Studio teorico e realizzazione pratica di un amplificatore di carica per misure piezoelettriche

Le misure piezoelettriche consentono di sfruttare la caratteristica tipica di alcuni materiali cristallini (effetto piezoelettrico), di generare cariche elettriche se sottoposti a deformazione meccanica; da qui l’esigenza di uno specifico circuito per l’acquisizione ed il condizionamento del segnale (amplificatore di carica). Lo scopo dell’elaborato è lo studio teorico di un amplificatore di carica in configurazione Charge Mode per sensori di pressioni piezoelettrici e, in base a questo, la realizzazione di un prototipo. Per testare l’amplificatore è stato utilizzato il sensore di pressione 2200C1 (Dytran Instruments, Inc.). La realizzazione del prototipo è stata preceduta da una fase di simulazione in ambiente SPICE con il software NI Multisim (National Instruments) supponendo inizialmente ideale l’amplificatore operazionale (Op-amp) e successivamente passando ad una configurazione reale. Quest’ultima ha richiesto l’introduzione di una serie di parametri reali dell’amplificatore operazionale, quali le correnti di polarizzazione e la tensione di offset in ingresso, da cui è emerso come questi determinino una tensione di offset additiva in uscita. Lo studio ha portato alla scelta dell’Op-amp TLV2772 (Texas Instruments), successivamente introdotto in fase di simulazione. L’amplificatore di carica è stato interfacciato direttamente ad un computer attraverso la scheda di acquisizione dati NI myDAQ (National Instruments), ed i risultati elaborati con il software NI labVIEW (National Instruments). E’ stata valutata la risposta in frequenza ed, in seguito, la risposta ad un gradino di pressione applicato al sensore piezoelettrico. E’ stata misurata la costante di tempo del circuito sia osservando i diagrammi di Bode nel dominio delle frequenze, sia attraverso la misura del tempo di salita nel dominio dei tempi (utilizzando un apposito codice realizzato in ambiente NI labVIEW). I risultati sperimentali ottenuti sono in accordo con quelli stimati in fase di simulazione.