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sezione_16a

16A - Limitatori e raddrizzatori

Premessa

I circuiti con operazionali posso presentare un comportamento non lineare perché l'uscita è limitata dalla tensione di alimentazione. Nei circuiti amplificatori visti finora la non-linearità era assolutamente da evitare; questa sezione e quella successiva trattano le applicazioni non lineari degli operazionali.

1 Circuiti limitatori

Nei circuiti limitatori (clipper) la tensione in uscita è uguale a quella di ingresso ma il suo valore viene limitato superiormente e/o inferiormente. Questa limitazione rende il circuito non lineare, come si vede nella caratteristica di trasferimento1) di figura 1b.

Per limitare la tensione si usano una coppia di diodi, in particolare:

  • uno zener e un diodo per limitare la tensione solo superiormente o inferiormente (limitatore a un livello)
  • due zener per per limitare la tensione superiormente e inferiormente (limitatore a due livelli)

La soluzione circuitale è quella di figura 1a e figura 2a dove:

  • quando `v_o < V_Z + V_D` i diodi non conducono e il comportamento è da amplificatore invertente
  • quando `v_o >= V_Z + V_D` i diodi entrano in conduzione (uno diretta e uno inversa) e la tensione è limitata al valore `V_H=V_Z + V_D` (cioè vo non può superare VH)

Per il dimensionamento delle resistenze occorre valutare la corrente sui diodi in conduzione:

`I_D=v_s/R_1 - (V_Z + V_D)/R_2`

Rispetto ai circuiti limitatori con diodi già visti nella sezione 11B quelli con operazionali presentano questi vantaggi:

  • la sorgente di segnale vede un carico costante pari a R1
  • il comportamento del circuito non dipende dal carico in uscita
  • il circuito può amplificare

2 Raddrizzatori di precisione

I raddrizzatori a diodi visti nella sezione 11A non sono adatti a raddrizzare piccoli segnali perché in quel caso:

  • la tensione di soglia Vγ non è trascurabile
  • il comportamento non lineare deforma il segnale in uscita

come mostrato nella figura 3c.

Per piccoli segnali conviene ricorrere ai raddrizzatori di precisione, come quello di figura 4a. La configurazione somiglia a quella dell'inseguitore di tensione ma:

  • quando vs è positiva il diodo conduce e l'amplificazione riduce la tensione di soglia a Vγ/Av; la configurazione a inseguitore di tensione fa sì che vo = vs
  • quando vs è negativa il diodo non conduce e la tensione in uscita è nulla perché non scorre corrente in RL

L'effetto complessivo è che:

  • la tensione di soglia è trascurabile perché ridotta di un fattore pari al guadagno ad anello aperto
  • il comportamento è linearizzato grazie alla retroazione negativa (inseguitore di tensione)

Il circuito figura 4a non viene utilizzato in pratica perché durante la semionda negativa l'operazionale satura introducendo un ritardo nella semionda successiva. Il raddrizzatore di precisione invertente di figura 5 risolve questo inconveniente e permette anche di amplificare il segnale. In questo caso:

  • durante la semionda negativa D2 è interdetto e D1 conduce; il comportamento è da amplificatore invertente e vale `v_o = -R_2/R_1 v_s`
  • durante la semionda positiva D1 è interdetto e D2 conduce; su R2 non passa corrente e la tensione in uscita vale zero

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1)
Si ricorda che la caratteristica di trasferimento (o transcaratteristica) esprime la relazione tra ingresso e uscita.
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sezione_16a.txt · Ultima modifica: 2016/09/06 12:43 da admin