EO_500

ELETTRONICA OGGI 500 - MARZO 2022 27 ANALOG OP AMPS Applicazioni alimentate a batteria Molti dei sensori e dei dispositivi intelligenti odierni sono alimentati da batterie con tensioni dei terminali che degradano rispetto alla loro tensione nominale quando si scaricano. Ad esempio, una singola batteria alcalina AA ha un potenziale nominale di 1,5 V. Quando viene misurata per la prima volta senza carico, la tensione effettiva del terminale potrebbe essere più vicina a 1,6 V. Amano amano che la batteria si scarica, questa tensione del terminale scende a 1,2 V e oltre. La progettazione con un amplificatore operazionale in grado di operare fino a 1,2 V, anziché con un amplificatore operazionale ad alta tensione, offre questi vantaggi: • Il circuito ad amplificatore operazionale continuerà a funzionare più a lungo, anche quando la batteria si avvicinerà alla fine del suo ciclo di carica e la sua tensione sui terminali diminuirà. • Il circuito ad amplificatore operazionale può funzionare con una batteria da 1,5 V, anziché richiedere due batterie per creare un rail da 3 V. Per capire il motivo per cui un amplificatore operazionale a bassa tensione può portare ad una maggiore durata di una batteria, è possibile considerare il grafico di scarica della batteria mostrato nella figura 1. In genere, le batterie hanno cicli di scarica simili a questa curva. La tensione del terminale della batteria parte vicino al suo valore nominale. A mano a mano che la batteria si scarica con il passare del tempo, la tensione del terminale diminuisce gradualmente. Quando la batteria si avvicina alla fine della sua carica, la tensione sui terminali della batteria diminuisce rapidamente. Se il circuito ad amplificatore operazionale è progettato per funzionare solo con una tensione vicina alla tensione nominale della batteria, come V 1 , il tempo di funzionamento del circuito, t 1 , sarà breve. Tuttavia, utilizzando un amplificatore operazionale in grado di funzionare ad una tensione leggermente inferiore, come V 2 , si prolunga notevolmente la durata d’esercizio Fig. 1 – Curva di scarica tipica di una batteria a cella singola della batteria, t 2 . Questo effetto varia in base al tipo di batteria, al carico della batteria e ad altri fattori. Tuttavia, è chiaro come un amplificatore operazionale da 1,2 V come il TLV9042 sia in grado di ottenere una maggiore durata da una singola batteria AA da 1,5 V rispetto ad un amplificatore operazionale da 1,5 V. Livelli logici digitali a bassa tensione Le applicazioni che utilizzano rail a bassa tensione per circuiti sia digitali sia analogici possono trarre vantaggio anche da amplificatori operazionali a bassa potenza con funzionalità di bassa tensione di alimentazione. La logica digitale presenta livelli di tensione standard da 5 V a 1,8 V e inferiori (Fig. 2). Come nel caso dei circuiti ad amplificatore operazionale, la logica digitale aumenta la sua efficienza energetica a tensioni più basse. Pertanto, risulta spesso preferibile un livello di logica digitale più basso. Per semplificare il processo di progettazione, è possibile scegliere di utilizzare gli stessi livelli di tensione di alimentazione per i circuiti sia analogici che digitali. In questo caso, può risultare vantaggioso disporre di un amplificatore operazionaleconcapacitàper1,8V,comel’OPA391abandalarga e adaltaprecisione o il TLV9001, dai costi ottimizzati. Per far sì che il progetto di un rail digitale potenziale da 1,2 V sia pronto ad affrontare il futuro, il TLV9042 potrebbe essere la scelta più adatta. Se si sceglie questo approccio, è bene assicurarsi di eliminare qualsiasi rumore che potrebbe penetrare nei pin di alimentazione dei dispositivi analogici dai circuiti digitali. In questo articolo sono state trattate le applicazioni in cui gli amplificatori operazionali a bassa potenza con funzionalità di alimentazione a bassa tensione possono portare ulteriori vantaggi. Nella prossima puntata di questa serie scopriremo come utilizzare gli amplificatori operazionali con circuiti di spegnimento per risparmiare energia. Fig. 2 – Livelli logici standard RISORSE SUPPLEMENTARI Video: TI Precision Labs - Amplificatori operazionali, Limiti di ingresso e uscita - Oscillazione di uscita . Per ulteriori informazioni sulla progettazione di un circuito analogico per un sistema digitale da 1,8 V è disponibile il rapporto applicativo Semplificazione della progettazione con mux e interruttori logici a 1,8 V .