuit diagram di un differenziatore basato su amplificatore operazionale è mostrato nella figura seguente:

Secondo il virtual short concept, la tensione al terminale di ingresso invertente di opamp sarà uguale alla tensione presente al suo terminale di ingresso non invertente. Quindi, la tensione al terminale di ingresso invertente dell'amplificatore operazionale sarà zero volt.

L'equazione nodale al nodo del terminale di ingresso invertente è -

$$C\frac{\text{d}(0-V_{i})}{\text{d}t}+\frac{0-V_0}{R}=0$$

$$=>-C\frac{\text{d}V_{i}}{\text{d}t}=\frac{V_0}{R}$$

$$=>V_{0}=-RC\frac{\text{d}V_{i}}{\text{d}t}$$

Se $RC=1\sec$, quindi la tensione di uscita $V_{0}$ sarà -

$$V_{0}=-\frac{\text{d}V_{i}}{\text{d}t}$$

Pertanto, il circuito differenziatore basato su amplificatore operazionale mostrato sopra produrrà un'uscita, che è il differenziale della tensione di ingresso $V_{i}$, quando le grandezze delle impedenze del resistore e del condensatore sono reciproche.

Notare che la tensione di uscita $V_{0}$ sta avendo un negative sign, che indica che esiste una differenza di fase di 180 ⁰ tra l'ingresso e l'uscita.

Integratore

Un integratorè un circuito elettronico che produce un'uscita che è l'integrazione dell'ingresso applicato. Questa sezione discute dell'integratore basato sull'amplificatore operazionale.

Un integratore basato su amplificatore operazionale produce un'uscita, che è un integrale della tensione di ingresso applicata al suo terminale invertente. Ilcircuit diagram di un integratore basato su amplificatore operazionale è mostrato nella figura seguente:

Nel circuito mostrato sopra, il terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale è collegato a terra. Ciò significa che zero volt viene applicato al suo terminale di ingresso non invertente.

Secondo virtual short concept, la tensione al terminale di ingresso invertente dell'amplificatore operazionale sarà uguale alla tensione presente al suo terminale di ingresso non invertente. Quindi, la tensione al terminale di ingresso invertente dell'amplificatore operazionale sarà zero volt.

Il nodal equation al terminale di ingresso invertente è -

$$\frac{0-V_i}{R}+C\frac{\text{d}(0-V_{0})}{\text{d}t}=0$$

$$=>\frac{-V_i}{R}=C\frac{\text{d}V_{0}}{\text{d}t}$$

$$=>\frac{\text{d}V_{0}}{\text{d}t}=-\frac{V_i}{RC}$$

$$=>{d}V_{0}=\left(-\frac{V_i}{RC}\right){\text{d}t}$$

Integrando entrambi i lati dell'equazione mostrata sopra, otteniamo:

$$\int{d}V_{0}=\int\left(-\frac{V_i}{RC}\right){\text{d}t}$$

$$=>V_{0}=-\frac{1}{RC}\int V_{t}{\text{d}t}$$

Se $RC=1\sec$, quindi la tensione di uscita, $V_{0}$ sarà -

$$V_{0}=-\int V_{i}{\text{d}t}$$

Quindi, il circuito integratore basato su amplificatore operazionale discusso sopra produrrà un'uscita, che è l'integrale della tensione di ingresso $V_{i}$, quando l'entità delle impedenze del resistore e del condensatore sono reciproche.

Note - La tensione di uscita, $V_{0}$ sta avendo un negative sign, che indica che esiste una differenza di fase di 180 ⁰ tra l'ingresso e l'uscita.

Tensione e corrente sono le grandezze elettriche di base. Possono essere convertiti l'uno nell'altro a seconda delle esigenze.Voltage to Current Converter e corrente a Voltage Convertersono i due circuiti che aiutano in tale conversione. Queste sono anche applicazioni lineari di amplificatori operazionali. Questo capitolo li discute in dettaglio.

Convertitore da tensione a corrente

UN voltage to current converter o V to I converter, è un circuito elettronico che prende la corrente come ingresso e produce tensione come uscita. Questa sezione discute del convertitore da tensione a corrente basato sull'amplificatore operazionale.

Un convertitore da tensione a corrente basato su amplificatore operazionale produce una corrente di uscita quando viene applicata una tensione al suo terminale non invertente. Ilcircuit diagram di un convertitore da tensione a corrente basato su amplificatore operazionale è mostrato nella figura seguente.

Nel circuito mostrato sopra, una tensione di ingresso $V_{i}$viene applicato al terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale. Secondo ilvirtual short concept, la tensione sul terminale di ingresso invertente di un amplificatore operazionale sarà uguale alla tensione sul suo terminale di ingresso non invertente. Quindi, la tensione al terminale di ingresso invertente dell'amplificatore operazionale sarà$V_{i}$.

Il nodal equation al nodo del terminale di ingresso invertente è -

$$\frac{V_i}{R_1}-I_{0}=0$$

$$=>I_{0}=\frac{V_t}{R_1}$$

Quindi, il output current $I_{0}$ di un convertitore da tensione a corrente è il rapporto tra la sua tensione di ingresso $V_{i}$ e resistenza $R_{1}$.

Possiamo riscrivere l'equazione precedente come -

$$\frac{I_0}{V_i}=\frac{1}{R_1}$$

L'equazione sopra rappresenta il rapporto della corrente di uscita $I_{0}$ e la tensione di ingresso $V_{i}$ ed è uguale al reciproco della resistenza $R_{1}$ Il rapporto tra la corrente di uscita $I_{0}$ e la tensione di ingresso $V_{i}$ è chiamato come Transconductance.

Sappiamo che il rapporto tra l'uscita e l'ingresso di un circuito è chiamato guadagno. Quindi, il guadagno di un convertitore da tensione a corrente è la Transconduttanza ed è uguale al reciproco della resistenza$R_{1}$.

Convertitore da corrente a tensione

UN current to voltage converter o I to V converterè un circuito elettronico che prende la corrente come ingresso e produce tensione come uscita. Questa sezione discute del convertitore da corrente a tensione basato sull'amplificatore operazionale.

Un convertitore da corrente a tensione basato su amplificatore operazionale produce una tensione di uscita quando la corrente viene applicata al suo terminale invertente. Ilcircuit diagram di un convertitore da corrente a tensione basato su amplificatore operazionale è mostrato nella figura seguente.

Secondo il virtual short concept, la tensione sul terminale di ingresso invertente di un amplificatore operazionale sarà uguale alla tensione sul suo terminale di ingresso non invertente. Quindi, la tensione al terminale di ingresso invertente dell'amplificatore operazionale sarà zero volt.

Il nodal equation al nodo del terminale invertente è -

$$-I_{i}+\frac{0-V_0}{R_f}=0$$

$$-I_{i}=\frac{V_0}{R_f}$$

$$V_{0}=-R_{t}I_{i}$$

Quindi, il output voltage, $V_{0}$ del convertitore da corrente a tensione è il prodotto (negativo) della resistenza di retroazione, $R_{f}$ e la corrente di ingresso, $I_{t}$. Osservare che la tensione di uscita,$V_{0}$ sta avendo un negative sign, che indica che esiste una differenza di fase di 180 ⁰ tra la corrente di ingresso e la tensione di uscita.

Possiamo riscrivere l'equazione precedente come -

$$\frac{V_0}{I_i}=-R_{f}$$

L'equazione sopra rappresenta il rapporto tra la tensione di uscita $V_{0}$ e la corrente di ingresso $I_{i}$, ed è uguale al negativo della resistenza al feedback, $R_{f}$. Il rapporto tra la tensione di uscita$V_{0}$ e corrente di ingresso $I_{i}$ è chiamato come Transresistance.

Sappiamo che il rapporto tra output e input di un circuito è chiamato come gain. Quindi, il guadagno di un convertitore da corrente a tensione è la sua resistenza trans ed è uguale alla resistenza di feedback (negativa)$R_{f}$ .

UN comparatorè un circuito elettronico, che confronta i due ingressi ad esso applicati e produce un'uscita. Il valore di uscita del comparatore indica quale degli ingressi è maggiore o minore. Si noti che il comparatore rientra nelle applicazioni non lineari dei circuiti integrati.

Un amplificatore operazionale è composto da due terminali di ingresso e quindi un comparatore basato su amplificatore operazionale confronta i due ingressi ad esso applicati e produce il risultato del confronto come uscita. Questo capitolo discute diop-amp based comparators.

Tipi di comparatori

I comparatori sono di due tipi: Inverting e Non-inverting. Questa sezione discute su questi due tipi in dettaglio.

Comparatore invertente

Un inverting comparatorè un comparatore basato su amplificatore operazionale per il quale viene applicata una tensione di riferimento al suo terminale non invertente e la tensione di ingresso viene applicata al suo terminale invertente. Questo comparatore è chiamato comeinverting comparatore perché la tensione di ingresso, che deve essere confrontata, viene applicata al terminale invertente dell'amplificatore operazionale.

Il circuit diagram di un comparatore invertente è mostrato nella figura seguente.

Il operationdi un comparatore invertente è molto semplice. Produce uno dei due valori,$+V_{sat}$ e $-V_{sat}$ all'uscita in base ai valori della sua tensione di ingresso $V_{i}$ e la tensione di riferimento $V_{ref}$.

Il valore di uscita di un comparatore invertente sarà $-V_{sat}$, per il quale l'input $V_{i}$ la tensione è maggiore della tensione di riferimento $V_{ref}$.
Il valore di uscita di un comparatore invertente sarà $+V_{sat}$, per il quale l'input $V_{i}$ è inferiore alla tensione di riferimento $V_{ref}$.

Esempio

Disegniamo il file output wave form di un comparatore invertente, quando un segnale di ingresso sinusoidale e una tensione di riferimento di zero volt sono applicati rispettivamente ai suoi terminali invertenti e non invertenti.

Il operation del comparatore invertente mostrato sopra è discusso di seguito -

Durante positive half cycledel segnale di ingresso sinusoidale, la tensione presente al terminale invertente dell'amplificatore operazionale è maggiore di zero volt. Quindi, il valore di uscita del comparatore invertente sarà uguale a$-V_{sat}$ durante il semiciclo positivo del segnale di ingresso sinusoidale.
Allo stesso modo, durante il negative half cycledel segnale di ingresso sinusoidale, la tensione presente al terminale invertente dell'amplificatore operazionale è inferiore a zero volt. Quindi, il valore di uscita del comparatore invertente sarà uguale a$+V_{sat}$ durante il semiciclo negativo del segnale di ingresso sinusoidale.

La figura seguente mostra il file input and output waveforms di un comparatore invertente, quando la tensione di riferimento è zero volt.

Nella figura mostrata sopra, possiamo osservare che le transizioni di output da $-V_{sat}$ per $+V_{sat}$ o da $+V_{sat}$ per $-V_{sat}$ogni volta che il segnale di ingresso sinusoidale attraversa lo zero volt. In altre parole, l'uscita cambia il suo valore quando l'ingresso sta attraversando lo zero volt. Quindi, il circuito sopra è anche chiamato comeinverting zero crossing detector.

Comparatore non invertente

Un comparatore non invertente è un comparatore basato su amplificatore operazionale per il quale viene applicata una tensione di riferimento al suo terminale invertente e la tensione di ingresso viene applicata al suo terminale non invertente. Questo comparatore basato su amplificatore operazionale è chiamato comenon-inverting comparatore perché la tensione di ingresso, che deve essere confrontata, viene applicata al terminale non invertente dell'amplificatore operazionale.

Il circuit diagram di un comparatore non invertente è mostrato nella figura seguente

Il operationdi un comparatore non invertente è molto semplice. Produce uno dei due valori,$+V_{sat}$ e $-V_{sat}$ in uscita in base ai valori della tensione di ingresso $V_{t}$ e la tensione di riferimento $+V_{ref}$.

Il valore di uscita di un comparatore non invertente sarà $+V_{sat}$, per cui la tensione di ingresso $V_{i}$ è maggiore della tensione di riferimento $+V_{ref}$.
Il valore di uscita di un comparatore non invertente sarà ape $-V_{sat}$, per cui la tensione di ingresso $V_{i}$ è inferiore alla tensione di riferimento $+V_{ref}$.

Esempio

Disegniamo il file output wave form di un comparatore non invertente, quando un segnale di ingresso sinusoidale e una tensione di riferimento di zero volt vengono applicati rispettivamente ai terminali non invertenti e invertenti dell'amplificatore operazionale.

Il operation di un comparatore non invertente è spiegato di seguito -

Durante positive half cycledel segnale di ingresso sinusoidale, la tensione presente al terminale non invertente dell'amplificatore operazionale è maggiore di zero volt. Quindi, il valore di uscita di un comparatore non invertente sarà uguale a$+V_{sat}$ durante il semiciclo positivo del segnale di ingresso sinusoidale.
Allo stesso modo, durante il negative half cycledel segnale di ingresso sinusoidale, la tensione presente al terminale non invertente dell'amplificatore operazionale è inferiore a zero volt. Quindi, il valore di uscita del comparatore non invertente sarà uguale a$-V_{sat}$ durante il semiciclo negativo del segnale di ingresso sinusoidale.

La figura seguente mostra il file input and output waveforms di un comparatore non invertente, quando la tensione di riferimento è zero volt.

Dalla figura mostrata sopra, possiamo osservare che le transizioni di output da $+V_{sat}$ per $-V_{sat}$ o da $-V_{sat}$ per $+V_{sat}$ogni volta che il segnale di ingresso sinusoidale attraversa zero volt. Ciò significa che l'uscita cambia il suo valore quando l'ingresso supera lo zero volt. Quindi, il circuito sopra è anche chiamato comenon-inverting zero crossing detector.

I circuiti elettronici che eseguono le operazioni matematiche quali logaritmo e anti-logaritmo (esponenziale) con un'amplificazione sono chiamati come Logarithmic amplifier e Anti-Logarithmic amplifier rispettivamente.

Questo capitolo discute di Logarithmic amplifier e Anti-Logarithmic amplifierin dettaglio. Si noti che questi amplificatori rientrano nelle applicazioni non lineari.

Amplificatore logaritmico

UN logarithmic amplifiero un file log amplifier, è un circuito elettronico che produce un'uscita proporzionale al logaritmo dell'ingresso applicato. Questa sezione discute in dettaglio l'amplificatore logaritmico basato su amplificatore operazionale.

Un amplificatore logaritmico basato su amplificatore operazionale produce una tensione in uscita, che è proporzionale al logaritmo della tensione applicata al resistore collegato al suo terminale invertente. Ilcircuit diagram di un amplificatore logaritmico basato su amplificatore operazionale è mostrato nella figura seguente:

Nel circuito sopra, il terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale è collegato a terra. Ciò significa che zero volt viene applicato al terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale.

Il nodal equation al nodo del terminale di ingresso invertente è -

$$\frac{0-V_i}{R_1}+I_{f}=0$$

$$=>I_{f}=\frac{V_i}{R_1}......Equation 1$$

Quello che segue è il file equation for current che scorre attraverso un diodo, quando è in polarizzazione diretta -

$$I_{f}=I_{s} e^{(\frac{V_f}{nV_T})} ......Equation 2$$

dove,

$I_{s}$ è la corrente di saturazione del diodo,

$V_{f}$ è la caduta di tensione attraverso il diodo, quando è in polarizzazione diretta,

$V_{T}$ è la tensione termica equivalente del diodo.

Il KVL equation intorno al ciclo di feedback dell'amplificatore operazionale sarà -

$$0-V_{f}-V_{0}=0$$

$$=>V_{f}=-V_{0}$$

Sostituendo il valore di $V_{f}$ nell'equazione 2, otteniamo -

$$I_{f}=I_{s} e^{\left(\frac{-V_0}{nV_T}\right)} ......Equation 3$$

Osserva che i termini del lato sinistro dell'equazione 1 e dell'equazione 3 sono gli stessi. Quindi, equipara il termine a destra di queste due equazioni come mostrato di seguito:

$$\frac{V_i}{R_1}=I_{s}e^{\left(\frac{-V_0}{nV_T}\right)}$$

$$\frac{V_i}{R_1I_s}= e^{\left(\frac{-V_0}{nV_T}\right)}$$

Applicazione natural logarithm su entrambi i lati, otteniamo -

$$In\left(\frac{V_i}{R_1I_s}\right)= \frac{-V_0}{nV_T}$$

$$V_{0}=-{nV_T}In\left(\frac{V_i}{R_1I_s}\right)$$

Si noti che nell'equazione precedente, i parametri n, ${V_T}$ e $I_{s}$sono costanti. Quindi, la tensione di uscita$V_{0}$ sarà proporzionale al natural logarithm della tensione di ingresso $V_{i}$ per un valore fisso di resistenza $R_{1}$.

Pertanto, il circuito dell'amplificatore logaritmico basato sull'amplificatore operazionale discusso sopra produrrà un'uscita, che è proporzionale al logaritmo naturale della tensione di ingresso ${V_T}$, quando ${R_1I_s}=1V$.

Osservare che la tensione di uscita $V_{0}$ ha un negative sign, che indica che esiste una differenza di fase di 180 ⁰ tra l'ingresso e l'uscita.

Amplificatore anti-logaritmico

Un anti-logarithmic amplifiero un file anti-log amplifier, è un circuito elettronico che produce un'uscita proporzionale all'anti-logaritmo dell'ingresso applicato. Questa sezione discute in dettaglio l'amplificatore anti-logaritmico basato sull'amplificatore operazionale.

Un amplificatore anti-logaritmico basato su amplificatore operazionale produce una tensione in uscita, che è proporzionale all'anti-logaritmo della tensione che viene applicata al diodo collegato al suo terminale invertente.

Il circuit diagram di un amplificatore anti-logaritmico basato su amplificatore operazionale è mostrato nella figura seguente:

Nel circuito mostrato sopra, il terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale è collegato a terra. Significa che zero volt viene applicato al suo terminale di ingresso non invertente.

Secondo il virtual short concept, la tensione al terminale di ingresso invertente dell'amplificatore operazionale sarà uguale alla tensione presente al suo terminale di ingresso non invertente. Quindi, la tensione al suo terminale di ingresso invertente sarà zero volt.

Il nodal equation al nodo del terminale di ingresso invertente è -

$$-I_{f}+\frac{0-V_0}{R_f}=0$$

$$=>-\frac{V_0}{R_f}=I_{f}$$

$$=>V_{0}=-R_{f}I_{f}.........Equation 4$$

Sappiamo che l'equazione per la corrente che scorre attraverso un diodo, quando è in polarizzazione diretta, è la seguente:

$$I_{f}=I_{s} e^{\left(\frac{V_f}{nV_T}\right)}$$

Sostituendo il valore di $I_{f}$ nell'equazione 4, otteniamo

$$V_{0}=-R_{f}\left \{{I_{s} e^{\left(\frac{V_f}{nV_T}\right)}}\right \}$$

$$V_{0}=-R_{f}{I_{s} e^{\left(\frac{V_f}{nV_T}\right)}}......Equation 5$$

L'equazione KVL sul lato di ingresso del terminale invertente dell'amplificatore operazionale sarà

$$V_{i}-V_{f}=0$$

$$V_{f}=V_{i}$$

Sostituendo, il valore di nell'equazione 5, otteniamo -

$$V_{0}=-R_{f}{I_{s} e^{\left(\frac{V_i}{nV_T}\right)}}$$

Si noti che, nell'equazione precedente i parametri n, ${V_T}$ e $I_{s}$sono costanti. Quindi, la tensione di uscita${V_0}$ sarà proporzionale al anti-natural logarithm (esponenziale) della tensione di ingresso ${V_i}$, per un valore fisso di resistenza di feedback ${R_f}$.

Pertanto, il circuito amplificatore anti-logaritmico basato su amplificatore operazionale discusso sopra produrrà un'uscita, che è proporzionale al logaritmo anti-naturale (esponenziale) della tensione di ingresso ${V_i}$ quando, ${R_fI_s}= 1V$. Osservare che la tensione di uscita${V_0}$ sta avendo un negative sign, che indica che esiste una differenza di fase di 180 ⁰ tra l'ingresso e l'uscita.

AC e DC sono due termini frequenti che incontri studiando il flusso di carica elettrica. Alternating Current (AC)ha la proprietà di cambiare il suo stato continuamente. Ad esempio, se consideriamo un'onda sinusoidale, la corrente scorre in una direzione per mezzo ciclo positivo e nella direzione opposta per mezzo ciclo negativo. D'altra parte,Direct Current (DC) scorre solo in una direzione.

Un circuito elettronico, che produce un segnale CC o un segnale CC pulsato, quando viene applicato un segnale CA è chiamato come un rectifier. Questo capitolo discute in dettaglio sui raddrizzatori basati su amplificatori operazionali.

Tipi di raddrizzatori

I raddrizzatori sono classificati in due tipi: Half wave rectifier e Full wave rectifier. Questa sezione discute su questi due tipi in dettaglio.

Raddrizzatore a mezza onda

UN half wave rectifier è un raddrizzatore che produce mezzi cicli positivi in uscita per un mezzo ciclo dell'input e zero output per l'altro mezzo ciclo dell'input.

Il circuit diagram di un raddrizzatore a semionda è mostrato nella figura seguente.

Si osservi che lo schema del circuito di un raddrizzatore a semionda mostrato sopra sembra un amplificatore invertente, con due diodi D ₁ e D ₂ in aggiunta.

Il working del circuito raddrizzatore a semionda mostrato sopra è spiegato di seguito

Per il positive half cycledell'ingresso sinusoidale, l'uscita dell'amplificatore operazionale sarà negativa. Quindi, il diodo D ₁ sarà polarizzato in avanti.
Quando il diodo D ₁ è in polarizzazione diretta, la tensione di uscita dell'amplificatore operazionale sarà -0,7 V. Quindi, il diodo D ₂ sarà polarizzato inversamente. Quindi iloutput voltage del circuito sopra è zero volt.
Quindi c'è no (zero) output di raddrizzatore a semionda per il semiciclo positivo di un ingresso sinusoidale.
Per il negative half cycledell'ingresso sinusoidale, l'uscita dell'amplificatore operazionale sarà positiva. Quindi, i diodi D ₁ e D ₂ saranno polarizzati inversamente e polarizzati in avanti rispettivamente. Quindi, la tensione di uscita del circuito sopra sarà -

$$V_0=-\left(\frac{R_f}{R_1}\right)V_1$$

Pertanto, l'uscita di un raddrizzatore a semionda sarà a positive half cycle per un semiciclo negativo dell'ingresso sinusoidale.

Forme d'onda

Il input e output waveforms di un raddrizzatore a semionda sono mostrati nella figura seguente

Come puoi vedere dal grafico sopra, verrà prodotto lo schema del circuito del raddrizzatore a semionda che abbiamo discusso positive half cycles per semicicli negativi di ingresso sinusoidale e zero uscita per semicicli positivi di ingresso sinusoidale

Raddrizzatore a onda intera

UN full wave rectifier produce mezzi cicli positivi all'uscita per entrambi i mezzi cicli dell'input.

Il circuit diagram di un raddrizzatore a onda intera è mostrato nella figura seguente -

Lo schema circuitale sopra è costituito da due amplificatori operazionali, due diodi, D ₁ e D ₂ e cinque resistori, da R ₁ a R ₅ . Ilworking del circuito raddrizzatore a onda intera mostrato sopra è spiegato di seguito:

Per il positive half cycledi un ingresso sinusoidale, l'uscita del primo amplificatore operazionale sarà negativa. Quindi, i diodi D ₁ e D ₂ saranno polarizzati in avanti e polarizzati inversamente rispettivamente.
Quindi, la tensione di uscita del primo amplificatore operazionale sarà -

$$V_{01}=-\left(\frac{R_2}{R_1}\right)V_i$$

Si noti che l'uscita del primo amplificatore operazionale è collegata a un resistore R ₄ , che è collegato al terminale invertente del secondo amplificatore operazionale. La tensione presente al terminale non invertente del secondo amplificatore operazionale è 0 V. Quindi, il secondo amplificatore operazionale con resistori, R ₄ e R ₄ funge dainverting amplifier.
La tensione di uscita del secondo amplificatore operazionale sarà

$$V_0=-\left(\frac{R_5}{R_4}\right)V_{01}$$

Substituting il valore di $V_{01}$ nell'equazione sopra, otteniamo -

$$=>V_{0}=-\left(\frac{R_5}{R_4}\right)\left \{ -\left(\frac{R_2}{R_1}\right)V_{i} \right \}$$

$$=>V_{0}=\left(\frac{R_2R_5}{R_1R_4}\right)V_{i}$$
Pertanto, l'uscita di un raddrizzatore a onda intera sarà un semiciclo positivo per il positive half cycledi un ingresso sinusoidale. In questo caso, il guadagno dell'uscita è$\frac{R_2R_5}{R_1R_4}$. Se consideriamo$R_{1}=R_{2}=R_{4}=R_{5}=R$, quindi il guadagno dell'uscita sarà uno.
Per il negative half cycledi un ingresso sinusoidale, l'uscita del primo amplificatore operazionale sarà positiva. Quindi, i diodi D ₁ e D ₂ saranno polarizzati inversamente e polarizzati in avanti rispettivamente.
La tensione di uscita del primo amplificatore operazionale sarà:

$$V_{01}=-\left(\frac{R_3}{R_1}\right)V_{i}$$

L'uscita del primo amplificatore operazionale è direttamente collegata al terminale non invertente del secondo amplificatore operazionale. Ora, il secondo amplificatore operazionale con resistori, R ₄ e R _5, funge danon-inverting amplifier.

La tensione di uscita del secondo amplificatore operazionale sarà -

$$V_{0}=\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right)V_{01}$$

Substituting il valore di $V_{01}$ nell'equazione precedente, otteniamo

$$=>V_{0}=\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right) \left\{-\left(\frac{R_3}{R_1}\right)V_{i}\right \} $$

$$=>V_{0}=-\left(\frac{R_3}{R_1}\right)\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right)V_{i}$$
Pertanto, l'uscita di un raddrizzatore a onda intera sarà a positive half cycleanche per il semiciclo negativo dell'ingresso sinusoidale. In questo caso, l'entità del guadagno dell'uscita è$\left(\frac{R_3}{R_1}\right)\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right)$. Se consideriamo$R_{1}=2R_{3}=R_{4}=R_{5}=R$ allora il guadagno dell'uscita sarà one.

Il input e output waveforms di un raddrizzatore a onda intera sono mostrati nella figura seguente

Come puoi vedere nella figura sopra, lo schema del circuito del raddrizzatore a onda intera che abbiamo considerato produrrà solo positive half cycles per semicicli positivi e negativi di un ingresso sinusoidale.

Wave shaping circuitssono i circuiti elettronici, che producono la forma desiderata in uscita dalla forma d'onda in ingresso applicata. Questi circuiti svolgono due funzioni:

Attenua l'onda applicata
Altera il livello dc dell'onda applicata.

Esistono due tipi di circuiti di modellazione dell'onda: Clippers e Clampers. In questo capitolo imparerai in dettaglio i clipper.

Clippers basati su amplificatore operazionale

UN clipperè un circuito elettronico che produce un'uscita rimuovendo una parte dell'ingresso al di sopra o al di sotto di un valore di riferimento. Ciò significa che l'output di un clipper sarà uguale a quello dell'input per una parte diversa da quella tagliata. Per questo motivo, l'ampiezza da picco a picco dell'output di un clipper sarà sempre inferiore a quella dell'ingresso.

Il vantaggio principale dei clipper è che eliminano il rumore indesiderato presente nell'ampiezza di un segnale CA.

I clipper possono essere classificati nei due tipi seguenti in base alla porzione di ritaglio dell'input.

Clipper positivo
Clipper negativo

Questi sono discussi in dettaglio come indicato di seguito:

Clipper positivo

UN positive clipper è un clipper che taglia solo la parte positiva del segnale di ingresso.

Il circuit diagramdi clipper positivo è mostrato nella figura seguente -

Nel circuito mostrato sopra, un segnale di tensione sinusoidale $V_{t}$viene applicato al terminale non invertente dell'amplificatore operazionale. Il valore della tensione di riferimento$V_{ref}$ può essere scelto variando la resistenza $R_{2}$.

Il operation del circuito mostrato sopra è spiegato di seguito -

Se il valore della tensione di ingresso $V_i$ è inferiore al valore della tensione di riferimento $V_{ref}$, quindi il diodo D ₁ conduce. Quindi, il circuito sopra indicato si comporta come un filevoltage follower. Pertanto, la tensione di uscita$V_{0}$ del circuito sopra sarà uguale a quello della tensione di ingresso $V_{i}$, per $V_{i}$ < $V_{ref}$.
Se il valore della tensione di ingresso $V_{i}$ è maggiore del valore della tensione di riferimento $V_{ref}$, quindi il diodo D ₁ sarà spento. Ora, l'amplificatore operazionale opera in un circuito aperto poiché il percorso di feedback era aperto. Pertanto, la tensione di uscita$V_{0}$ del circuito di cui sopra sarà uguale al valore della tensione di riferimento $V_{ref}$, per $V_{i}$ > $V_{ref}$.

Il input wave form e il corrispondente output wave form di un clipper positivo per una tensione di riferimento positiva $V_{ref}$, sono mostrati nella figura seguente:

Clipper negativo

UN negative clipperè un clipper che taglia solo le porzioni negative del segnale di ingresso. Potete ottenere il circuito del clipper negativo semplicemente invertendo il diodo e prendendo la polarità inversa della tensione di riferimento, nel circuito che avete visto per un clipper positivo.

Il circuit diagram di un clipper negativo è mostrato nella figura seguente -

Nel circuito sopra, un segnale di tensione sinusoidale $V_{i}$viene applicato al terminale non invertente dell'amplificatore operazionale. Il valore della tensione di riferimento$V_{ref}$ può essere scelto variando la resistenza $R_{2}$.

Il operation di un circuito clipper negativo è spiegato di seguito -

Se il valore della tensione di ingresso $V_{t}$ è maggiore del valore della tensione di riferimento $V_{ref}$, quindi il diodo D ₁ conduce. Quindi, il circuito sopra si comporta come un filevoltage follower. Pertanto, la tensione di uscita$V_{0}$ del circuito sopra sarà uguale a quello della tensione di ingresso $V_{i}$ per $V_{i}$> $V_{ref}$.

Se il valore della tensione di ingresso $V_{i}$è inferiore al valore della tensione di riferimento, quindi il diodo D ₁ sarà spento. Ora, l'amplificatore operazionale opera in un circuito aperto poiché il percorso di feedback è aperto. Pertanto, la tensione di uscita$V_{0}$ del circuito di cui sopra sarà uguale al valore della tensione di riferimento,$V_{ref}$ per $V_{i}$ < $V_{ref}$.

Il input wave form e il corrispondente output wave form di un clipper negativo, per una tensione di riferimento negativa $V_{ref}$, sono mostrati nella figura seguente:

Nel capitolo precedente, abbiamo discusso dei clipper. Ora, parliamo di altri tipi di circuiti di modellazione dell'onda, vale a dire i morsetti.

Morsetti basati su amplificatore operazionale

UN clamperè un circuito elettronico che produce un'uscita, che è simile all'ingresso ma con uno spostamento del livello DC. In altre parole, l'uscita di un morsetto è una replica esatta dell'ingresso. Quindi, l'ampiezza da picco a picco dell'uscita di un morsetto sarà sempre uguale a quella dell'ingresso.

I morsetti vengono utilizzati per introdurre o ripristinare il livello CC del segnale di ingresso in uscita. Ci sonotwo types di morsetti basati su amplificatori operazionali basati sullo spostamento CC dell'ingresso.

Morsetto positivo
Morsetto negativo

Questa sezione tratta in dettaglio questi due tipi di pinze.

Morsetto positivo

Un morsetto positivo è un circuito del morsetto che produce un'uscita in modo tale che il segnale di ingresso venga spostato verticalmente di un valore CC positivo.

Il circuit diagram di un morsetto positivo è mostrato nella figura seguente -

Nel circuito sopra, a sinusoidal voltage signal, $V_{i}$ viene applicato al terminale invertente dell'amplificatore operazionale attraverso una rete costituita da un condensatore $C_{1}$ e un resistore $R_{1}$. Ciò significa che il segnale di tensione CA viene applicato al terminale invertente dell'amplificatore operazionale.

Il DC reference voltage $V_{ref}$ viene applicato al terminale non invertente dell'amplificatore operazionale. Il valore della tensione di riferimento$V_{ref}$ può essere scelto variando la resistenza $R_{2}$. In questo caso, otterremo una tensione di riferimento$V_{ref}$ di valore positivo.

Il circuito sopra produce un file output, quale is the combination (resultant sum) del segnale di tensione sinusoidale $V_{i}$ e la tensione di riferimento $V_{ref}$. Ciò significa che il circuito del morsetto produce un'uscita in modo tale che il segnale di tensione sinusoidale$V_{i}$ viene spostato verticalmente verso l'alto del valore della tensione di riferimento $V_{ref}$.

La forma d'onda di ingresso e la corrispondente forma d'onda di uscita del morsetto positivo sono mostrate nella figura sopra -

Dalla figura sopra, è possibile osservare che il morsetto positivo sposta la forma d'onda di ingresso applicata vertically upwardall'uscita. La quantità di spostamento dipenderà dal valore della tensione di riferimento CC.

Morsetto negativo

UN negative clamper è un circuito a morsetto che produce un'uscita in modo tale che il segnale di ingresso venga spostato verticalmente di un valore CC negativo.

Il circuit diagram del morsetto negativo è mostrato nella figura seguente -

Nel circuito sopra, a sinusoidal voltage signal $V_{i}$ viene applicato al terminale invertente dell'amplificatore operazionale attraverso una rete composta da un condensatore C ₁ e un resistore$R_{1}$. Ciò significa che il segnale di tensione CA viene applicato al terminale invertente dell'amplificatore operazionale.

Il DC reference voltage $V_{ref}$ viene applicato al terminale non invertente dell'amplificatore operazionale. Il valore della tensione di riferimento $V_{ref}$ può essere scelto variando la resistenza $R_{2}$. In questo caso, otterremo la tensione di riferimento$V_{ref}$ di valore negativo.

Il circuito sopra produce un'uscita, che è la combinazione (somma risultante) del segnale di tensione sinusoidale $V_{i}$ e tensione di riferimento $V_{ref}$. Ciò significa che il circuito del morsetto produce un'uscita in modo tale che il segnale di tensione sinusoidale$V_{i}$ viene spostato verticalmente verso il basso del valore della tensione di riferimento $V_{ref}$.

La forma d'onda di ingresso e la forma d'onda di uscita corrispondente di un morsetto negativo sono mostrate nella figura seguente:

Possiamo osservare dall'uscita che il morsetto negativo sposta la forma d'onda di ingresso applicata vertically downwardall'uscita. La quantità di spostamento dipenderà dal valore della tensione di riferimento CC.

Filterssono circuiti elettronici che consentono determinati componenti di frequenza e / o ne rifiutano altri. Potresti aver incontrato i filtri nel tutorial sulla teoria della rete. Sono passivi e sono circuiti elettrici o reti costituiti da elementi passivi come resistore, condensatore e (o) un induttore.

Questo capitolo discute di active filters in dettaglio.

Tipi di filtri attivi

I filtri attivi sono i circuiti elettronici, che consistono in elementi attivi come amplificatori operazionali insieme a elementi passivi come resistori e condensatori.

I filtri attivi sono principalmente classificati nei seguenti four types in base alla banda di frequenze che stanno permettendo e / o rifiutando -

Filtro passa basso attivo
Filtro passa alto attivo
Filtro passa banda attivo
Filtro attivo per l'interruzione della banda

Filtro passa basso attivo

Se un filtro attivo consente (passa) solo low frequency componenti e rifiuta (blocca) tutti gli altri componenti ad alta frequenza, quindi viene chiamato come file active low pass filter.

Il circuit diagram di un filtro passa basso attivo è mostrato nella figura seguente:

Sappiamo che la rete elettrica, che è collegata al terminale non invertente di un amplificatore operazionale, è una passive low pass filter. Quindi, l'ingresso di un terminale non invertente di un amplificatore operazionale è l'uscita di un filtro passa basso passivo.

Si osservi che il circuito di cui sopra assomiglia a non-inverting amplifier. Ha l'uscita di un filtro passa basso passivo come ingresso al terminale non invertente dell'amplificatore operazionale. Quindi, produce un output, che è$\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)$ volte l'ingresso presente al morsetto non invertente.

Possiamo scegliere i valori di $R_{f}$ e $R_{1}$ opportunamente per ottenere il desired gainall'uscita. Supponiamo, se consideriamo i valori di resistenza di$R_{f}$ e $R_{1}$ come zero ohm e infinito ohm, il circuito sopra produrrà a unity gain uscita filtro passa basso.

Filtro passa alto attivo

Se un filtro attivo consente (passa) solo high frequency componenti e rifiuta (blocca) tutti gli altri componenti a bassa frequenza, quindi viene chiamato un file active high pass filter.

Il circuit diagram di un filtro passa-alto attivo è mostrato nella figura seguente:

Sappiamo che la rete elettrica, che è collegata al terminale non invertente di un amplificatore operazionale, è una passive high pass filter. Quindi, l'ingresso di un terminale non invertente di opamp è l'uscita del filtro passa alto passivo.

Ora, il circuito sopra assomiglia a un file non-inverting amplifier. Ha l'uscita di un filtro passa-alto passivo come ingresso al terminale non invertente dell'amplificatore operazionale. Quindi, produce un output, che è$\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)$ volte l'ingresso presente al suo morsetto non invertente.

Possiamo scegliere i valori di $R_f$ e $R_1$ opportunamente per ottenere il desired gainall'uscita. Supponiamo, se consideriamo i valori di resistenza di$R_{f}$ e $R_{1}$ come zero ohm e infinito ohm, il circuito sopra produrrà a unity gain uscita del filtro passa alto.

Filtro passa banda attivo

Se un filtro attivo consente (passa) solo una banda di frequenze, viene chiamato come file active band pass filter. In generale, questa banda di frequenza si trova tra la gamma delle basse frequenze e la gamma delle alte frequenze. Quindi, il filtro passa banda attivo rifiuta (blocca) sia i componenti a bassa che ad alta frequenza.

Il circuit diagram di un filtro passa banda attivo è mostrato nella figura seguente

Osserva che ci sono two parts nello schema circuitale del filtro passa banda attivo: La prima parte è un filtro passa alto attivo, mentre la seconda parte è un filtro passa basso attivo.

L'uscita del filtro passa alto attivo viene applicata come ingresso del filtro passa basso attivo, il che significa che sia il filtro passa alto attivo che il filtro passa basso attivo sono cascaded per ottenere l'uscita in modo tale che contenga solo una particolare banda di frequenze.

Il active high pass filter, che è presente nella prima fase consente le frequenze maggiori di lower cut-off frequencydel filtro passa banda attivo. Quindi, dobbiamo scegliere i valori di$R_{B}$ e $C_{B}$ opportunamente, per ottenere il desiderato lower cut-off frequency del filtro passa banda attivo.

Allo stesso modo, il active low pass filter, che è presente nel secondo stadio, consente frequenze inferiori alla frequenza di taglio più alta del filtro passa banda attivo. Quindi, dobbiamo scegliere i valori di$R_{A}$ e $C_{A}$ opportunamente per ottenere il desiderato higher cut-off frequency del filtro passa banda attivo.

Quindi, il circuito nel diagramma discusso sopra produrrà un'uscita di filtro passa banda attivo.

Filtro attivo per l'interruzione della banda

Se un filtro attivo rifiuta (blocca) una particolare banda di frequenze, viene chiamato come file active band stop filter. In generale, questa banda di frequenza si trova tra la gamma delle basse frequenze e la gamma delle alte frequenze. Quindi, il filtro di interruzione della banda attivo consente (passa) componenti sia a bassa che ad alta frequenza.

Il block diagram di un filtro di interruzione di banda attivo è mostrato nella figura seguente -

Si osservi che lo schema a blocchi di un filtro di interruzione di banda attivo consiste di due blocchi nella sua prima fase: un filtro passa basso attivo e un filtro passa alto attivo. Le uscite di questi due blocchi vengono applicate come ingressi al blocco presente nella seconda fase. Così lasumming amplifier produce un'uscita, che è la versione amplificata della somma delle uscite del filtro passa basso attivo e del filtro passa alto attivo.

Pertanto, l'output dello schema a blocchi sopra sarà il output of an active band stop , quando scegliamo che la frequenza di taglio del filtro passa basso sia inferiore alla frequenza di taglio di un filtro passa alto.

Il circuit diagram di un filtro di interruzione di banda attivo è mostrato nella figura seguente -

Abbiamo già visto gli schemi circuitali di un filtro passa basso attivo, di un filtro passa alto attivo e di un amplificatore sommatore. Osserva che abbiamo ottenuto quanto sopracircuit diagram del filtro di interruzione di banda attivo sostituendo i blocchi con i rispettivi schemi circuitali nello schema a blocchi di un filtro di interruzione di banda attivo.

Un oscillatore è un circuito elettronico che produce un segnale periodico. Se l'oscillatore produce oscillazioni sinusoidali, viene chiamato come asinusoidal oscillator. Converte l'energia in ingresso da una sorgente CC in un'energia in uscita CA di un segnale periodico. Questo segnale periodico avrà una frequenza e un'ampiezza specifiche.

Il block diagram di un oscillatore sinusoidale è mostrato nella figura seguente -

La figura sopra è composta principalmente da two blocks: un amplificatore e una rete di feedback. La rete di feedback prende una parte dell'uscita dell'amplificatore come ingresso e produce un segnale di tensione. Questo segnale di tensione viene applicato come ingresso all'amplificatore.

Lo schema a blocchi di un oscillatore sinusoidale mostrato sopra produce oscillazioni sinusoidali, quando quanto segue two conditions sono soddisfatto -

Il loop gain $A_{v}\beta$ dello schema a blocchi sopra dell'oscillatore sinusoidale deve essere maggiore o uguale a unity. Qui,$A_{v}$ e $\beta$ sono rispettivamente il guadagno dell'amplificatore e il guadagno della rete di feedback.
Il totale phase shift intorno al ciclo del diagramma a blocchi di cui sopra di un oscillatore sinusoidale deve essere uno dei due 0⁰ o 360⁰.

Le due condizioni precedenti insieme sono chiamate come Barkhausen criteria.

Oscillatori basati su amplificatori operazionali

Ci sono two tipi di oscillatori basati su amplificatori operazionali.

Oscillatore a sfasamento RC
Oscillatore a ponte di Vienna

Questa sezione discute ciascuno di essi in dettaglio.

Oscillatore a spostamento di fase RC

L'oscillatore basato su amplificatore operazionale, che produce un segnale di tensione sinusoidale in uscita con l'aiuto di un amplificatore invertente e una rete di feedback è noto come RC phase shift oscillator. Questa rete di feedback è composta da tre sezioni RC in cascata.

Il circuit diagram di un oscillatore a sfasamento RC è mostrato nella figura seguente:

Nel circuito sopra, l'amplificatore operazionale sta funzionando inverting mode. Quindi, fornisce uno spostamento di fase di 180 ⁰ . La rete di retroazione presente nel circuito di cui sopra fornisce anche uno sfasamento di 180 ⁰ , poiché ogni sezione RC fornisce uno sfasamento di 60 ⁰ . Pertanto, il circuito di cui sopra fornisce uno sfasamento totale di 360 ⁰ ad una certa frequenza.

Il output frequency di un oscillatore a sfasamento RC è -

$$f=\frac{1}{2\Pi RC\sqrt[]{6}}$$

Il gain $A_{v}$ di un amplificatore invertente dovrebbe essere maggiore o uguale a -29,

$$i.e.,-\frac{R_f}{R_1}\geq-29$$

$$=>\frac{R_f}{R_1}\geq-29$$

$$=>R_{f}\geq29R_{1}$$

Quindi, dovremmo considerare il valore del resistore di feedback $R_{f}$, almeno 29 volte il valore del resistore $R_{1}$, al fine di produrre oscillazioni sostenute all'uscita di un oscillatore a spostamento di fase RC.

Oscillatore Wien Bridge

L'oscillatore basato su amplificatore operazionale, che produce un segnale di tensione sinusoidale in uscita con l'aiuto di un amplificatore non invertente e una rete di feedback è noto come Wien bridge oscillator.

Il circuit diagram di un oscillatore Wien bridge è mostrato nella figura seguente -

Nel circuito mostrato sopra per l'oscillatore a ponte Wein, funziona l'amplificatore operazionale non inverting mode. Quindi, fornisce uno sfasamento di 00. Quindi, la rete di retroazione presente nel circuito di cui sopra non dovrebbe fornire alcuno sfasamento.

Se la rete di feedback fornisce uno spostamento di fase, allora dobbiamo farlo balance the bridgein modo tale che non ci dovrebbe essere alcuno spostamento di fase. Quindi, il circuito sopra fornisce uno sfasamento totale di 0 ⁰ ad una certa frequenza.

Il output frequency dell'oscillatore a ponte di Vienna è

$$f=\frac{1}{2\Pi RC}$$

Il gain $A_{v}$ dell'amplificatore non invertente deve essere maggiore o uguale a 3

$$i.e.,1+\frac{R_f}{R_1}\geq3$$

$$=>\frac{R_f}{R_1}\geq2$$

$$=>R_{f}\geq2R_{1}$$

Quindi, dovremmo considerare il valore del resistore di feedback $R_{f}$ almeno il doppio del valore del resistore, $R_{1}$ per produrre oscillazioni sostenute all'uscita dell'oscillatore a ponte di Wien.

UN waveform generatorè un circuito elettronico, che genera un'onda standard. Esistono due tipi di generatori di forme d'onda basati su amplificatori operazionali:

Generatore di onde quadre
Generatore di onde triangolari

Questo capitolo discute in dettaglio ciascuno di questi generatori di forme d'onda basati su amplificatori operazionali.

Generatore di onde quadre

UN square wave generatorè un circuito elettronico che genera un'onda quadra. Questa sezione discute sui generatori di onde quadre basati su amplificatori operazionali.

Il circuit diagram di un generatore di onde quadre basato su amplificatore operazionale è mostrato nella figura seguente

Osservare che nello schema del circuito mostrato sopra, il resistore $R_{1}$è collegato tra il terminale di ingresso invertente dell'amplificatore operazionale e la sua uscita dell'amplificatore operazionale. Quindi, il resistore$R_{1}$ è utilizzato in negative feedback. Allo stesso modo, il resistore$R_{2}$è collegato tra il terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale e la sua uscita. Quindi, il resistore$R_{2}$ è utilizzato in positive feedback sentiero.

Un condensatore C è collegato tra il terminale di ingresso invertente dell'amplificatore operazionale e la terra. Così lavoltage across capacitor Csarà la tensione di ingresso a questo terminale invertente dell'amplificatore operazionale. Allo stesso modo, un resistore$R_{3}$è collegato tra il terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale e la terra. Così lavoltage across resistor $R_{3}$ sarà la tensione di ingresso a questo terminale non invertente dell'amplificatore operazionale.

Il operation di un generatore di onde quadre è spiegato di seguito -

Supponiamo che ci sia no chargeinizialmente immagazzinato nel condensatore. Quindi, la tensione presente al terminale invertente dell'amplificatore operazionale è zero volt. Ma c'è una tensione di offset sul terminale non invertente dell'amplificatore operazionale. A causa di ciò, il valore presente all'uscita del circuito sopra sarà$+V_{sat}$.
Ora, il condensatore C si avvia charging tramite un resistore $R_{1}$. Il valore presente all'uscita del circuito suddetto cambierà in$-V_{sat}$, quando la tensione attraverso il condensatore C raggiunge appena maggiore della tensione (valore positivo) attraverso il resistore $R_{3}$.
Il condensatore C si avvia discharging tramite un resistore $R_{1}$, quando l'uscita del circuito sopra è $-V_{sat}$. Il valore presente all'uscita del circuito di cui sopra cambierà in$+V_{sat}$, quando la tensione attraverso il condensatore C raggiunge appena meno (più negativa) la tensione (valore negativo) attraverso il resistore $R_{3}$.

Pertanto, il circuito mostrato nel diagramma sopra produrrà a square wave in uscita come mostrato nella figura seguente -

Dalla figura sopra possiamo osservare che l'uscita del generatore di onde quadre avrà uno dei due valori: $+V_{sat}$ e $-V_{sat}$. Quindi, l'output rimane su un valore per un certo periodo e poi passa a un altro valore e rimane lì per un certo periodo. In questo modo, continua.

Generatore di onde triangolari

Un generatore di onde triangolari è un circuito elettronico che genera un'onda triangolare. Ilblock diagram di un generatore di onde triangolari è mostrato nella figura seguente -

Lo schema a blocchi di un generatore di onde triangolari contiene principalmente due blocchi: un generatore di onde quadre e un integratore. Questi due blocchi sonocascaded. Ciò significa che l'uscita del generatore di onde quadre viene applicata come ingresso dell'integratore. Nota che l'integrazione di un'onda quadra non è altro che un'onda triangolare.

Il circuit diagram di un generatore di onde triangolari basato su amplificatore operazionale è mostrato nella figura seguente:

Abbiamo già visto gli schemi circuitali di un generatore di onde quadre e di un integratore. Osserva che abbiamo ottenuto quanto sopracircuit diagram di un generatore di onde triangolari basato su amplificatore operazionale sostituendo i blocchi con i rispettivi schemi circuitali nello schema a blocchi di un generatore di onde triangolari.

Il 555 Timer IC ha preso il nome dai tre $5K\Omega$resistori utilizzati nella sua rete di partitori di tensione. Questo CI è utile per generare ritardi e oscillazioni precisi. Questo capitolo spiega in dettaglio il timer 555.

Diagramma dei pin e diagramma funzionale

In questa sezione, discutiamo prima del diagramma dei pin del 555 Timer IC e poi del suo diagramma funzionale.

Diagramma dei pin

Il 555 Timer IC è un mini Dual-Inline Package (DIP) a 8 pin. Ilpin diagram di un timer IC 555 è mostrato nella figura seguente:

Il significato di ogni pin è autoesplicativo dal diagramma sopra. Questo 555 Timer IC può essere azionato con un'alimentazione CC da + 5V a + 18V. È utile principalmente per generare filenon-sinusoidal forme d'onda come quadrato, rampa, impulso e così via

Diagramma funzionale

La rappresentazione pittorica che mostra i dettagli interni di un timer 555 è nota come diagramma funzionale.

Il functional diagram di 555 Timer IC è mostrato nella figura seguente:

Si osservi che lo schema funzionale del timer 555 contiene una rete di partitori di tensione, due comparatori, un flip-flop SR, due transistor e un inverter. Questa sezione discute in dettaglio lo scopo di ogni blocco o componente:

Rete divisore di tensione

La rete del partitore di tensione è composta da tre $5K\Omega$ resistori collegati in serie tra la tensione di alimentazione $V_{cc}$ e terra.
Questa rete fornisce una tensione di $\frac{V_{cc} }{3}$ tra un punto e il suolo, se ne esiste uno solo $5K\Omega$resistore. Allo stesso modo, fornisce una tensione di$\frac{2V_{cc} }{3}$ tra un punto e il suolo, se ne esistono solo due $5K\Omega$ resistenze.

Comparatore

Il diagramma funzionale di un timer IC 555 è costituito da due comparatori: un comparatore superiore (UC) e un comparatore inferiore (LC).
Ricorda che a comparator confronta i due input ad esso applicati e produce un output.
Se la tensione presente al terminale non invertente di un amplificatore operazionale è maggiore della tensione presente al suo terminale invertente, l'uscita del comparatore sarà $+V_{sat}$. Questo può essere considerato comeLogic High ("1") nella rappresentazione digitale.
Se la tensione presente sul terminale non invertente dell'amplificatore operazionale è inferiore o uguale alla tensione sul suo terminale invertente, l'uscita del comparatore sarà $-V_{sat}$. Questo può essere considerato comeLogic Low ("0") nella rappresentazione digitale.

Flip-Flop SR

Ricorda che a SR flip-flopfunziona con transizioni di clock positive o transizioni di clock negative. Ha due ingressi: S e R e due uscite: Q (t) e Q (t) '. Le uscite, Q (t) e Q (t) 'si completano a vicenda.
La tabella seguente mostra il file state table di un flip-flop SR

S	R	Q (t + 1)
0	0	Q (t)
0	1	0
1	0	1
1	1	-

Qui, Q (t) e Q (t + 1) sono rispettivamente lo stato presente e lo stato successivo. Quindi, il flip-flop SR può essere utilizzato per una di queste tre funzioni come Hold, Reset e Set in base alle condizioni di ingresso, quando viene applicata una transizione positiva (negativa) del segnale di clock.
Le uscite del comparatore inferiore (LC) e del comparatore superiore (UC) vengono applicate come inputs of SR flip-flop come mostrato nel diagramma funzionale del 555 Timer IC.

Transistor e inverter

Lo schema funzionale di un timer IC 555 è costituito da un transistor npn $Q_{1}$ e un transistor pnp $Q_{2}$. Il transistor npn$Q_{1}$si accenderà se la sua tensione dalla base all'emettitore è positiva e maggiore della tensione di inserimento. In caso contrario, verrà disattivato.
Il transistor pnp $Q_{2}$ è usato come buffer per isolare l'ingresso di reset dal flip-flop SR e dal transistor npn $Q_{1}$.
Il inverter utilizzato nello schema funzionale di un IC Timer 555 non solo esegue l'azione di inversione, ma amplifica anche il livello di potenza.

Il 555 Timer IC può essere utilizzato in modalità monostabile per produrre un impulso in uscita. Allo stesso modo, può essere utilizzato in funzionamento stabile per produrre un'onda quadra in uscita.

Circuito di aggancio fase (PLL)è uno dei blocchi vitali nei sistemi lineari. È utile nei sistemi di comunicazione come radar, satelliti, FM, ecc.

Questo capitolo tratta in dettaglio lo schema a blocchi di PLL e IC 565.

Diagramma a blocchi di PLL

Un Phase Locked Loop (PLL) è costituito principalmente da quanto segue three blocks -

Rilevatore di fase
Filtro passa basso attivo
Oscillatore controllato in tensione (VCO)

Il block diagram di PLL è mostrato nella figura seguente:

L'uscita di un rilevatore di fase viene applicata come ingresso del filtro passa basso attivo. Allo stesso modo, l'uscita del filtro passa basso attivo viene applicata come ingresso del VCO.

Il working di un PLL è il seguente:

Phase detector produce una tensione CC, che è proporzionale alla differenza di fase tra il segnale di ingresso avente frequenza di $f_{in}$ e segnale di feedback (uscita) con frequenza di $f_{out}$.
UN Phase detector è un moltiplicatore e produce due componenti di frequenza alla sua uscita - somma delle frequenze $f_{in}$ e $f_{out}$ e differenza di frequenze $f_{in}$ & $f_{out}$.
Un active low pass filterproduce una tensione continua alla sua uscita, dopo aver eliminato la componente ad alta frequenza presente all'uscita del rivelatore di fase. Inoltre amplifica il segnale.
UN VCOproduce un segnale con una certa frequenza, quando non è applicato alcun ingresso. Questa frequenza può essere spostata su entrambi i lati applicandovi una tensione CC. Pertanto, la deviazione di frequenza è direttamente proporzionale alla tensione CC presente all'uscita di un filtro passa basso.

Le operazioni di cui sopra hanno luogo fino a quando la frequenza VCO è uguale alla frequenza del segnale di ingresso. In base al tipo di applicazione, possiamo utilizzare l'uscita del filtro passa basso attivo o l'uscita di un VCO. I PLL sono usati in moltiapplications come demodulatore FM, generatore di clock ecc.

PLL opera in uno dei following three modes -

Modalità di esecuzione gratuita
Modalità di cattura
Modalità di blocco

Inizialmente, PLL opera in free running modequando non viene applicato alcun input. Quando un segnale di ingresso con una certa frequenza viene applicato a PLL, la frequenza del segnale di uscita di VCO inizierà a cambiare. In questa fase, si dice che il PLL operi incapture mode. La frequenza del segnale di uscita del VCO cambierà continuamente fino a quando non sarà uguale alla frequenza del segnale di ingresso. Ora, si dice che PLL operi nellock mode.

IC 565

IC 565 è il circuito integrato ad aggancio di fase più comunemente usato. È un Dual-Inline Package (DIP) a 14 pin. Ilpin diagram di IC 565 è mostrato nella figura seguente:

Lo scopo di ogni pin è autoesplicativo dal diagramma sopra. Su 14 pin, solo 10 pin (pin numero da 1 a 10) vengono utilizzati per il funzionamento di PLL. Quindi, i restanti 4 pin (numero di pin da 11 a 14) sono etichettati con NC (nessuna connessione).

Il VCOproduce un'uscita al pin numero 4 di IC 565, quando i pin numeri 2 e 3 sono collegati a terra. Matematicamente, possiamo scrivere la frequenza di uscita,$f_{out}$ del VCO come.

$$f_{out}=\frac{0.25}{R_VC_V}$$

dove,

$R_{V}$ è la resistenza esterna collegata al pin numero 8

$C_{V}$ è il condensatore esterno che è collegato al pin numero 9

Scegliendo valori corretti di $R_{V}$ e $C_{V}$, possiamo fissare (determinare) la frequenza di uscita, $f_{out}$ di VCO.
Pin numbers 4 and 5devono essere cortocircuitati con un filo esterno in modo che l'uscita del VCO possa essere applicata come uno degli ingressi del rilevatore di fase.
IC 565 ha una resistenza interna di $3.6K\Omega$. Un condensatore, C deve essere collegato tra i pin numeri 7 e 10 per fare alow pass filter con quella resistenza interna.

Si noti che secondo il requisito, dobbiamo configurare correttamente i pin di IC 565.

La funzione di a voltage regulatorè quello di mantenere una tensione CC costante in uscita indipendentemente dalle fluttuazioni di tensione in ingresso e (o) dalle variazioni della corrente di carico. In altre parole, il regolatore di tensione produce una tensione di uscita CC regolata.

I regolatori di tensione sono disponibili anche in forma di circuiti integrati (IC). Questi sono chiamati comevoltage regulator ICs.

Tipi di regolatori di tensione

Ci sono two types di regolatori di tensione -

Regolatore di tensione fisso
Regolatore di tensione regolabile

Questo capitolo discute uno per uno questi due tipi di regolatori di tensione.

Regolatore di tensione fisso

UN fixed voltage regulatorproduce una tensione di uscita CC fissa, che è positiva o negativa. In altre parole, alcuni regolatori di tensione fissa producono valori di tensione CC fissi positivi, mentre altri producono valori di tensione CC fissi negativi.

78xx I circuiti integrati del regolatore di tensione producono valori di tensione CC fissi positivi, mentre i circuiti integrati del regolatore di tensione 79xx producono valori di tensione CC fissi negativi.

I seguenti punti devono essere presi in considerazione mentre si lavora con 78xx e 79xx CI del regolatore di tensione -

"Xx" corrisponde a un numero a due cifre e rappresenta la quantità (grandezza) di tensione prodotta dall'IC del regolatore di tensione.
Entrambi i circuiti integrati del regolatore di tensione 78xx e 79xx hanno 3 pins ciascuno e il terzo pin viene utilizzato per raccogliere l'output da loro.
Lo scopo del primo e del secondo pin di questi due tipi di circuiti integrati è diverso:
- Il primo e il secondo pin di 78xx I circuiti integrati del regolatore di tensione vengono utilizzati per collegare rispettivamente l'ingresso e la massa.
- Il primo e il secondo pin di 79xx I circuiti integrati dei regolatori di tensione vengono utilizzati per collegare rispettivamente la massa e l'ingresso.

Esempi

Il regolatore di tensione 7805 IC produce una tensione CC di +5 volt.
Il regolatore di tensione 7905 IC produce una tensione CC di -5 volt.

La figura seguente mostra come produrre un file fixed positive voltage in uscita utilizzando un regolatore di tensione positiva fissa con i necessari collegamenti.

Nella figura sopra che mostra un regolatore di tensione positiva fissa, il condensatore di ingresso C _i è utilizzata per evitare oscillazioni indesiderate e il condensatore di uscita, C ₀ agisce come un filtro di rete per migliorare la risposta transitoria.

Note - ottenere un fixed negative voltage in uscita utilizzando un regolatore di tensione negativa fissa con opportuni collegamenti.

Regolatore di tensione regolabile

Un regolatore di tensione regolabile produce una tensione di uscita CC, che può essere regolata su qualsiasi altro valore di un determinato intervallo di tensione. Quindi, il regolatore di tensione regolabile è anche chiamato come avariable voltage regulator.

Il valore della tensione di uscita CC di un regolatore di tensione regolabile può essere positivo o negativo.

Regolatore di tensione LM317 IC

LM317 Il regolatore di tensione IC può essere utilizzato per produrre un valore di tensione CC fisso positivo desiderato dell'intervallo di tensione disponibile.

Il regolatore di tensione LM317 IC ha 3 pin. Il primo pin viene utilizzato per regolare la tensione di uscita, il secondo pin viene utilizzato per raccogliere l'uscita e il terzo pin viene utilizzato per collegare l'ingresso.

Il pin regolabile (terminale) è dotato di una resistenza variabile che consente all'uscita di variare in un ampio range.

La figura sopra mostra un alimentatore non regolato che pilota un regolatore di tensione LM 317 IC, che è comunemente usato. Questo IC può fornire una corrente di carico di 1,5 A su un intervallo di uscita regolabile da 1,25 V a 37 V.

Tutte le quantità del mondo reale sono di natura analogica. Possiamo rappresentare queste quantità elettricamente come segnali analogici. Unanalog signal è un segnale variabile nel tempo che ha un numero qualsiasi di valori (variazioni) per un dato intervallo di tempo.

In contrasto con questo, a digital signal varia improvvisamente da un livello all'altro e avrà solo un numero finito di valori (variazioni) per una data fascia oraria.

Questo capitolo tratta i tipi di convertitori di dati e le loro specifiche.

Tipi di convertitori di dati

I circuiti elettronici, che possono essere azionati con segnali analogici, sono chiamati circuiti analogici. Allo stesso modo, i circuiti elettronici, che possono essere azionati con segnali digitali, sono chiamati circuiti digitali. Un convertitore di dati è un circuito elettronico che converte i dati di una forma in un'altra.

Ci sono due types of data converters -

Convertitore da analogico a digitale
Convertitore da digitale ad analogico

Se vogliamo collegare l'uscita di un circuito analogico come ingresso di un circuito digitale, allora dobbiamo posizionare un circuito di interfaccia tra di loro. Questo circuito di interfaccia che converte il segnale analogico in segnale digitale è chiamato comeAnalog to Digital Converter.

Allo stesso modo, se vogliamo collegare l'uscita di un circuito digitale come ingresso di un circuito analogico, allora dobbiamo posizionare un circuito di interfaccia tra di loro. Questo circuito di interfaccia che converte il segnale digitale in un segnale analogico è chiamato comeDigital to Analog Converter.

Si noti che alcuni convertitori da analogico a digitale potrebbero richiedere il convertitore da digitale ad analogico come blocco interno per il loro funzionamento.

Specifiche

I seguenti sono i file specifications correlati alle conversioni di dati -

Resolution
Tempo di conversione

Risoluzione

La risoluzione è minimum amount of changenecessario in una tensione di ingresso analogico per essere rappresentato in un'uscita binaria (digitale). Dipende dal numero di bit utilizzati nell'uscita digitale.

Mathematically, la risoluzione può essere rappresentata come

$$Resolution=\frac{1}{2^{N}}$$

dove "N" è il numero di bit presenti nell'uscita digitale.

Dalla formula sopra, possiamo osservare che esiste un file inverse relationshiptra la risoluzione e il numero di bit. Pertanto, la risoluzione diminuisce all'aumentare del numero di bit e viceversa.

Resolution può anche essere definito come il rapporto tra la massima tensione di ingresso analogico che può essere rappresentato in binario e il numero binario equivalente.

Mathematically, la risoluzione può essere rappresentata come

$$Resolution=\frac{V_{FS}}{2^{N}-1}$$

dove,

$V_{FS}$ è la tensione di ingresso a fondo scala o la tensione di ingresso analogico massima,

"N" è il numero di bit presenti nell'uscita digitale.

Tempo di conversione

La quantità di tempo necessaria a un convertitore di dati per convertire i dati (informazioni) di una forma nei suoi dati equivalenti in un'altra forma è chiamata come conversion time. Poiché abbiamo due tipi di convertitori di dati, ci sono due tipi di tempi di conversione come segue

Tempo di conversione da analogico a digitale
Tempo di conversione da digitale ad analogico

La quantità di tempo necessaria a un convertitore analogico / digitale (ADC) per convertire la tensione di ingresso analogico nella sua uscita binaria (digitale) equivalente è chiamata come Analog to Digital conversion time. Dipende dal numero di bit utilizzati nell'uscita digitale.

La quantità di tempo necessaria a un convertitore da digitale ad analogico (DAC) per convertire l'ingresso binario (digitale) nella sua tensione di uscita analogica equivalente è chiamata come Digital to Analog conversion time. Dipende dal numero di bit presenti nell'ingresso binario (digitale).

UN Digital to Analog Converter (DAC)converte un segnale di ingresso digitale in un segnale di uscita analogico. Il segnale digitale è rappresentato con un codice binario, che è una combinazione dei bit 0 e 1. Questo capitolo tratta in dettaglio i convertitori da digitale ad analogico.

Il block diagram di DAC è mostrato nella figura seguente:

Un convertitore da digitale ad analogico (DAC) è costituito da un numero di ingressi binari e una singola uscita. In generale, ilnumber of binary inputs di un DAC sarà una potenza di due.

Tipi di DAC

Ci sono two types di DAC

DAC con resistore pesato
DAC Ladder R-2R

Questa sezione discute in dettaglio su questi due tipi di DAC:

DAC con resistore pesato

Un DAC con resistore ponderato produce un'uscita analogica, che è quasi uguale all'ingresso digitale (binario) utilizzando binary weighted resistorsnel circuito sommatore invertente. In breve, un DAC con resistore ponderato binario è chiamato DAC con resistore pesato.

Il circuit diagram di un DAC con resistenza binario a 3 bit è mostrato nella figura seguente:

Ricorda che i bit di un numero binario possono avere solo uno dei due valori. cioè 0 o 1. Sia il3-bit binary input è $b_{2}b_{1}b_{0}$. Ecco, i bit$b_{2}$ e $b_{0}$ denotano il Most Significant Bit (MSB) and Least Significant Bit (LSB) rispettivamente.

Il digital switchesmostrato nella figura sopra sarà collegato a massa, quando i bit di ingresso corrispondenti sono uguali a '0'. Allo stesso modo, gli interruttori digitali mostrati nella figura sopra saranno collegati alla tensione di riferimento negativa,$-V_{R}$ quando i bit di ingresso corrispondenti sono uguali a "1".

Nel circuito sopra, il terminale di ingresso non invertente di un amplificatore operazionale è collegato a terra. Ciò significa che zero volt viene applicato al terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale.

Secondo il virtual short concept, la tensione al terminale di ingresso invertente di opamp è uguale a quella della tensione presente al suo terminale di ingresso non invertente. Quindi, la tensione al nodo del terminale di ingresso invertente sarà zero volt.

Il nodal equation al nodo del terminale di ingresso invertente è:

$$\frac{0+V_{R}b_{2}}{2^{0}R}+\frac{0+V_{R}b_{1}}{2^{1}R}+\frac{0+V_{R}b_{0}}{2^{2}R}+\frac{0-V_{0}}{R_{f}}=0$$

$$=>\frac{V_{0}}{R_{f}}=\frac{V_{R}b_{2}}{2^{0}R}+\frac{V_{R}b_{1}}{2^{1}R}+\frac{V_{R}b_{0}}{2^{2}R}$$

$$=>V_{0}=\frac{V_{R}R_{f}}{R}\left \{\frac{b_{2}}{2^{0}}+\frac{b_{1}}{2^{1}}+\frac{b_{0}}{2^{2}}\right \}$$

Sostituire, $R=2R_{f}$ nell'equazione sopra.

$$=>V_{0}=\frac{V_{R}R_{f}}{2R_{f}}\left \{\frac{b_{2}}{2^{0}}+\frac{b_{1}}{2^{1}}+\frac{b_{0}}{2^{2}}\right \}$$

$$=>V_{0}=\frac{V_{R}}{2}\left \{\frac{b_{2}}{2^{0}}+\frac{b_{1}}{2^{1}}+\frac{b_{0}}{2^{2}}\right \}$$

L'equazione sopra rappresenta il output voltage equationdi un DAC con resistore binario a 3 bit. Poiché il numero di bit è tre nell'ingresso binario (digitale), otterremo sette possibili valori della tensione di uscita variando l'ingresso binario da 000 a 111 per una tensione di riferimento fissa,$V_{R}$.

Possiamo scrivere il file generalized output voltage equation di un DAC con resistore ponderato binario a N bit come mostrato di seguito in base all'equazione della tensione di uscita di un DAC con resistore ponderato binario a 3 bit.

$$=>V_{0}=\frac{V_{R}}{2}\left \{ \frac{b_{N-1}}{2^{0}}+ \frac{b_{N-2}}{2^{1}}+....+\frac{b_{0}}{2^{N-1}} \right \}$$

Il disadvantages di un DAC con resistore binario ponderato sono i seguenti:

La differenza tra i valori di resistenza corrispondenti a LSB e MSB aumenterà all'aumentare del numero di bit presenti nell'ingresso digitale.
È difficile progettare resistori più accurati poiché il numero di bit presenti nell'ingresso digitale aumenta.

DAC Ladder R-2R

Il DAC Ladder R-2R supera gli svantaggi di un DAC con resistenza binario pesato. Come suggerisce il nome, R-2R Ladder DAC produce un'uscita analogica, che è quasi uguale all'ingresso digitale (binario) utilizzando unR-2R ladder network nel circuito sommatore invertente.

Ilcircuit diagramdi un DAC Ladder R-2R a 3 bit è mostrato nella figura seguente:

Ricorda che i bit di un numero binario possono avere solo uno dei due valori. cioè 0 o 1. Sia il3-bit binary input è $b_{2}b_{1}b_{0}$. Ecco, i bit$b_{2}$ e $b_{0}$ denotano rispettivamente il bit più significativo (MSB) e il bit meno significativo (LSB).

Gli interruttori digitali mostrati nella figura sopra saranno collegati a massa, quando i bit di ingresso corrispondenti sono uguali a '0'. Allo stesso modo, gli interruttori digitali mostrati nella figura sopra saranno collegati alla tensione di riferimento negativa,$-V_{R}$ quando i bit di ingresso corrispondenti sono uguali a "1".

È difficile ottenere l'equazione generalizzata della tensione di uscita di un DAC Ladder R-2R. Tuttavia, possiamo trovare facilmente i valori di tensione di uscita analogica del DAC Ladder R-2R per singole combinazioni di ingressi binari.

Il advantages di un DAC Ladder R-2R sono i seguenti:

Il DAC Ladder R-2R contiene solo due valori di resistenza: R e 2R. Quindi, è facile selezionare e progettare resistori più accurati.
Se è presente un numero maggiore di bit nell'ingresso digitale, è necessario includere in aggiunta il numero richiesto di sezioni R-2R.

A causa dei vantaggi di cui sopra, il DAC Ladder R-2R è preferibile rispetto al DAC con resistore ponderato binario.

Nel capitolo precedente, abbiamo discusso i due tipi di DAC. Questo capitolo discute un problema di esempio basato sul DAC ladder R-2R.

Esempio

Cerchiamo di trovare il valore della tensione di uscita analogica del DAC Ladder R-2R per un ingresso binario, $b_{2}b_{1}b_{0}$ = 100.

Schema circuitale e sua semplificazione

Il circuit diagram di un DAC Ladder R-2R a 3 bit con ingresso binario, $b_{2}b_{1}b_{0}$ = 100 applicato ad esso è mostrato nella figura seguente -

Nel circuito sopra, esistono combinazioni in serie e in parallelo di resistori a sinistra di point Arispetto al suolo. Quindi, possiamo sostituire l'intera rete di resistori con un singolo resistore con resistenza di$2R\Omega$.

Il simplified circuit diagram è mostrato nella figura seguente -

Possiamo sostituire la parte di rete che è collegata a sinistra del punto B rispetto a terra utilizzando un circuito equivalente di Thevenin. Ilmodified circuit diagram è mostrato nella figura seguente -

Nel circuito sopra, esiste una combinazione in serie di due resistori. Sostituisci questa combinazione con un singolo resistore. Il finalecircuit diagram dopo la semplificazione è mostrato nella figura seguente -

Ora, lo schema del circuito sopra sembra un file inverting amplifier. Ha una tensione di ingresso di$-\frac{V_{R}}{2}$ volt, resistenza di ingresso di $2R\Omega$ e resistenza al feedback di $2R\Omega$.

Il output voltage del circuito mostrato sopra sarà:

$$V_{0}=-\frac{2R}{2R}\left(-\frac{V_{R}}{2}\right)$$

$$V_{0}=\frac{V_{R}}{2}$$

quindi, il output voltage del DAC Ladder R-2R a 3 bit è $\frac{V_{R}}{2}$ volt per un ingresso binario, $b_{2}b_{1}b_{0}$ = 100.

Un convertitore da analogico a digitale (ADC)converte un segnale analogico in un segnale digitale. Il segnale digitale è rappresentato con un codice binario, che è una combinazione dei bit 0 e 1.

Il block diagram di un ADC è mostrato nella figura seguente:

Si noti che nella figura mostrata sopra, un convertitore da analogico a digitale (ADC)consiste in un singolo ingresso analogico e molte uscite binarie. In generale, il numero di uscite binarie di ADC sarà una potenza di due.

Ci sono two typesdi ADC: ADC di tipo diretto e ADC di tipo indiretto. In questo capitolo vengono descritti in dettaglio gli ADC di tipo diretto.

Se l'ADC esegue la conversione da analogico a digitale direttamente utilizzando il codice digitale equivalente (binario) generato internamente per il confronto con l'ingresso analogico, viene chiamato come Direct type ADC.

I seguenti sono i file examples di ADC di tipo diretto -

Tipo di contatore ADC
Approssimazione successiva ADC
Tipo di flash ADC

In questa sezione vengono descritti in dettaglio questi ADC di tipo diretto.

Tipo di contatore ADC

UN counter type ADC produce un'uscita digitale, che è approssimativamente uguale all'ingresso analogico utilizzando internamente il funzionamento del contatore.

Il block diagram di un contatore di tipo ADC è mostrato nella figura seguente:

Il tipo di contatore ADC è costituito principalmente da 5 blocchi: generatore di segnali di clock, contatore, DAC, comparatore e logica di controllo.

Il working di un contatore di tipo ADC è il seguente:

Il control logic azzera il contatore e abilita il generatore del segnale di clock per inviare gli impulsi di clock al contatore, quando ha ricevuto il segnale di comando di avvio.
Il counterviene incrementato di uno per ogni impulso di clock e il suo valore sarà in formato binario (digitale). Questa uscita del contatore viene applicata come ingresso del DAC.
DACconverte l'ingresso binario (digitale) ricevuto, che è l'uscita del contatore, in un'uscita analogica. Il comparatore confronta questo valore analogico,$V_{a}$ con il valore dell'ingresso analogico esterno $V_{i}$.
Il output of comparator sarà ‘1’fintanto che è maggiore di. Le operazioni menzionate nelle due fasi precedenti verranno continuate fintanto che la logica di controllo riceve "1" dall'uscita del comparatore.
Il output of comparator sarà ‘0’ quando $V_{i}$ è minore o uguale a $V_{a}$. Quindi, la logica di controllo riceve "0" dall'uscita del comparatore. Quindi, la logica di controllo disabilita il generatore del segnale di clock in modo che non invii alcun impulso di clock al contatore.
In questo istante, l'uscita del contatore verrà visualizzata come digital output. È quasi equivalente al valore dell'ingresso analogico esterno corrispondente$V_{i}$.

Approssimazione successiva ADC

UN successive approximation type ADC produce un'uscita digitale, che è approssimativamente uguale all'ingresso analogico utilizzando internamente la tecnica di approssimazione successiva.

Il block diagram di un'approssimazione successiva ADC è mostrato nella figura seguente

L'ADC ad approssimazione successiva consiste principalmente di 5 blocchi: generatore di segnale di clock, registro di approssimazione successiva (SAR), DAC, comparatore e logica di controllo.

Il working di un'approssimazione successiva ADC è la seguente:

Il control logic resetta tutti i bit di SAR e abilita il generatore di segnali di clock per inviare gli impulsi di clock al SAR, quando riceve il segnale di comando di avvio.
I dati binari (digitali) presenti in SARverrà aggiornato per ogni impulso di clock in base all'uscita del comparatore. L'output del SAR viene applicato come input del DAC.
DAC converte l'ingresso digitale ricevuto, che è l'uscita del SAR, in un'uscita analogica. Il comparatore confronta questo valore analogico$V_{a}$ con il valore dell'ingresso analogico esterno $V_{i}$.
Il output of a comparator sarà "1" fintanto che $V_{i}$ è più grande di $V_{a}$. Allo stesso modo, l'uscita del comparatore sarà '0', quando$V_{i}$ è minore o uguale a $V_{a}$.
Le operazioni menzionate nei passaggi precedenti verranno continuate fino a quando l'uscita digitale non sarà valida.

L'uscita digitale sarà valida quando sarà quasi equivalente al valore dell'ingresso analogico esterno corrispondente $V_{i}$.

Tipo di flash ADC

UN flash type ADCproduce un'uscita digitale equivalente per un ingresso analogico corrispondente in pochissimo tempo. Quindi, l'ADC di tipo flash è l'ADC più veloce.

Il circuit diagram di un ADC di tipo flash a 3 bit è mostrato nella figura seguente:

L'ADC di tipo flash a 3 bit è costituito da una rete di partitori di tensione, 7 comparatori e un codificatore di priorità.

Il working di un ADC di tipo flash a 3 bit è il seguente.

Il voltage divider networkcontiene 8 resistenze uguali. Una tensione di riferimento$V_{R}$viene applicato su tutta la rete rispetto al suolo. La caduta di tensione su ciascuna resistenza dal basso verso l'alto rispetto alla massa sarà i multipli interi (da 1 a 8) di$\frac{V_{R}}{8}$.
L'esterno input voltage $V_{i}$viene applicato al terminale non invertente di tutti i comparatori. La caduta di tensione su ciascun resistore dal basso verso l'alto rispetto alla massa viene applicata al terminale invertente dei comparatori dal basso verso l'alto.
Alla volta, tutti i comparatori confrontano la tensione di ingresso esterna con le cadute di tensione presenti sul rispettivo altro terminale di ingresso. Ciò significa che le operazioni di confronto vengono eseguite da ciascun comparatoreparallelly.
Il output of the comparator sarà "1" fintanto che $V_{i}$è maggiore della caduta di tensione presente sul rispettivo altro terminale di ingresso. Allo stesso modo, l'output del comparatore sarà '0', quando,$V_{i}$ è minore o uguale alla caduta di tensione presente sul rispettivo altro terminale di ingresso.
Tutte le uscite dei comparatori sono collegate come ingressi di priority encoderQuesto encoder prioritario produce un codice binario (uscita digitale), che corrisponde all'ingresso ad alta priorità che ha '1'.
Pertanto, l'uscita dell'encoder prioritario non è altro che l'equivalente binario (digital output) della tensione di ingresso analogico esterno, $V_{i}$.

L'ADC di tipo flash viene utilizzato nelle applicazioni in cui la velocità di conversione dell'ingresso analogico in dati digitali dovrebbe essere molto elevata.

Nel capitolo precedente, abbiamo discusso di cos'è un ADC e degli esempi di un ADC di tipo Direct. Questo capitolo tratta dell'ADC di tipo indiretto.

Se un ADC esegue la conversione da analogico a digitale con un metodo indiretto, viene chiamato file Indirect type ADC. In generale, prima converte l'ingresso analogico in una funzione lineare del tempo (o frequenza) e poi produrrà l'uscita digitale (binaria).

L'ADC a doppia pendenza è il migliore exampledi un ADC di tipo indiretto. Questo capitolo ne discute in dettaglio.

ADC a doppia pendenza

Come suggerisce il nome, a dual slope ADC produce un'uscita digitale equivalente per un ingresso analogico corrispondente utilizzando la tecnica a due pendenze (doppia).

Il block diagram di un ADC a doppia pendenza è mostrato nella figura seguente:

L'ADC a doppia pendenza è costituito principalmente da 5 blocchi: integratore, comparatore, generatore di segnali di clock, logica di controllo e contatore.

Il working di un ADC a doppia pendenza è il seguente:

Il control logic azzera il contatore e abilita il generatore del segnale di clock per inviare gli impulsi di clock al contatore, quando riceve il segnale di comando di avvio.
La logica di controllo preme l'interruttore sw per connettersi a external analog input voltage $V_{i}$, quando viene ricevuto il segnale di comando di avvio. Questa tensione di ingresso viene applicata a un integratore.
L'output di integrator è collegato a uno dei due ingressi del comparatore e l'altro ingresso del comparatore è collegato a massa.
Comparator confronta l'uscita dell'integratore con zero volt (massa) e produce un'uscita, che viene applicata alla logica di controllo.
Il counterviene incrementato di uno per ogni impulso di clock e il suo valore sarà in formato binario (digitale). Produce un segnale di overflow alla logica di controllo, quando viene incrementato dopo aver raggiunto il valore di conteggio massimo. In questo istante, tutti i bit di contatore avranno solo zeri.
Ora, la logica di controllo preme l'interruttore sw per connettersi a negative reference voltaggio $-V_{ref}$. Questa tensione di riferimento negativa viene applicata a un integratore. Rimuove la carica immagazzinata nel condensatore fino a quando non diventa zero.
In questo momento, entrambi gli ingressi di un comparatore hanno zero volt. Quindi, il comparatore invia un segnale alla logica di controllo. Ora, la logica di controllo disabilita il generatore del segnale di clock e mantiene (mantiene) il valore del contatore. Ilcounter value è proporzionale alla tensione di ingresso analogico esterno.
In questo istante, l'uscita del contatore verrà visualizzata come digital output. È quasi equivalente al valore dell'ingresso analogico esterno corrispondente$V_{i}$.

L'ADC a doppia pendenza viene utilizzato nelle applicazioni, dove accuracy è più importante durante la conversione dell'ingresso analogico nei suoi dati digitali (binari) equivalenti.