Riassunto esame Elettronica analogica, Prof. Zullo Alberto, libro consigliato Circuiti per la microelettronica , Sedra Smith

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20 log dB

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N.B. Avere un guadagno negativo non è una cosa negativa, si tratta di uno sfasamento aggiuntivo

(180°).

Saturazione sull’amplificatore

Nella realtà la caratteristica di trasferimento di un amplificatore rimane lineare solo per un

intervallo, limitato dalle tensioni di ingresso e uscita: non può essere superiore al limite positivo e

inferiore al limite negativo, detti saturazione.

Per evitare distorsioni delle forme d’onda del segnale in

uscita, il segnale d’ingresso deve essere compreso

nell’intervallo lineare di funzionamento:

− +

< <

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Modello di amplificatore di tensione

È costituito da:

• ( )

Generatore di tensione controllato in tensione

• Resistenza d’ingresso Ri (tiene conto che l’amplificatore assorbe corrente dal generatore di segnale)

• Resistenza d’uscita Ro (per variazioni di tensione in uscita quando c’è un carico).

Al modello è stato accoppiato un generatore vs ed un carico RL:

= [ ]

+

Il guadagno di tensione è quindi:

= =

+

(

≪ = )

Se allora

In modo analogo si introduce un nuovo partitore per la Ri:

=

+

≫

Quindi una Ri ideale è

Il guadagno complessivo:

= =

+ +

= = ∞ = 0

Idealmente

Modello di amplificatore di corrente

=

+

=

+

= 0 = ∞

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Modello di amplificatore trans-conduttanza

= = 0

= ∞ = ∞

Modello di amplificatore trans-resistenza

= = 0

= 0 = 0

•

=

Amplificatore tensione -> corrente:

• =

Amplificatore tensione -> trans-conduttanza:

•

=

Amplificatore tensione -> trans-resistenza:

Buffer o inseguitore di tensione/corrente

È un amplificatore con guadagno unitario e fornisce buoni parametri per le resistenze di ingresso e uscita.

Reti STC (Single time costant)

Sono composte da una resistenza e da una componente reattiva (es. il condensatore).

Le reti STC sono di tipo:

• Passa-alto 1

= = = →

0

1

1 + +

0

+

• Passa-basso 1

1 1 1

= = = →

0

1

1 +

+ 1 +

0

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Amplificatore operazionale

È un componente elettronico (blocco circuitale elementare) e serve per svolgere operazioni matematiche

tra i segnali (somma, differenza, integrale, derivata ecc.) e non solo (filtri e generatori).

+ −

( )

= −

L’amplificatore operazionale ideale ha:

• Resistenza d’ingresso infinita e non assorbe le correnti in ingresso

• Reiezione (capacità di un circuito di rigettare qualcosa) un segnale di modo comune

• Guadagno sull’anello aperto infinito (quindi si satura e allora conviene sempre usare il circuito ad

anello chiuso con retroazione negativa).

Configurazione invertente

Invertente perché l’uscita è sfasata di 180° e la tensione di ingresso viene applicata al morsetto invertente.

È costituito da un amplificatore operazionale e due resistori

R1 e R2:

R2 è collegato al terminale d’uscita, applica una retroazione

negativa.

Il terminale non invertente è collegato a massa.

R1 è collegato tra il segnale di ingresso e il terminale

invertente.

• = ∞, = ∞, = 0

Se

( )

= − → = − = 0 → = = 0

2 1 2 1 1 2

=

1

= − = −

2 2

1

2

= =—

1

• ≠ ∞

Se

2

−

1

=

1

2

1 + (1 + )

1

7

Configurazione non invertente

Questa volta la tensione in ingresso è applicata al morsetto non invertente.

• = ∞ → . .

Se −

=

1

− = − =

2 2

1

2 2

= + = (1 + )

1 1

2

= =1+

1

• ≠ ∞

Se

2

1 +

1

=

1

2

1 + (1 + )

1

Circuito sommatore

È un circuito in configurazione invertente con più segnali di ingresso ognuno applicato ad una resistenza e

collegati al terminale invertente. È inoltre presente una resistenza di retroazione negativa Rf.

= − = − ∑ ( )

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A.O. come operatori di differenza

Un amplificatore differenziale risponde alle differenze dei due segnali applicati in ingresso.

( )

Idealmente amplificherà solo il segnale di ingresso differenziale e rigetterà il segnale di modo comune

( ).

= −

2 1

+

1 2

=

2

Amplificatore differenziale a singolo stadio

Un buon a.o. differenziale ha un’uscita proporzionale agli ingressi.

Si risolve applicando la sovrapposizione degli effetti:

2 4 2

‘ = − ‘’ = (1 + )

1 2

+

1 3 4 1

Quindi vo sarà dato dalla somma dei due contributi.

= =

In particolare se 1 3 2 4

2 ( )

= − =

2 1

1

4

= ’ =

+

4 3

4 2 3

= −

+ +

4 3 1 4 3

4 2 3

= =( ) (1 − )

+

4 3 1 4

= = → = 0

In particolare se 1 3 2 4

2

=

Quindi si ottiene un buon amplificatore differenziale con guadagno differenziale e di modo comune

1

= 0.

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Amplificatore per strumentazione

È un circuito costituito da un amplificatore differenziale con tre operazionali.

2

(1 + )

Il nodo A ha potenziale: 1

1

2

(1 + )

Il nodo B ha potenziale: 2

1

4 2

= (1 + )

3 1

2 4

= (1 + )( )

1 3

A.O. come passa-basso (integratore) 1

= =

1 2 1

2

() = =− =−

1

() ()

()

= = −

1

() ()

= − ∫

A.O. come passa-alto (derivatore) 1

= =

1 2

2

() = = − = −

1 ()

()

=

()

() ()

= − = −

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Diodo

Esistono particolari funzioni che richiedono dispositivi non lineari.

Il diodo è l’elemento circuitale fondamentale nei sistemi NL.

• Caratteristiche diodo ideale: Costituito da due terminali:

Anodo (positivo)

Catodo (negativo)

= 0 < 0

= 0 > 0

• Caratterizzazione diodo reale: Esistono tre regioni:

1. Regione di polarizzazione diretta v>0

2. Regione di polarizzazione inversa v<0

3. Regione di rottura o breakdown v<vzk

1. Diretta

= ( − 1)

Con Is (corrente di scalo), n(costante carattestica di solito 1), VT (tensione termica di solito 2,5 mV).

=

Un diodo in conduzione (da 0.5 a 0.7) ha un valore di corrente pari:

= ln (1 + )

E si ricava che:

2. Inversa

La corrente è molto vicino allo 0.

3. Breakdown

Scorre corrente negativa molto grande. Qui lavorano i diodi Zener.

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Diodo in un circuito −

= =

Si può risolvere in forma grafica o iterativa ma non è il modo più

corretto, infatti conviene approssimare a vD = 0.7 V.

Modello per piccoli segnali del diodo

() ()

= +

= ≃ (1 + )

Regolatore di tensione

Esistono applicazioni dove vengono applicate sia tensioni in continua ch