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OpAmp ideale vs reale --> cause del discostamento dai valori teorici

Dovrei far oscillare il seguente multivibratore astabile a 5kHz (onda quadra) e sono riuscito a dimensionare i componenti correttamente secondo delle formule ricavate dall'analisi del circuito. Tutto ci=F2 =E8 stato fatto considerando che l'OpAmp fosse ideale (Zin=3Dinf, Zout=3D0, A=3Dinf, ecc). Tuttavia la simulazione che dovr=F2 presentare utilizza un modello di OpAmp (uA741) che presenta delle non- idealit=E0, quindi la prima simulazione Pspice che ho effettuato mi d=E0 dei valori di oscillazione di 3900Hz circa invece di 5000Hz. Anche i tempi di salita/discesa sono al di sopra dei limiti che mi sono stati dati.

1) Da cosa dipende il discostamento dalla frequenza ideale di oscillazione (quella calcolata a partire dall'opamp ideale)? Dal guadagno d'anello aperto A diverso da inf ? 2) Posso calcolare A da una simulazione spice, come? Dal datasheet dell'uA741 leggo uno SlewRate di 0.5v/us ci=F2 rende impossibile rispettare i vincoli forniti per i tempi di salita e discesa dell'onda quadra. 3) Quale non-idealit=E0 =E8 responsabile del basso slewrate ? Allego il circuito ed il modello che devo utilizzare. Grazie !! [FIDOCAD ] MC 195 25 0 0 080 MC 155 45 0 0 080 MC 195 75 0 0 080 MC 165 80 1 0 170 MC 140 50 0 0 045 MC 165 100 0 0 045 LI 205 25 235 25 LI 235 25 235 75 LI 235 75 205 75 LI 195 75 165 75 LI 165 75 165 80 LI 165 90 165 100 LI 180 55 180 75 LI 195 25 180 25 LI 180 25 180 45 LI 155 45 140 45 LI 140 45 140 50 SA 180 45 SA 180 75 SA 235 50 TY 175 70 5 3 0 0 0 * V TY 240 45 5 3 0 0 0 * Vu LI 220 50 235 50 LI 195 45 165 45 LI 195 55 180 55 TY 155 35 5 3 0 0 0 * R1 TY 160 80 5 3 0 0 0 * C MC 195 45 0 0 580 TY 200 30 5 3 0 0 0 * 5K TY 160 50 5 3 0 0 0 * 1K TY 150 85 5 3 0 0 0 * 100n TY 195 65 5 3 0 0 0 * R2 TY 195 15 5 3 0 0 0 * R3 TY 195 80 5 3 0 0 0 * 2,972K

*modello dell'opamp

*--------------------------------------------------------------------------= 
--
* connections:   non-inverting input
*                |  inverting input
*                |  |  positive power supply
*                |  |  |  negative power supply
*                |  |  |  |  output
*                |  |  |  |  |
.subckt uA741    1 2 3 4 5
*
c1 11 12 8.661E-12
c2 6 7 30.00E-12
dc 5 53 dy
de 54 5 dy
dlp 90 91 dx
dln 92 90 dx
dp 4 3 dx
egnd 99 0 poly(2),(3,0),(4,0) 0 .5 .5
fb 7 99 poly(5) vb vc ve vlp vln 0 10.61E6 -1E3 1E3 10E6 -10E6
ga 6 0 11 12 188.5E-6
gcm 0 6 10 99 5.961E-9
iee 10 4 dc 15.16E-6
hlim 90 0 vlim 1K
q1 11 2 13 qx
q2 12 1 14 qx
r2 6 9 100.0E3
rc1 3 11 5.305E3
rc2 3 12 5.305E3
re1 13 10 1.836E3
re2 14 10 1.836E3
ree 10 99 13.19E6
ro1 8 5 50
ro2 7 99 100
rp 3 4 18.16E3
vb 9 0 dc 0
vc 3 53 dc 1
ve 54 4 dc 1
vlim 7 8 dc 0
vlp 91 0 dc 40
vln 0 92 dc 40
.model dx D(Is=3D800.0E-18 Rs=3D1)
.model dy D(Is=3D800.00E-18 Rs=3D1m Cjo=3D10p)
.model qx NPN(Is=3D800.0E-18 Bf=3D93.75)
.ends
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Lucast85
Loading thread data ...

Quali sono i limiti che ti sono imposti?

Un po' da tutto, ma probabilmente dal fatto che la saturazione dell'uscita dell'operazionale si "ferma" un po' prima delle tensioni di alimentazione a causa della saturazione dello stadio di uscita dell'operazionale. La tensione che viene quindi utilizzata per caricare e scaricare il condensatore C =E8 un po' pi=F9 bassa di quella che probabilmente ti aspetti nei calcoli. Occhio che anche le soglie del comparatore ad isteresi vengono modificate. Non ho guardato in dettaglio il modello che stai usando, ma mi pare proprio che prenda qualcosa dalle parti di 1 V come margine dalle due parti. Prova ad aumentare, la tensione di alimentazione del tuo circuito nella simulazione (tanto non ci sono rischi di fumate bianche). La frequenza cambia? Si avvicina o si allontana alla teoria? Dai un'occhiata alla AN138 di Analog Devices, ci sono informazioni interessanti sui modelli SPICE degli operazionali:

formatting link

9408631801016AN138.pdf

Inizia a tenere conto della tensione di saturazione dell'uscita dell'operazionale e vedi se i calcoli si avvicinano alla simulazione. Per vedere quale valore viene utilizzato per il guadagno differenziale dell'operazionale nel modello SPICE hai due vie:

- o ti disegni il circuitino che corrisponde al modello e calcoli quello che ti serve con le tecniche classiche di analisi dei circuiti (non dovrebbe essere infattibile con modelli semplici come questo, vedi sopra)

- o lo misuri con qualche simulazione, per esempio applicando un segnale differenziale molto piccolo agli ingressi ed osservando l'uscita. Ricorda che in simulazione puoi fare cose che non sono pratiche in laboratorio, quindi nessun problema a compensare l'offset in continua con un'induttanza da 1e10 H perch=E9 sostanzialmente sparisca con un qualsiasi segnale variabile.

L'uA741 nasceva in quei del 1968 e, se pure interessante come esempio didattico, non =E8 raccomandabile in un progetto nuovo. Inoltre, il circuito che mostri =E8 classico, ma dipende dalle tensioni di saturazione dell'uscita, che sono dati raramente disponibili nei datasheet e soggetti a notevoli variazioni, a meno che non si tratti di circuiti rail to rail. Prova a guardare il datasheet del OPA830, prodotto da TI:

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Una cosa simpatica =E8 che TI fornisce i modelli SPICE dei propri operazionali:

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(un po' in fondo alla pagina, sotto Simulation Models)

Lo slew rate =E8 dovuto alla saturazione della coppia differenziale su tutte le capacit=E0 interne che sono collegate alla sua uscita ed in particolare al condensatore di compensazione Miller. Tutta la corrente di polarizzazione viene quindi sostanzialmente utilizzata per caricare un condensatore a corrente costante e quindi la tensione ai suoi capi =E8 lineare.

P.S. se mi =E8 permesso di riprendere il grande Franco, ricorda che quando usi un simulatore... devi conoscere l'elettronica meglio di lui! E' quindi una buona abitudine imparare a fare qualche stima ad occhio o con qualche calcolo rapido, per interpretare criticamente i risultati, cosa che mi sembra sia proprio quello che stai cercando di fare.

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Darwin

Rileggendomi, mi trovo ad aggiungere che questi due fenomeni potrebbero anche compensarsi...

:-)

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Darwin

Ci=F2 che devo realizzare =E8 sostanzialmente questo:

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In breve devo ottenere 5000Hz onda quadra con tempi di salita/discesa di max 4us con un'alimentazione di +-5V.

A quale modello di opamp ti riferisci per dire queste cose? Posso risalire dal mio modello spice dell'uA741 (in formato txt), al suo modello circuitale corrispondente?

Aumentando Valim la frequenza si allontana da quella teorica. Ecco le prove che ho effettuato:

- Valim=3D+-5V-----> f=3D3870Hz

- Valim=3D+-10V---> f=3D3468Hz

- Valim=3D+-15V---> f=3D3128Hz

Grazie infinite !!

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Lucast85

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Con un µA741 non ce la fai ad avere tempi di salita e discesa minori di

4 µs. Supponendo un'escursione di 8 V, l'operazionale dovrebbe avere uno slew-rate di almeno 2 V/µs per soddisfare tale specifica.
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Massimo Ortolano

A quello che hai fornito :-)

Certo, ti metti a seguire i nodi e ti ricostruisci il circuito! L'hai letta l'AN che ti ho segnalato?

Allora probabilmente lo slew rate ti limita parecchio, com'=E8 del resto facile aspettarsi con un operazionale cos=EC lento come un uA741. Cambia operazionale, e vivi tranquillo, oppure riduci le richieste nei tempi di salita e discesa,oppure ancora limita l'escursione dell'uscita riducendo la tensione di alimentazione (ma tanto sotto i +- 5V non potrai andare).

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Darwin

Gli sto dando un'occhiata, ma =E8 la prima volta che uso spice e mi ci vuole un po' di tempo... Te sei risalito al modello circuitale dal modello in forma testuale o hai dedotto quelle cose soltanto guardando il modello txt? Non esiste un programmino che converta automaticamente il modello testuale in uno circuitale ? Grazie ancora!

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Lucast85

Non ho tirato gi=F9 tutto il circuito, ma ho letto rapidamente cosa contiene. Dovessi capire meglio le cose, mi metterei con carta e penna e terrei d'occhio la AN che ho fornito sopra.

Non a mia conoscenza. Ad ogni modo fallo, non =E8 tempo sprecato e ti far=E0 prendere confidenza con il formato.

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Darwin

Mi metto subito a lavoro! Grosso modo dovrebbe somigliare ai modelli dell'AN che hai postato, giusto ?

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Lucast85

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