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Op-amp per la divisione di rail La tensione di ingresso del buffer op-amp proviene da un partitore resistivo impostato su VDD/2. Il partitore è disac- coppiato mediante C3 per stabilizzarlo contro il rumore o l’ondulazione su VDD (Fig. 1). L’aggiunta di R3 limita la cor- rente che scorre nel pin non invertente dell’amplificatore operazionale. Questa corrente può passare mentre la VDD aumenta o diminuisce ementre i condensatori C1, C2 e C3 si caricano o scaricano. L’uscita dell’amplificatore operazionale è quindi Vsplit = VDD/2. L’uscita del buffer deve essere dotata di disaccop- piamento capacitivo, come avviene solitamente con i rail di alimentazione. Tuttavia, la maggior parte degli op-amp diventa instabile anche in presenza di una capacità di cari- co di uscita pari a poche decine di picofarad, il che richiede l’adozione di ulteriori tecniche per renderli stabili. Pertanto, è opportuno scegliere un amplificatore operazio- nale che sia intrinsecamente stabile con capacità di carico in uscita illimitata. Per il progetto in questione viene uti- lizzato OPA994 , che rileva automaticamente la capacità di carico sulla sua uscita e ottimizza la compensazione inter- na per consentire l’uso di condensatori di elevata capacità in uscita. Inoltre, è in grado di mantenere l’uscita VDD/2 mentre eroga o assorbe carichi pari a decine di milliam- pere, come mostrato nelle curve del datasheet per diversi valori di VDD. Un valore sicuro per la corrente massima (erogata o assor- bita) è ±30 mA, tenuto conto degli effetti nel caso peggiore delle variazioni di temperatura e della tensione di alimen- tazione e indipendentemente dal fatto che il dispositivo stia fornendo o assorbendo corrente. È possibile aumentare questa corrente di ±30mA utilizzando le curve del datashe- et che corrispondono all’applicazione. Il rail splitter di OPA994 è stato simulato nel software di simulazione TINA-TI per verificare la stabilità della rispo- sta in frequenza di uscita. Il diagramma di Bode in figura 2 mostra una risposta stabile, con un margine di fase di 66,7 gradi a una frequenza di crossover di 16,65 kHz. Per ottene- Fig. 3 – La simulazione mostra come i transienti di carico vengo- no applicati all’uscita (Fonte: Texas Instruments) ANALOG OP-AMPS re tale risposta, OPA994 ha ridotto automaticamente la sua larghezza di banda da 18 MHz a 16,65 kHz. È stata eseguita una simulazione nel dominio del tempo dello schema di figura 1 in cui sono stati applicati dei tran- sitori di carico sull’uscita (Fig. 3). Ciò ha comportato la com- mutazione di un carico resistivo da 120Ω collegato tra Vsplit e 0 V. Il carico è stato applicato a t = 2 ms ed è stato rimosso a t = 6ms. Un secondo carico resistivo da 120Ω collegato tra VDD e Vsplit è stato inserito a t = 4 ms ed è stato rimosso a t = 8 ms. Per il carico da 120 Ω la tensione è di 2,5 V, mentre la corrente di carico transitoria è ≈ 21 mA. Lo scopo della simulazione era osservare la deviazione di tensione di Vsplit e di verificarne la stabilità, indicata da una risposta ben attenuata. Nella maggior parte delle applica- zioni, il transiente di carico sarà molto più piccolo; questa simulazione mostra quindi il caso peggiore. Come si nota, la risposta è ben attenuata. La deviazione dell’uscita è di 9 mV per uno step di carico di 21 mA (erogata o assorbita) e il tempo di recupero è di 0,37 ms. Amplificatore operazionale di riferimento In un’applicazione reale, il carico alimentato può essere spesso una catena di segnali di op-amp. Nella simulazio- ne TINA-TI mostrata in figura 4, l’op-amp OPA171 è riferi- to all’uscita di massa virtuale di Vsplit di OPA994. L’op-amp OPA171 è configurato come amplificatore invertente con un guadagno pari a –100. La tensione di ingresso (V IN ) a OPA171 è un’onda sinusoidale con picco di ±20mV, riferita anch’essa a Vsplit. L’output della simulazione (Fig. 5) mostra che OPA994 (ILO- AD) fornisce solo una piccola quantità di corrente (±20 μA) e che il disturbo sul rail Vsplit è trascurabile. La corrente di riposo dell’OPA171 è erogata da VDD a 0 V, e l’unica corrente erogata o assorbita dal rail diviso di OPA994 proviene dai se- gnali di ingresso e uscita riferiti a Vsplit. L’uscita di OPA171 è ±2 V ed è presente una componente di tensione di uscita aggiuntiva dovuta alla tensione di offset di ingresso dell’op-amp, moltiplicata per il suo guadagno di Fig. 4 – Questo schema mostra la simulazione della divisione del rail di OPA994 e dell’amplificatore invertente OPA171 (Fonte: Texas Instruments) ELETTRONICA OGGI 523 - GENNAIO/FEBBRAIO 2025 27