ELETTRONICA II
Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino
Parte E: Circuiti misti analogici e digitali
Lezione n. 21 - E - 3:
Generatore di onda quadra e impulsi
Interfacciamento con circuiti logici
Circuiti misti analogici e digitali 3
• Generatore di onda quadra
• Generatore di impulsi
• Generatore controllato in frequenza
• Interfacciamento con circuiti logici
• Circuiti di protezione per gli ingressi
Oscillatore a onda quadra
R
Carica e scarica di
un condensatore
_
C
VC
(VS1, VS2)
VU
VUH
VS2
VC
VS1
VU
VUL
Calcolo del periodo
VS2
VS1
VUL
VC
T
t
VC = VUL - (VUL - VS2) e-t/RC
VC = VS1 = VUL - (VUL - VS2) e-T/RC
T = RC log [(VUL - VS2)/(VUL - VS1)]
Variazione della frequenza
• variazione di C o di R
• variazione dell’isteresi
o della VU
R
_
VC
(VS1, VS2)
VU
Variazione del duty cycle
• Variazione di parametri tra i due semiperiodi
variazione di VUH rispetto a VUL
sdoppiamento di R (diodi)
_
C
(VS1, VS2)
VU
Differenze rispetto a
quadro/triangolo
• La reazione complessiva e’ negativa
• L’anello comprende un comparatore e
un ritardo ottenuto con la carica/scarica
di un condensatore
Q-T: carica lineare (integratore attivo)
Q: carica esponenziale (resistenza)
Generatori di segnale a ritardo
U
I
T
f ~ 1/2T
I
T
U
T
Circuiti misti analogici e digitali 3
• Generatore di onda quadra
• Generatore di impulsi
• Generatore controllato in
frequenza
• Interfacciamento con circuiti logici
• Circuiti di protezione per gli
ingressi
Generatore controllato da una corrente
C viene caricato da IC e
scaricato attraverso R
W e’ costante
T (f) dipende da IC
IC
T
_
C
(VS1, VS2)
VU
W
Esempi di impiego
• Oscillatore con frequenza controllata da una
variabile esterna
IC da V-R
: convertitore V-F
IC da fotodiodo : convertitore luce-frequenza
• Oscillatori agganciati in fase o frequenza a
segnali di riferimento esterni.
Circuiti misti analogici e digitali 3
• Generatore di onda quadra
• Generatore di impulsi
• Generatore controllato in
frequenza
• Interfacciamento con circuiti logici
• Circuiti di protezione per gli
ingressi
Obbiettivo
• Collegare sottosistemi con caratteristiche
elettriche (escursioni di tensione) diverse:
- Circuiti logici (alim. 5V) con altri ad
alimentazione bipolare (+- 15 V)
- Qualunque circuito con il mondo esterno
• Esempio di riferimento: comparatore con porta
logica
Interfacciamento con circuiti logici
• L’uscita di un comparatore (o AO) varia tra VUL e
VUH (prossime alle tensioni di alimentazione)
• Un circuito logico richiede tensioni di ingresso
esterne al campo VIL e VIH (per interpretare
correttamente gli stati logici all’uscita del
comparatore), ma comprese tra VIMIN e VIMAX
(tensioni esterne a questo campo possono
danneggiare il circuito logico).
V
ingresso
circuiti logici
VAL+
VUH
uscita
comparatore
VIMAX
VIH
Campo ammesso
per le tensioni
di ingresso
VIL
VUL
VAL-
VIMIN
Interfacciamento verso porte
logiche
• Tre tecniche:
uscita a collettore aperto
partitore e scalamento
clamp con diodi/diodo zener
Uscita a collettore aperto
• Transistore in saturazione: VO = GND (VOL)
• Transistore in interdizione: VO = VCC (VOH)
VCC
RC
VI
+
-
VR
VU
VO
Dimensionamento della
resistenza RC
VCC
IOH = (VCC - VOH)/RC
IOH
RC
IOL
RC massima
IL
IOL = (VCC - VOL)/RC + IL
RC minima
Verifica su data sheet
• Verifica dei parametri elettrici per
uscita OC di comparatore integrato
Esempi
• Dimensionamento di pull-up per
pilotare 10 carichi TTL-LS
• Verifica della IOL ammessa all’uscita
del comparatore
• Dimensionamento di pull-up per
pilotare un BJT in commutazione
Stadio di uscita fluttuante
• Se il transistore di uscita e’ comandato
tramite un generatore di corrente, puo’
pilotare carichi collegati verso tensioni
positive (da C) o negative (da E).
• Esempio: stadio finale dei comparatori
LMx11
Circuiti misti analogici e digitali 3
• Generatore di onda quadra
• Generatore di impulsi
• Generatore controllato in
frequenza
• Interfacciamento con circuiti logici
• Circuiti di protezione per gli
ingressi
Partitore e tensione di scalamento
• Tensione di uscita attenuata e sommata
ad una tensione fissa
VO = (VUR2 + VFR1)/(R1 + R2)
VI
R1
+
-
VR
VU
R2
VF
VO
Clamp con diodi
• Tensione di uscita bloccata tra VOL e VOH dai
diodi di clamp
VCC (VOH)
VI
R
+
-
VR
VU
VO
GND (VOL)
Clamp con diodo zener
• Tensione di uscita limitata a VOH dal diodo
zener, ed a VOL sempre dallo zener, usato
come diodo normale
VI
VZ (VOH)
+
-
VR
VU R
VO
GND (VOL)
Protezione dell’ingresso di AO
• Circuiti simili possono essere usati per
proteggere da tensioni eccessive gli ingressi
di amplificatori operazionali e di comparatori
VAL+
R
+
VI
-
VAL-
Dimensionamento della
resistenza R
• Ha lo scopo di limitare la corrente nei diodi o
nello zener:
tra AO e logica, per il livello alto:
I = (VCC - VD - VUMAX)/R
all’ingresso di AO, per VI > VCC
I = (VIMAX - VD - VAL+)/R
Conclusione
• Per pilotare porte logiche da un comparatore
occorrono adeguati circuiti di interfaccia, per
rispettare i limiti sulla tensione di ingresso dei
circuiti logici.
• Lo stesso problema esiste per qualunque circuito
pilotato da altri dispositivi o dal “mondo esterno”.
• I circuiti di limitazione (clamp) con diodi oppure
con diodo Zener possono essere usati anche per
proteggere gli ingressi di AO o altri dispositivi.
