Appunti corso completo Progettazione Dispositivi Biomedici Programmabili

I SR

che

50mA_ Supponiamo

DI 10mA

atti

111 É 1ns

Per le 1mi

5

10 0

am

Re 2,25mL le 100nA

di

valore 1

Assumiamo un pessimistico

VR mA 2,5mA 112,5µV

50 1W

k LÌ soon

Heath

I 50mA É 1ns

via i i

Vit gu

s LI LI e

44

Se parliamo di CMOS non ci sono problemi, lui non accetta questa variazione, ma continua a

funzionare. La TTL invece potrebbe funzionare male in quei ns.

Con i CMOS di ultima generazione si possono avere variazioni anche di 5V (da 5 si passa a 0 o a

10V).

In definitiva abbiamo capito che possiamo trascurare l’effetto resistivo del conduttore rettilineo.

Per evitare queste cadute di tensioni possiamo opere nel seguente modo:

777

tipi of I

C è il serbatoio di carica. Inserendolo in quel modo si può caricare alla tensione V, il quale fornisce L

carica necessaria al generatore di corrente.

Q AQ DI

CV DA

Cav C

La capacità non deve essere né troppo piccola e nè troppo grande, diciamo deve essere

abbastanza grande.

Supponiamo che l’impulso sia perfettamente rettangolare (ipotesi peggiorativa):

I Dt

Q MA

A 1mL

50 2ns e

Se volessi avere un variazione piccola:

DI

DU

ΔV lo impongo io così ottengo il valore di C, ma devo far sì che poss togliere la minor quantità di

carica che sta sul condensatore.

Se: Q

100nF 500mL

Dk santi III eh

joanne e

Adesso avremo non più dei picchi dell’ordine dei volt, ma dei millivolt:

su 10mV

a

C deve essere alcune decine di nF. Per adesso abbiamo visto che tanto è più alto, meglio è.

Un condensatore con capacità elevata è difficile da avere, a causa di problemi tecnologici.

Inoltre, in realtà il condensatore è un circuito risonante serie:

11

nm mn

o

A frequenze basse C funziona bene, a frequenze elevate gli induttori isolano i condensatori. Le

induttanze che consideriamo sono dovuti ai terminali (condensatori multistrato). Per non

considerare le induttanze parassite i terminali devono essere corti.

Problemi d laboratorio:

fhn f.ee elHz avere

se è potremmo

grande

c troppo lentamente

molto

k che

I si estingue

C 50/150nF.

La situazione di compromesso è che deve essere tra i

Esempio dimensionamento: Van

q

Ii SR

1 1

lttcosat k.TV

µ Busso nn

4 I soma

l I

1 Il

Inset

IN trascurare

La possiamo

Supponiamo di voler pilotare il carico nel seguente modo:

d c

Quando la forma d’onda è ad 1 al carico gli diamo 250mW. Quando il carico è alimentato tutte le

porte open collector devono essere interdette.

Trascurando la corrente di satuzione, possiamo scrivere:

RII ipdl.pe

L’efficienza del sistema è: ftp.t

f TIc

Quando il carico non assorbe corrente, il transistor assorbirà corrente, pertanto avremo in questo

caso la seguente corrente di collettore:

thRPdl

Quindi in questo caso R dissipa la seguente potenza:

RIc

Efficienza nel pilotare questo carico: 50

la tabella 75

diversi 25

d 100

c

Possiamo a

riferire YRA.TT

V6

2o te

Ìa condizione l'efficienza

Non formale per

I valori di efficienza migliori si ottengono quando la tensione assorbita è il doppio di quella sul

carico.

Alimentazione circuito stampato ti 91 0,0035

Conviene fare piste brevi e larghe per aver un buon coefficciente di autoiuduttanza.

Con le nuove tecnologie di produzione di circuiti stampati si è arrivato a fare circuiti stampati a

strati fino a 12-16 strati.

Applicando dei forellini si possono ottenere i collegamenti tra i vari strati.

Più è spesso il rame e più sarà basso il coefficiente di autoinduttanza della piastra.

BJT - NPN I Ì e

Base

Il transistore serve per amplificare una corrente se inserito in un circuito adeguato.

Schematizzazione amplificatore: Io

b te

1

È Io

a

Questa configurazione è ad emettitore comune, perché l’emettitore è comune alla maglia di

ingresso e uscita. Le configurazioni a base e collettore comune amplificano male in corrente.

In realtà la configurazione ad emettitore comune è la seguente:

t.fm un

4 I Fn

È

AI Av

È

A Ar vanno da poche unità a centinaia.

Base comune —> buona amplificazione tensione, cattiva amplificazione in corrente,

Collettore comune —> discreta amplificazione corrente, cattiva amplificazione in tensione.

Useremo il BJT com un interruttore telecomandato.

Emettitore comune: tek

Piano delle caratteristiche di uscita:

Ic IB4

a Ifio

tBolIBicIBzlIrgcIBc.ol

È

regione di interdizione —> corrente di base nulla o negativa, circuito aperto,

regione di saturazione —> comportamento da interruttore chiuso (resistore basso),

zona attiva o regione di linearità (rapporto costante tra IC e IB)—> BJT funziona da

amplificatore. Rb

Mark

1 ti

L Ti

in queste due zone il BJT dissipa potenze molto piccole.

Tra l’emettitore e la base e la base e il collettore abbiamo 2 “superfici” che chiamiamo giunzioni.

Costituiscono 2 diodi. Queste possono essere polarizzate direttamente o inversamente .

• Vb > Ve polarizzazione diretta,

• Vc > Vb oppure Ve > Vb polarizzazione inversa.

Zona Attiva: BE —> DIRETTA; BC —> INVERSA.

Regione di Interdizione: BE —> INVERSA; BC —> INVERSA (scorrerà una piccolissima corrente

chiamata Ic0 corrente inversa di saturazione).

Regione di saturazione: BE —> DIRETTA; BC —> DIRETTA.

Piano delle caratteristiche d’ingresso: si

V nel di

Veer 0,6 caso

0,7

Vp È Ge

di

nel

25 0,3N

0 caso

Vp

vai

e be

va

Circuito di polarizzazione ZONA ATTIVA: Ia

Ia

ne ma

pIo

Ie

va

On

I I e

l

411

Esempio: Vai Rc

VB Rb

3W KM 15N 5001

10 p 100

e

IB Vce

Ia

IB 240µA

IÌ

librare sia e

24mA

Ic PIG 3W

Rete

Vai tè

VAL 15 500

24

SE Cosa

200 non fisicamente

possibile

po

IB di

240µA modello

abbiamo fatto un errore

48mA

Ic il BJT è ZONA

non più Attiva

in

CE saturazione apparente

Circuito equivalente in REGIONE DI INTERDIZIONE:

B e

Ico A

ma

di saturazione

corrente 10

10

inversa µ

Circuito equivalente in REGIONE DI SATURAZIONE:

B e

Vee

Vibe sat

E

V

0,2

cenate 0,4

Esempio con dati precedenti:

v

Va

se 4

IB 340µA

Ic 34mA V

Ve si

15 modello

34 adeguato

oo 2 non

Se voglio lavorare in saturazione, situazione favorevole per usare il BJT come interruttore, devo

aumentare la corrente di base IB ( aumentando Vb o diminuendo RB o facendo entrambe le cose).

il

Utilizzo SATURAZIONE

MODELLO di Rc

Ra B ti

tetto È

ke di 30mA

Igea

e

Esercizio: Rc ter

1

TNT

Rb 22kt

TMK Valsa

Peio

I

IBRD the

0 e PUÒ

IBRD NON ESSERE NEGATIVO

De in

E INTERDIZIONE

Val Rct

Io VCE

NON SI POSSONO COLLEGARE DUE USCITE DI PORTE LOGICHE TRADIZIONALI

—> PORTE A COLLETTORE APERTO (OPEN COLLECTOR)

He I

1 PORTA

Se cambia l’ingresso non succede nulla, non è presente la rete di polarizzazione esterna.

Val

1 Resistore UP

PULL

DI

Rc

1 tra

f o

Vo=Val

Se il transistore è interdetto Vo=0V

Saturazione (avremo un cc)

Funzionano (sono progettate per questo) o in saturazione o in interdizione.

È

K

Quando uno dei due andrà in saturazione l’uscita andrà a livello logico basso.

Se attiviamo una porta cambiamo lo stato dell’uscita (CONFIGURAZIONE OR-FILATO o WIRED

OR).

Porte Open Collector Val

1

Ceo Era NeIIa

µ la

I 1 pe

K k Ti

Dobbiamo scegliere il valore della resistenza Rpu e dell’alimentazione.

lo.sn

Voi 12,4M

Voti

Ione I sètte

Iole Iena

Val:

Dobbiamo garantire un’uscita compatibile, quando le porte open collector sono in interdizione,

quindi VOH è pari a 0. In questa condizione scorrerà corrente su N2 pari a IIh, pertanto ci sarà una

caduta di tensione su Rpu.

Se gli open collector confucono allora Vo vale Vce sat.

Normalmente L alimentazione è pari a quella dei circuiti integrati.

Rpu:

Ci sono due condizioni: interdizione e saturazione che servono a garantire L integrità dei BJT.

Se i transistor sono tutti interdetti: T

IIM

Ieee vcemai.az

eo Al

o

e

Se qualche BJT conduce allora si deve verificare che la Icmax non deve superare un certo valore.

dai Io

IR

TIRI

I c

Nati_

Rai E fÌ_Nati

e

Ne

voi te T

Ti

Ppv limite

7 inferiore

Se ho un numero di porte pilotate elevate rischio di avere corrente maggiore di IOL, numero di Rpu

diventa minore di zero: sto provando a pilotare troppe porte logiche.

di Vieste voleva

I card compatibilità sempre

verificato

Un

voti nostro

7 problema

VAL

I Vostri N.Ioni NI.ae

Rp

Ppv va

rpue Nation

Nitore

T limite superiore

a

Rpm rpm

Adesso qui capitare che il denominatore può crescere così tanto da far scendere il limite superiore

di Rpu al di sotto del valore del limite inferiore di Rpu.

Esempio:

74L 503 74L

4 500

INGRESSI

IV

Vai

RPvm.fi 7421

aoo

Rpm Kr

4 9

IÌ

4.754.100µA

4.20µA

1 sul

1 mm mm

4,9 KM

7421

del Voti

1 mi su

prendo mangime Attore la

la di massima ozono

corrente sia

garantisco

2 bassa

più possibile utilizza

che normalmente si

3 Condizione

1 5 8201 2

KR

1

Scelgo un valore intermedio perché così ho un progetto più solido. Faccio dunque la media

geometrica così ottengo un failure rate minore del 5%: 19071

ftp.u Rpum.ppun

Rr 1,8km 5 Kr

1,5kt 2,1

Rpn 2,2kt

Le porte open collector risolvono anche altri tipi di problemi:

qual IV ma

ERA vi 50

Il

Ne b Vi Il

Il

a

1 1

K.e.ph Val ppv

I l l

4

Supponiamo che i transistor siano interdetti:

Rn

Ia

Val ftp.VA

Va e

Possiamo trascurare le correnti inverse di sa