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Linear Amplifier Design con LT1991/95/96

Gli amplificatori integrati LT1991, LT1995 ed LT1996 di Analog Devices integrano, al loro interno, una serie di resistori che consentono di configurarne la topologia (differenziale, invertente o non invertente) ed il guadagno attraverso opportune connessioni stabilite tra i pin senza l’impiego di alcun componente esterno. Il tool “The Configurator 4.21” consente di definire automaticamente la configurazione necessaria.

Normalmente, quando si deve utilizzare un operazionale per realizzare una amplificatore che presenti le richieste caratteristiche di amplificazione e di relazione ingresso-uscita (invertente, non invertente o differenziale), è necessario utilizzare apposite configurazioni circuitali impieganti un certo numero di resistori esterni opportunamente interconnessi e dimensionati. Ciò comporta la necessita di prevedere, sulla board che ospiterà il circuito, un adeguato spazio per la collocazione degli stessi resistori oltre a problematiche legate alla tolleranza del valore ohmico degli stessi resistori ed alla dipendenza di questo da parametri come la temperatura. In commercio esistono chip che integrano al loro interno sia l’amplificatore operazionale classico che una serie di resistori che possono essere utilizzati per creare la rete di reazione. Questo consente di ridurre lo spazio occupato sulla board e di rendere l’amplificatore stesso flessibile poiché configurabile oltre che caratterizzato da un guadagno estremamente stabile. Analog Devices (anche se poi l'articolo porta riferimenti al 2015 di LTC) dispone tra i suoi prodotti di amplificatori di questo tipo: si tratta, in particolare, degli integrati LT1991, LT1995 ed LT1996. Essi integrano al loro interno una serie di resistori opportunamente scelti che consentono di configurare l’amplificatore stesso in configurazione differenziale, invertente o non invertente con guadagno impostabile in appositi range senza l’impiego di alcun componente esterno.

All’interno dei relativi datasheet, di cui è possibile effettuare facilmente il download dal sito di Analog Devices (https://www.analog.com/en/products/lt1991.html#product-overview), sono riportate tutte le caratteristiche tecniche e tutti i dettagli necessari al loro corretto impiego comprese le possibili configurazioni che gli stessi si prestano a realizzare. Tali datasheet sono più che sufficienti ad un corretto impiego dei dispositivi, tuttavia in alternativa Analog Devices rende disponibile il tool “The Configurator 4.21” che consente di determinare automaticamente la corretta configurazione del chip come amplificatore in grado di esibire un determinato valore di guadano ed una determinata dinamica in presenza di una assegnata tensione di alimentazione singola o duale. Esso è, infatti, in grado di generare automaticamente lo schema elettrico dell’amplificatore a partire dai dati impostati (configurazione differenziale o single ended, invertente o non invertente, guadagno desiderato e valori delle tensioni di alimentazione). Il gain range ed il supply range indicano all’utente i range all’interno dei quali possono essere impostati i relativi parametri di guadagno e di alimentazione. Il range indicato muta a seconda dell’amplificatore utilizzato, scelto tra i tre modelli suddetti attraverso la relativa spunta nell’area Amplifiers to Configure. Tali aspetti saranno meglio illustrati successivamente dopo aver discusso brevemente, nei paragrafi che seguono, le caratteristiche principali dei chip LT1991, LT1995 ed LT1996, sia in termini elettrici e prestazionali che applicativi.

Gain selectable amplifier LT1991, LT1995, LT1996

Prima di mostrare in che modo il tool di configurazione consenta di determinare automaticamente la configurazione circuitale di un chip, quale l’LT1991 piuttosto che l’LT1995 o LT1996, per una assegnata applicazione, è opportuno analizzare le  principali caratteristiche elettriche (tensioni di alimentazione e dinamica), prestazionali (guadagno, banda, prodotto guadagno banda) ed applicative di questi ultimi. Pur presentando ciascuno di essi caratteristiche specifiche che lo differenziano dagli altri, tutti risultano accomunati da due principali aspetti: flessibilità e semplicità di impiego. Il configuratore consente di determinare automaticamente la configurazione di un amplificatore costruito intorno ad uno dei seguenti chip:

  • LT1991 - Precision, 100µA Gain Selectable Amplifier
  • LT1995 - 30MHz, 1000V/µs Gain Selectable Amplifier
  • LT1996 - Precision, 100µA Gain Selectable

È più che mai opportuno non limitarsi ad impiegare passivamente il configuratore ed esaminare, almeno nelle linee generali, questi chip partendo dai rispettivi datasheet al fine di avere maggiore cognizione circa il loro impiego all’interno dei propri circuiti. In figura 1 e 2 è riportata la configurazione interna dell’amplificatore LT1991. Ovviamente, la banda dell’amplificatore dipende dal guadagno impostato.

Figura 1: pin out del chip Gain Selectable Amplifier LT1991 e relativa configurazione interna.

Figura 1: pin out del chip Gain Selectable Amplifier LT1991 e relativa configurazione interna.

 

Figura 2: amplificatore LT1991 in configurazione differenziale (guadagno G=1 e dinamica rail-to-rail).

Figura 2: amplificatore LT1991 in configurazione differenziale (guadagno G=1 e dinamica rail-to-rail).

Nel caso di guadagno unitario, la banda a 3dB è limitata a 450kHz e presenta un picco di 2 dB a 280kHz. Aumentando il guadagno impostato, la banda viene limitata fino al limite di 32 kHz in corrispondenza del massimo valore di guadagno (si  esamini a  tal  proposito il diagramma a destra riportato in figura 5). La massa virtuale fa sì che per il segnale la resistenza di ingresso sia praticamente indipendente dalla resistenza interna impostata come resistenza di feedback, e che dipenda unicamente dalle altre resistenze. Questa osservazione dovrebbe essere sufficiente a comprendere come la configurazione dell’LT1991, dell’LT1995 e dell’LT1996 comporti non solo implicazioni sul guadagno impostabile e sulla conseguente banda disponibile, ma anche sulla resistenza di ingresso. Tutti questi parametri devono essere opportunamente valutati al fine di scegliere tra i tre il chip che consente di realizzare l’amplificatore più adeguato e flessibile per la specifica applicazione e per quest’ultimo la corretta configurazione. Il guadagno può essere impostato su valori discreti compresi tra -13 e 14, con accuratezza pari allo 0.04% senza l’impiego di componenti esterni. Il chip risulta particolarmente adatto all’impiego come amplificatore differenziale grazie all’ottimo matching tra i resistori integrati, cosa che si traduce in un CMRR (Common Mode Rejection Ratio) maggiore di 75dB. Il prodotto guadagno-ampiezza di banda risulta pari a 560kHz. L’alimentazione può essere compresa tra 2,7V e 36V con assorbimenti di corrente estremamente contenuti pari a circa 100µA per alimentazione pari a 5V. In figura 3 è riportata la classica  configurazione differenziale dello stesso in cui si è aumentata l’impedenza di ingresso grazie all’impiego  di  appositi buffer di segnale.

Figura 3: gain Selectable Amplifier LT1991 (configurazione differenziale da strumentazione; si notino i due amplificatori buffer in ingresso; ancora una volta non vengono utilizzati resistori esterni).

Figura 3: gain Selectable Amplifier LT1991 (configurazione differenziale da strumentazione; si notino i due amplificatori buffer in ingresso; ancora una volta non vengono utilizzati resistori esterni).

La dinamica di uscita si estende praticamente all’intera escursione rail to rail. I resistori integrati presentano un ottimo matching dei valori ed il guadagno presenta una ridotta dipendenza dai valori di temperatura (3ppm/°C). Il dispositivo è disponibile in package 10-lead MSOP ed in package a basso profilo DFN in dimensioni pari a (0.8mm) 3mm×3mm, pertanto con una ridottissima occupazione di area sulla board (figura 4).

Figura 4: package del Gain Selectable Amplifier LT 1991. A) MS Package 10-Lead Plastic MSOP; B) Package 10-Lead Plastic DFN (3mm × 3mm). Le dimensioni sono espresse in millimetri.

Figura 4: package del Gain Selectable Amplifier LT 1991. A) MS Package 10-Lead Plastic MSOP; B) Package 10-Lead Plastic DFN (3mm × 3mm). Le dimensioni sono espresse in millimetri.

In figura 5 è riportata la risposta in frequenza dell’amplificatore LT1991 al variare del guadagno. Analogamente a quanto accade in un commune amplificatore, all’aumentare del guadagno impostato si verifica una riduzione di banda. L’effetto di ciò è facilmente osservabile anche nel dominio dl tempo.

Figura 5: risposta in frequenza, al variare del guadagno, di un amplificatore in configurazione differenziale ottenuto con il chip LT1991.

Figura 5: risposta in frequenza, al variare del guadagno, di un amplificatore in configurazione differenziale ottenuto con il chip LT1991.

La risposta nel dominio del tempo, man mano che si aumenta il guadagno diventa più lenta, cioè non più in grado di riprodurre prontamente le componenti a frequenza più elevate contenute nel segnale in ingresso. Un amplificatore molto simile per struttura è l’LT1995, sebbene quest’ultimo presenti caratteristiche elettriche e prestazionali sensibilmente differenti. L’LT1995 è un amplificatore high-speed con banda pari a 30MHz, slew-rate pari a 1000V/ s ed alimentazione compresa tra ±2,5V e ±15V. Il pin-out risulta identico a quello dell’LT1991 ma il chip presenta differenti valori ohmici per i resistori integrati. I valori di tali resistori (1k, 2k, and 4k) risultano inferiori rispetto a quelli dei modelli LT1991 ed LT1990 e questo è uno degli aspetti che ne spiegano la maggiore velocità. I pin sono nominati con la stessa logica con cui sono nominati quelli dell’LT1990 ed LT1991. Con P si indicano i pin che fanno capo ad un resistore integrato che insiste sul morsetto non invertente dell’operazionale interno mentre con M si indicano i pin che fanno capo a resistori che insistono sul morsetto non invertente. Si tratta di un amplificatore high-speed ad elevato slew-rate, guadagno selezionabile ed impostabile nel range -7, 8 senza l’impiego, ancora una volta, di alcun componente esterno. Il dispositivo si mostra particolarmente adatto ad essere impiegato come amplificatore differenziale, anche perchè l’ottimo matching tra i resistori si traduce in un elevato valore di CMRR (Common Mode Rejection Ratio>79dB). L’ottimo matching tra i resistori integrati comporta un errore del guadagno contenuto all’interno dello 0,2% massimo a temperature ambiente ed entro lo 0,3% nel campo di temperature compreso tra -40°C ed 85°C. Il coefficiente di temperatura dei resistori è infatti pari a circa -30ppm/°C. L’integrato integra ancora una volta un operazionale e otto resistori. Tra questi vi sono quattro resistori integrati da 4k (R), due resistori integrati da 2k (R/2) e ulteriori due resistori da 1k (R/4). Ciascuno di questi resistori presenta uno dei due terminali coincidente con un corrispondente pin del package del chip e pertanto accessibile dall’esterno. Di conseguenza, se si considerano i due pin di alimentazione si ottengono complessivamente, ancora 10 pin, da cui i due package a 10 pin. Ancora una volta, i pin indicati con P (P1,P2, P3) fanno capo ad altrettanti resistori integrati che, a loro volta, insistono sul morsetto positivo dell’operazionale mentre i morsetti indicati con M (M1, M2, M3) fanno capo ad altrettanti resistori che, a loro volta, insistono sul morsetto invertente dell’operazionale. Le applicazioni di questi amplificatori sono molte. La possibilità di configurare il chip come amplificatore differenziale, con guadagno selezionabile, per esempio, suggerisce la possibilità di utilizzare lo stesso chip per convertire una corrente in una tensione. Il circuito di riferimento è quello di figura 6.

Figura 6: configurazione interna dell’amplificatore LT1995. Si notino i diodi di protezione (ESD).

Figura 6: configurazione interna dell’amplificatore LT1995. Si notino i diodi di protezione (ESD).

All’interno del datasheet [2] è possibile trovare molte informazioni su tutte le possibili configurazioni dell’amplificatore. In alternativa è possibile studiare queste ultime interattivamente ed analizzarle attraverso l’impiego del configuratore. Nello stesso datasheet [2] è possibile trovare ulteriori indicazioni circa le aplicazioni del chip, indicazioni su cui non ci soffermiamo per brevità. Applicazioni tipiche dell’amplificatore LT 1995 sono quelle da amplificatore da strumentazione, Current Sense Amplifier (figura 7) e Amplificatore Video (figura 8), applicazioni che risultano facilitate dall’ampia banda da cui il chip è caratterizzato.

Figura 7: current Sense Amplifier ottenuto attraverso l’impiego di un LT1995.

Figura 7: current Sense Amplifier ottenuto
attraverso l’impiego di un LT1995.

 

Figura 8: LT1995 utilizzato come amplificatore video-composito.

Figura 8: LT1995 utilizzato come amplificatore video-composito.

L’amplificatore LT1996, come l’LT1991 e l’LT1995, combina le caratteristiche di un amplificatore operazionale di precisione con otto resistori di precisione che formano nel complesso una soluzione integrata. Si differenzia tuttavia da essi per guadagno e/o valori di prodotto guadagno-banda. Il guadagno, in particolare, è compreso tra -117 e 118 a seconda della specifica configurazione, con accuratezza pari allo 0.05%. L’ottimo matching tra i resistori integrati comporta un CMRR (Common Mode Rejection Ratio) maggiore di 80dB. Un offset di ingresso pari a 50µV, un prodotto guadagno banda pari 560kHz, alimentazione estesa (da 2.7V a 36V) con ridotto assorbimento di corrente (soli 100µA a 5V) ed una dinamica di uscita compresa tra 40mV e l’intera escursione rail-to-rail completano le caratteristiche generali del componente. In figura 9 è raffigurata la configurazione interna ed il pin-out del Gain Selectable Amplifier LT1996. L’eccellente maching tra i valori dei resistori integrati consente variazioni percentuali (errore) sui valori di guadagno contenuti entro lo 0.05% con una dipendenza dalla temperature inferiore a 3ppm/°C.

Figura 9: configurazione interna del Precision Gain Selectable Amplifier LT 1996 [3] e relativo pin-out.

Figura 9: configurazione interna del Precision Gain Selectable Amplifier LT 1996 [3] e relativo pin-out. del Precision Gain Selectable Amplifier LT 1996

Come per gli analoghi LT1991 ed LT1995, il dispositivo è disponibile nel classico package 10-lead MSOP e in package DFN. Strumenti portatili, strumentazione medicale, amplificatori campione, convertitori Single-ended/Differenziale sono applicazioni tipiche del componente. Esso integra ancora una volta, oltre ad un classico operazionale, otto resistori. Tra questi vi sono due resistori integrati da R=450k, due resistori integrati da 50k (R/9), due resistori da 16,67k (R/27) e due resistori da 5,567k (R/81). Come al solito, i pin indicati con P (P1,P2, P3) fanno capo ai tre resistori integrati che a loro volta insistono sul morsetto positivo dell’operazionale mentre i morsetti indicati con M (M1, M2, M3) fanno capo ad altrettanti resistori che a loro volta insistono sul morsetto invertente dell’operazionale. In figura 10 è riportata la risposta in frequenza dell’amplificatore al variare del guadagno configurato mentre in figura 11 è riportata la risposta nel dominio del tempo.

Figura 10: risposta in frequenza dell’amplificatore LT1996 (configurazione differenziale) al variare del guadagno configurato.

Figura 10: risposta in frequenza dell’amplificatore LT1996 (configurazione differenziale) al variare del guadagno configurato.

 

Figura 11: risposta nel dominio del tempo dell’amplificatore LT1996 in configurazione differenziale al variare del guadagno.

Figura 11: risposta nel dominio del tempo dell’amplificatore LT1996 in configurazione differenziale al variare del guadagno.

Il confronto con le analoghe figure relative all’amplificatore LT1991 ed LT1995 è significativo in termini di differenze prestazionali tra i tre modelli di amplificatori. La banda del dispositivo dipende ovviamente dal guadagno impostato e per valore di guadagno pari ad 1 la banda a –3dB è pari a 450kHz con un picco di 2 dB a 280kHz. Configurando il guadagno al massimo valore possibile invece, la banda si riduce a 5kHz. La resistenza di ingresso è definita dai valori resistivi dei resistori integrati all’interno del chip. Considerando la massa virtuale sui pin di ingresso dell’operazionale è facile comprendere come la resistenza di ingresso assuma valori pari a circa 1GÙ (vedi figura 9). La flessibilità di impiego del componente è testimoniata dalla configurazione di figura 12, che mostra il modo di utilizzare i resistori interni come attenuatori, e da quella di figura 13, che mostra l’implementazione di un amplificatore differenziale da strumentazione con ingresso ad alta impedenza. All’interno del datasheet [3] è possibile trovare molte informazioni su tutte le possibili configurazioni dell’amplificatore. In alternativa, è possibile interattivamente studiare ed analizzare queste ultime attraverso l’impiego del configuratore.

Figura 12: impiego dei resistori integrati per l’implementazione di un attenuatore in ingresso.

Figura 12: impiego dei resistori integrati per l’implementazione di un attenuatore in ingresso.

 

Figura 13: impiego dell’LT1996 come amplificatore differenziale da strumentazione con ingresso ad alta impedenza (si notino i buffer LT6011).

Figura 13: impiego dell’LT1996 come amplificatore differenziale da strumentazione con ingresso ad alta impedenza (si notino i buffer LT6011).

Demo board per LT1990, LT1991 e LT1995

I Selectable Gain amplifier LT1991 ed LT1995 dispongono di un’apposita demo board (Demo board 819A). Si tratta di una board che ospita a bordo i suddetti amplificatori configurabili oltre ad un terzo amplificatore (LT1990) e che è dotata di una serie di jumper che consentono di configurare il guadagno dei chip ospitati a bordo. La Demo Board contiene quindi tre circuiti indipendenti. I jumper consentono di definire la specifica configurazione dello specifico amplificatore e quale delle tre uscite utilizzare effettivamente come tale. Tutti e tre gli amplificatori sono alimentati da una linea comune di alimentazione. Ciascun amplificatore presenta sulla propria uscita una resistenza di disaccoppiamento serie pari a 50Ù. I connettori per l’ingresso invertente, quello non invertente e quello VREF sono di tipo BNC. La sezione che ospita l’LT1990 è più semplice delle altre e presenta tra le altre cose un jumper per l’impostazione del guadagno con valore pari ad 1 oppure 10. L’LT1990 presenta una configurazione interna del tutto simile a quella dell’LT1991 con la differenza di consentire elevati valori di ingresso di modo comune (fino a ±250V). Questa caratteristica è resa possibile dall’attenuazione introdotta dai resistori da 1MÙ e da 40kΩ integrati all’interno del componente. L’LT1990  consente in effetti due possibili configurazioni di guadagno: guadagno 1 e guadagno 10. Il primo è ottenuto lasciando floating i pin Gain1 e Gain2, mentre il secondo (guadagno 10) è impostato mettendo in corto il pin Gain1 con il pin Gain2. Nel primo caso l’amplificatore presenta una banda di circa 100kHz (guadagno 1) mentre nel secondo caso presenta una banda pari a 6.5kHz (guadagno 10). La sezione che ospita l’LT1991 appare invece più complessa poiché da la possibilità di configurare diversi valori di guadagno e la tipologia di trasferimento (invertente, non invertente o differenziale). Cosa analoga vale per il componente LT1995. Ovviamente, amplificatori come l’LT1995 l’LT1991 possono anche essere utilizzati come amplificatori sommatori. In figura 11 è mostrato un confronto sintetico tra i tre modelli di amplificatori di cui la board è equipaggiata. L’LT1990 consente elevati valori di ingresso di modo comune fino ±250V, l’LT1991 è ottimizzato per la flessibilità di configurazione di guadagno e la precisione con un range di modo comune che si estende fino a ±60V mentre l’LT1995 è pensato per applicazioni high-speed fino a 30MHz di banda.

Il Configuratore (the Configurator)

Presentate le caratteristiche essenziali degli amplificatori configurabili LT1991, LT1995 ed LT1996, è opportuno dare uno sguardo al tool che Analog Devices mette a disposizione per la determinazione automatica della configurazione circuitale di questi chip finalizzata ad ottenere specifiche caratteristiche di amplificazione. The ‘Configurator’ è un design tool che consente di generare automaticamente la configurazione e quindi lo schema di un amplificatore basato sull’impiego di questi chip. A tale scopo è sufficiente impostare il tipo di segnale in ingresso (single ended o differenziale), la tensione di alimentazione ed il guadagno per avviare l’effettiva determinazione della configurazione. Il Tool The Configurator Software è liberamente scaricabile dal sito di Analog Devices alla pagina https://www.analog.com/en/products/lt1995.html#product-overview. Il tool è inserito all’interno della sezione Amplifier Simulation & Design dal momento che i dispositivi LT1991, LT1995 ed LT1996 altro non sono che degli amplificatori operazionali, sebbene con delle caratteristiche specifiche che consentono di evitare l’impiego di componentistica esterna. Il file che contiene il Tool è un semplice file .xls il cui download può essere effettuato in tempi estremamente rapidi dal momento che occupa appena poche centinaia di chilobyte. Il file non necessita di alcuna installazione poiché può essere aperto con l’impiego di Excel di Microsoft Office. All’interno dell’area di lavoro si distinguono due principali sottoaree:

  • “Setting”, in cui è possibile effettuare tutte le impostazioni propedeutiche alla generazione della configurazione circuitale del chip in grado di assicurare le prestazioni richieste (figura 14);
  • “Circuit Design Result”, all’interno della quale il tool rende disponibile lo schematico del circuito che implementa la configurazione richiesta (figura 14 e 16).

L’area “Setting” è a sua volta organizzata in 4 differenti zone:

  • Amplifier to Configure
  • Input Signal
  • Gain
  • Supply
Figura 14: pannello di controllo del tool di configurazione. Si nota l’area di “Settings” per l’impostazione dei dati e l’area “Circuit Design Result” per la generazione dei risultati.

Figura 14: pannello di controllo del tool di configurazione. Si nota l’area di “Settings” per l’impostazione dei dati e l’area “Circuit Design Result” per la generazione dei risultati.

All’interno dell’area “Amplifier to Configure” l’utente può impostare il tipo di amplificatore da configurare per la realizzazione della propria applicazione. Si tratta dei due amplificatori di precisione (LT1991 ed LT1996) e dell’amplificatore high-speed LT1995. La scelta è facilitata dai principali dati caratteristici indicati in sovraimpressione: si tratta del range di guadagno e del prodotto guadagno-larghezza di banda. All’interno dell’area “Input Signal” è possibile impostare, attraverso la relativa azione di spunta, il tipo di segnale di ingresso selezionandolo tra due opzioni: Single ended e Differential. All’interno dell’area Gain è possibile impostare il valore di guadagno desiderato. Nella stessa area il tool indica il range dei valori accettabili in funzione dell’amplificatore precedentemente selezionato all’interno dell’area Amplifier to Configure. I valori negativi di guadagno si riferiscono ovviamente a configurazioni invertenti del dispositivo. Qualora l’utente inserisca valori di guadagno che non rientrano nel range consentito per lo specifico amplificatore, il tool fornisce un apposito messaggio di errore che spinge l’utente alla necessaria correzione dei dati immessi. All’interno dell’area “Supply” l’utente può specificare i valori di alimentazione. L’impostazione è facilitata dal range valido mostrato automaticamente dal tool. Il percorso di progetto si conclude con la generazione dello schema circuitale (figura 16), operazione che può essere avviata agendo sul pulsante “Run Design”. Se i dati immessi sono validi, non si ha la comparsa di alcun messaggio di errore bensì la comparsa all’interno dell’area “Circuit Design Results” dello schema circuitale dell’amplificatore opportunamente configurato per quanto riguarda il guadagno. All’interno dell’area “Circuit Design Results”, oltre allo schema circuitale dell’amplificatore vengono mostrati i valori effettivi di guadagno, l’errore di guadagno, la banda a -3dB e la dinamica del segnale in ingresso (Vin min e Vin max). È corretto parlare di guadagno effettivo e di errore di guadagno rispetto al guadagno impostato come dato, in quanto la configurazione dell’amplificatore si basa fondamentalmente sulle connessioni di c.c. che si instaurano tra specifici pin dell’amplificatore stesso e che corrispondono ad altrettante connessioni tra i resistori integrati che formano la rete di ingresso e di retroazione determinando il guadagno ed indirettamente la banda dell’amplificatore. Ovviamente, essendo le connessioni possibili in numero limitato non è possibile ottenere tutti i possibili valori di guadagno compresi all’interno del range permesso. Vi sono pertanto valori di guadagno che non possono essere ottenuti esattamente ma con un certo errore. Una piccola ma importante nota operativa doverosa è quella riguardante i valori di guadagno impostabili tra i dati. Possono essere impostati valori, infatti, anche non interi, ricordando tuttavia che le cifre della parte intera e quelle della parte decimale vanno separate con una virgola e non con il punto decimale. In ogni caso l’inserimento di dati che risultino esterni al range di valori permessi determina la comparsa di un segnale di errore (figura 15).

Figura 15: attraverso il pulsante “Run Design” si avvia la generazione dello schema circuitale.

Figura 15: attraverso il pulsante “Run Design” si avvia la generazione dello schema circuitale.

Occorre osservare in ogni caso che, qualunque tool non esegue il progetto di un circuito da solo, per cui sta sempre all’utente del tool scegliere l’amplificatore tra i tre modelli possibili nella maniera più adeguata alle specifiche esigenze. Va inoltre sottolineato che a sua discrezione l’utente può utilizzare l’amplificatore in configurazioni che impiegano anche resistori esterni al chip oltre a quelli integrati, sebbene questo tipo di amplificatori è realizzato principalmente per ottenere buone prestazioni unitamente al vantaggio di non dover impiegare componenti esterni a tutto favore della densità di integrazione on-board. Tra le limitazioni del tool vi è sicuramente il fatto che consente di realizzare configurazioni di amplificatori composti da un solo stadio. In ogni caso ciò non toglie la possibilità di comporre i singoli stadi al fine di ottenere amplificatori multistadio. La figura 16 mostra il calcolo di una configurazione di amplificatore con guadagno non invertente pari a 14 basato sull’impiego del chip LT1991.

Figura 16: attraverso il pulsante “Run Design” si avvia la generazione della configurazione circuitale dell’amplificatore.

Figura 16: attraverso il pulsante “Run Design” si avvia la generazione della configurazione circuitale dell’amplificatore.

In figura 17 è invece illustrato cosa accade quando in corrispondenza dei dati impostati non esista una configurazione che consenta di ottenere esattamente il comportamento assegnato. In queste condizioni il configuratore mostra la configurazione che si avvicina il più possibile in termini di prestazioni ai dati imposti e contemporaneamente mostra l’errore percentuale dell’effettivo guadagno rispetto a quello desiderato.

Figura 17: in alcuni casi non esiste una configurazione che consenta di ottenere esattamente il valore di guadagno desiderato. In tal caso il tool fornisce il valore dell’errore percentuale da cui è affetto lo stesso guadagno.

Figura 17: in alcuni casi non esiste una configurazione che consenta di ottenere esattamente il valore di guadagno desiderato. In tal caso il tool fornisce il valore dell’errore percentuale da cui è affetto lo stesso guadagno.

Conclusioni

Come mostrato nel presente articolo, quando si realizza un circuito ad amplificatore operazionale, contrariamente a quanto molti pensano, non è sempre necessario utilizzare componenti esterni per ottenere i desiderati valori di guadagno, tanto che si impieghi l’amplificatore in configurazione invertente che in configurazione non invertente o differenziale. Gli amplificatori LT1991, LT1995 ed LT1996 di Linear Technology sono amplificatori operazionali di questo tipo grazie al fatto di integrare internamente una serie di resistori che consentono di realizzare la rete di ingresso e quella di retroazione senza l’impiego di alcun componente esterno. Il Tool “The Configurator 4.21” come abbiamo visto, facilita l’individuazione della configurazione circuitale più opportuna al fine di ottenere determinati valori di guadagno. Il Tool è estremamente semplice da utilizzare e non necessita di particolari operazioni per essere impiegato correttamente.

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