Appunti di Elettronica ed Elettrotecnica - classe quinta

====== 16A - Limitatori e raddrizzatori ======

===== Premessa =====

I circuiti con operazionali posso presentare un comportamento non lineare perché l'uscita è limitata dalla tensione di alimentazione. Nei circuiti amplificatori visti finora la non-linearità era assolutamente da evitare;  questa sezione e quella successiva trattano le applicazioni non lineari degli operazionali.

===== 1 Circuiti limitatori =====

Nei circuiti limitatori (clipper) la tensione in uscita è uguale a quella di ingresso ma il suo valore viene limitato superiormente e/o inferiormente. Questa limitazione rende il circuito non lineare, come si vede nella caratteristica di trasferimento((Si ricorda che la caratteristica di trasferimento (o transcaratteristica) esprime la relazione tra ingresso e uscita.)) di //figura 1b//.

Per limitare la tensione si usano una coppia di diodi, in particolare:
  * uno zener e un diodo per limitare la tensione solo superiormente o inferiormente (limitatore a un livello)
  * due zener per  per limitare la tensione superiormente e inferiormente (limitatore a due livelli)

La soluzione circuitale è quella di //figura 1a// e //figura 2a// dove:
  * quando `v_o < V_Z + V_D` i diodi non conducono e il comportamento è da amplificatore invertente
  * quando `v_o >= V_Z + V_D` i diodi entrano in conduzione (uno diretta e uno inversa) e la tensione è limitata al valore `V_H=V_Z + V_D` (cioè v<sub>o</sub> non può superare V<sub>H</sub>)

Per il dimensionamento delle resistenze occorre valutare la corrente sui diodi in conduzione:

`I_D=v_s/R_1 - (V_Z + V_D)/R_2`

Rispetto ai circuiti limitatori con diodi già visti nella sezione 11B quelli con operazionali presentano questi vantaggi:

  * la sorgente di segnale vede un carico costante pari a R<sub>1</sub>
  * il comportamento del circuito non dipende dal carico in uscita
  * il circuito può amplificare

===== 2 Raddrizzatori di precisione =====

I raddrizzatori a diodi visti nella sezione 11A non sono adatti a raddrizzare piccoli segnali perché in quel caso:
  * la tensione di soglia V<sub>γ</sub> non è trascurabile
  * il comportamento non lineare deforma il segnale in uscita

come mostrato nella //figura 3c//.

Per piccoli segnali conviene ricorrere ai raddrizzatori di precisione, come quello di //figura 4a//. La configurazione somiglia a quella dell'inseguitore di tensione ma:
  * quando v<sub>s</sub> è positiva il diodo conduce e l'amplificazione riduce la tensione di soglia a V<sub>γ</sub>/A<sub>v</sub>; la configurazione a inseguitore di tensione fa sì che v<sub>o</sub> = v<sub>s</sub>
  * quando v<sub>s</sub> è negativa il diodo non conduce e la tensione in uscita è nulla perché non scorre corrente in R<sub>L</sub>

L'effetto complessivo è che:
  * la tensione di soglia è trascurabile perché ridotta di un fattore pari al guadagno ad anello aperto
  * il comportamento è linearizzato grazie alla retroazione negativa (inseguitore di tensione)

Il circuito //figura 4a// non viene utilizzato in pratica perché durante la semionda negativa l'operazionale satura introducendo un ritardo nella semionda successiva. Il raddrizzatore di precisione invertente di //figura 5// risolve questo inconveniente e permette anche di amplificare il segnale. In questo caso:

  * durante la semionda negativa D<sub>2</sub> è interdetto e D<sub>1</sub> conduce; il comportamento è da amplificatore invertente e vale `v_o = -R_2/R_1 v_s`
  * durante la semionda positiva D<sub>1</sub> è interdetto e D<sub>2</sub> conduce; su R<sub>2</sub> non passa corrente e la tensione in uscita vale zero
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