Jerry Steele
L’amplificatore a priorità è ideale per i sistemi analogici che necessitano di una risposta prioritaria di precisione a segnali a più canali (in questo caso il maggiore).
L’amplificatore analogico a priorità mostrato in Figura 1 è stato originariamente concepito come parte di un alimentatore a uscita multipla in cui la regolazione della tensione era basata sul livello del canale più alto. Un’altra applicazione era un sistema di controllo motori con un controllo elettronico dell’acceleratore in cui si desiderava che il motore rispondesse al comando più alto di diversi input.
Figura 1. L’amplificatore a priorità di ingresso fornisce un’uscita dal più positivo dei quattro ingressi. Questo circuito risponde agli ingressi positivi ma, invertendo i diodi e riconfigurando gli alimentatori, può rispondere agli ingressi negativi.
Figura 2. Grafico di simulazione dell’uscita dell’amplificatore prioritario a 4 canali.
Nel circuito, l’amplificatore con l’uscita più positiva controlla il percorso di feedback negativo tramite il diodo a polarizzazione diretta all’uscita dell’amplificatore. Forma un semplice percorso a guadagno unitario tramite R1 o R2, R3 o R4, a seconda di quale canale sia il più positivo, nell’ingresso invertente dell’amplificatore. Il diodo tra l’ingresso invertente e l’uscita viene inversamente polarizzato sull’amplificatore con l’ingresso più grande con conseguente funzionamento del circuito come amplificatore a guadagno unitario dal suo ingresso all’uscita complessiva.
Le uscite degli amplificatori con gli ingressi più deboli sono forzate ad andare in negativo dal valore di uscita fino a quando il loro diodo di retroazione, D2 (o diodo per qualsiasi amplificatore corrispondente), viene polarizzato dierttamente in modo che gli amplificatori rimangano in una condizione di closed loop locale. I resistori da 10k, come R1, consentono agli amplificatori più deboli di funzionare come buffer a guadagno unitario formando una rete di feedback locale. La Figura 2 illustra i risultati della simulazione utilizzando tutti e quattro i canali.
La Figura 3 illustra le condizioni reali di funzionamento su due ingressi, Canale 1 e Canale 2, con l’uscita mostrata come Canale 3. Segnali di ingresso dissimili vengono applicati per esaltare l’effetto quando due diverse forme d’onda competono per la massima ampiezza a vari intervalli. La Figura 3 illustra le tracce effettive dell’oscilloscopio di una versione a 2 canali dell’amplificatore con l’uscita sul Canale 3 (si noti che lo zero per il Canale 3 è più basso sullo schermo rispetto allo zero per i Canali 1 e 2).
Figura 3. Grafico della versione a due canali dell’amplificatore prioritario. I canali 1 e 2 sono segnali di ingresso, il canale 3 è l’uscita. (Si noti che lo zero per il canale 3 è in un punto inferiore sullo schermo rispetto allo zero per i canali 1 e 2)
Sebbene questo circuito sia configurato per funzionare su tensioni positive, adattarlo a tensioni negative comporta semplicemente l’inversione dei collegamenti del diodo e l’impostazione delle tensioni di alimentazione in modo appropriato.
Sebbene il circuito mostrato utilizzi un amplificatore operazionale Microchip MCP6V51/2/4, anche un’ampia scelta di amplificatori operazionali Microchip potrebbe essere ugualmente candidata. Le considerazioni da fare nella scelta includono:
1. Op amp Multipli, come quad, (e multipli di multipli a seconda del numero finale di linee).
2. Spesso la maggior parte delle applicazioni richiede un amplificatore operazionale con una gamma common-mode che includa una linea di alimentazione negativa dell’amplificatore operazionale, che di solito è messa a terra. In alcuni casi, potrebbe essere necessario un amplificatore con una gamma common-mode rail-to-rail.
3. Dovrebbe essere ovvio che i livelli del sensore o del segnale di ingresso, così come i requisiti del segnale di uscita, determinano quale deve essere la tensione nominale degli amplificatori operazionali.
4. La stabilità del guadagno unitario è essenziale per questo circuito. L’utilizzo con l’uscita in carichi capacitivi può richiedere una compensazione aggiuntiva per mantenere la stabilità.
Biografia dell’autore
Jerry Steele ha più di 30 anni di esperienza nell’elettronica analogica e di potenza, maturati in Apex, National Semiconductor, TI e ON Semiconductor. I ruoli ricoperti hanno spaziato da Ingegnere Applicativo a Ingegnere dello Sviluppo Strategico. Attualmente è Validation Engineer in Microchip.
