Elettronica applicata e misure/Generatori di onda quadra

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B6. Comparatori di soglia	Elettronica applicata e misure (B. Circuiti digitali)	C1. Interconnessioni

Generatore di onda quadra

7 L'uscita di un comparatore invertente con isteresi pilota una rete RC passa-basso.

8 Il condensatore si carica e scarica tra le soglie <math>{V_S}_1</math> e <math>{V_S}_2</math>:

10 Carica tra <math>0</math> e <math>T_1</math> <math>V_C \left( T_1 \right) = {V_S}_2 = V_{UH} - \left( V_{UH} - {V_S}_1 \right) e^{- \frac{T_1}{\tau}}</math> <math>T_1 = \tau \ln{\frac{V_{UH} - {V_S}_1}{V_{UH} - {V_S}_2}}</math>

9 Scarica tra <math>T_1</math> e <math>T_1 + T_2</math> <math>V_C \left( T_1 + T_2 \right) = {V_S}_1 = V_{UL} - \left( V_{UL} - {V_{S}}_2 \right) e^{- \frac{T_2}{\tau}}</math> <math>T_2 = \tau \ln{\frac{V_{UL} - {V_S}_2}{V_{UL} - {V_S}_1}}</math>

Limiti operativi

11 Resistenza <math>R</math> di reazione

• limite massimo: in <math>R</math> deve circolare una corrente maggiore della corrente di ingresso <math>I_{IH}</math> e <math>I_{IL}</math> del comparatore;
• limite minimo: in <math>R</math> deve circolare una corrente minore della corrente di uscita <math>I_{OH}</math> e <math>I_{OL}</math> del comparatore.

Condensatore <math>C</math>

Va evitato il condensatore elettrolitico poiché la sua corrente di perdita si somma alla corrente di ingresso <math>I_{IH}</math> e <math>I_{IL}</math> del comparatore.

Frequenza

• limite massimo: il tempo di salita <math>T_r</math> e il tempo di discesa <math>T_f</math> dell'uscita devono essere molto minori del tempo di propagazione;
• limite minimo: imposto dal condensatore e dal resistore.

Generatore di onda quadra e triangolare

18-19-20-21-22 L'uscita di un comparatore non invertente con isteresi pilota un integratore attivo, che integra un'onda quadra in un'onda triangolare:

<math>V_T \left( t \right) = - V_C = - \frac{I_C}{C} t = - \frac{V_U}{RC} t</math>
Carica tra <math>0</math> e <math>T_1</math> <math>{V_S}_2 - {V_S}_1 = V_T \left( 0 \right) - V_T \left( T_1 \right) = \frac{V_{UH}}{RC} T_1</math> <math>T_1 = \frac{RC}{V_{UH}} \left( {V_S}_2 - {V_S}_1 \right)</math>		Scarica tra <math>T_1</math> e <math>T_2</math> <math>{V_S}_2 - {V_S}_1 = V_T \left( T_2 \right) - V_T \left( T_1 \right) = - \frac{V_{UL}}{RC} \left( T_2 - T_1 \right)</math> <math>T_2 - T_1 = - \frac{RC}{V_{UL}} \left( {V_S}_2 - {V_S}_1 \right)</math>

Controllo dei parametri

23 È possibile variare la frequenza <math>f</math> dell'onda quadra variando la capacità <math>C</math>, la resistenza <math>R</math> (potenziometro), le tensioni di soglia <math>{V_S}_1</math> e <math>{V_S}_2</math> e la tensione di uscita <math>V_{UH}</math>:

<math>T_2 = - \frac{RC}{V_{UL}} \left( {V_S}_2 - {V_S}_1 \right) + T_1 = - \frac{RC}{V_{UL}} \left( {V_S}_2 - {V_S}_1 \right) + \frac{RC}{V_{UH}} \left( {V_S}_2 - {V_S}_1 \right)</math>

<math>f = \frac{1}{T_2} = \frac{V_{UH}}{2RC \left( {V_S}_2 - {V_S}_1 \right) }</math>

24 Un duty cycle diverso dal 50% si può ottenere:

• creando un'assimetria tra i valori di tensione in uscita <math>V_{UH}</math> e <math>V_{UL}</math>;
• usando alternativamente le resistenze <math>R'</math> e <math>R \neq R'</math> tramite dei diodi:

Oscillatori

Oscillatori sinusoidali

27 Gli oscillatori sinusoidali sono composti da un blocco di amplificazione <math>A</math> e un blocco di reazione positiva <math>\beta</math> e devono soddisfare le condizioni di Barkhausen:

<math>\begin{cases} \left| A \beta \right| = 1 \\ \arg{\left( A \beta \right)} = 0^\circ \end{cases} , \quad f = f_0</math>

dove <math>f_0</math> è la frequenza di oscillazione.

Oscillatori a quarzo

28-29 Alla frequenza di risonanza, il cristallo di quarzo piezoelettrico posto in reazione ha delle lievi vibrazioni meccaniche che producono delle vibrazioni elettriche con brusche variazioni dell'impedenza <math>Z \left( f \right)</math>.

Oscillatori con reti RC e porte

Due inverter e RC

30 La frequenza è legata agli elementi passivi:

Anello di inverter

La frequenza è legata ai tempi di propagazione attraverso gli inverter (in numero dispari):

Oscillatori sincronizzati

31 Gli anelli ad aggancio di fase (PLL) sono dei moltiplicatori di frequenza con questo funzionamento: data una frequenza fissa di riferimento, l'oscillatore è in grado di generare una nuova forma d'onda con una certa frequenza specificata tramite la programmazione di un circuito composto da divisori di frequenza (es. contatori).

Note

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