ANALISI COMPARATIVA DI SOLUZIONI CIRCUITALI ALTERNATIVE PER LA LETTURA DI SENSORI PIEZOELETTRICI

In this paper a preamplifier downstream of a resonant QTF at a frequency equal to 32.768 kHz was analyzed in order to carry out a comparative analysis of different circuit solutions. Several OPAMPs (OP27, OPA227, TL071 and OP42) in voltage and transimpedance technologies. In carrying out the various simulations, the “OrCAD PSpice” software was used, through which the circuit was implemented using a unitary internal QTF voltage. The data were extrapolated by evaluating the frequency of the peak of the signal-to-noise ratio (SNR) and of the peak of the ratio between the output voltage and the internal voltage of the QTF. The signal-to-noise ratio (SNR) found is similar between the various OPAMPs and being roughly the same between the two results, despite the different contribution of the noises. The latter is an important factor because it defines the detection sensitivity of al-enhanced photoacoustic spectroscopy (QEPAS) sensors. The bandwidth of each configuration under consideration was investigated and found that the resonant frequency of the QTF falls within the pass band, so that such a frequency will give the continuous gain. The noise contributions for each configuration were isolated and analyzed, evaluating which of them are prevalent.

In questo elaborato è stato analizzato un preamplificatore a valle di una QTF risonante ad una frequenza pari a 32.768 kHz al fine di effettuare un’analisi comparativa di diverse soluzioni circuitali. Sono stati valutati diversi OPAMP (OP27, OPA227, TL071 e OP42) nelle configurazioni in tensione e in transimpedenza. Nell’effettuare le varie simulazioni è stato utilizzato il software “OrCAD PSpice” attraverso il quale è stato implementato il circuito utilizzando una tensione interna del QTF unitaria. Sono stati estrapolati i dati valutando la frequenza del picco del rapporto segnale-rumore (SNR) e del picco del rapporto tra la tensione di uscita e la tensione interna del QTF. Il rapporto segnale-rumore (SNR) trovato è simile tra i vari OPAMP e risulta essere grossomodo uguale tra le due configurazioni, nonostante il diverso contributo dei rumori. Quest’ultimo è un fattore importante poiché definisce la sensibilità di rilevamento dei sensori di spettroscopia fotoacustica potenziata al quarzo (QEPAS). È stata studiata la larghezza di banda di ogni configurazione in esame ed è stato constatato che la frequenza di risonanza del QTF ricade nella banda passante, per cui a tale frequenza si otterrà il guadagno in continua. Sono stati isolati e analizzati i contributi di rumore per ogni configurazione, valutando quali di essi siano prevalenti.