Elettronica - Appunti Completi

Introduzione all'Elettronica

I Segnali

Portano informazioni su vari fenomeni che si svolgono nel mondo fisico. Per estrarre le informazioni che ci interessano, occorre l'uso dell'elaborazione del segnale.

Facendo ciò, è possibile utilizzare sistemi elettronici. I segnali devono essere prima convertiti in segnali elettrici mediante trasduttori.

Ingresso → Sensori (fisico → elettrico) → P/D → Elaborazione (estrazione e gestione) → Convertitore (d/a → elettrico) → Uscita → DHA

Nota: in questo punto supponiamo che le grandezze che ci interessano esistano già come segnali elettrici. I trasduttori non sono oggetto di studio in questo corso.

I segnali elettrici possono essere rappresentati mediante un generatore di tensione (teorema di Thevenin) o mediante un generatore di corrente (teorema di Norton).

• A seconda se il segnale fisico sia trasformato in una tensione o in una corrente:

Segnale Puro: La tensione e la corrente mediante cui si rappresenta il segnale fisico variano nel tempo in maniera sinusoidale.

• ^β = ¹/_π

Segnale Non Puro: Segnali spuri con i quali si può o che possa esserci.

SPETTRO IN FREQUENZA DI UN SEGNALE

Un segnale quindi può essere rappresentato mediante il suo spettro in frequenza una tale descritture del segnale viene ottenuta mediante la SERIE DI FOURIER e la TRASFORMATA DI FOURIER che forniscono il modo di rappresentare segnali che variano di un descrivere come somma di segnali sinusoidali di differenti frequenze e ampiezze. Un segnale per essere rappresentato come somma di sinuoidi periodiche (serie di Fourier) è un SEGNALE PERIODICO e possiamo individuare una precisa T.

SEGNALE SINUSOIDALE

Va(t)= V_a sin ωt

Le serie di Fourier permette di esprimere ogni dato funzioni periodica come somma di un numero finito di sinusoidi le cui frequenze differiscono per multipli interi di una frequenza f₀. f₀ = FREQUENZA FONDAMENTALE

f(t) = c₀ + ∑_n=1^∞[c_ncos(nωt)+ S_nsin(nωt)] ^{^}

V(t) = ^4V/_π[(sin ωt + ¹/₃ sin3ωt + ¹/₅ sin5ωt...)]

Dato che l'ampiezza delle varie armoniche diminuise progressivamente, ed inoltre è impossibile utilizzare infinite frequenze per rappresentano un segnale, le serie può essere troncata, fornendo così un approssimazione dell'onde quadre (non esattamente il segnale iniziale)

Teorema di Thevenin

Se prendo una rete formata solo da bipoli lineari posso simulare il comportamento al carico del circuito con una serie di un generatore di tensione con un resistore. L’algebra di generatore di tensione totale.

Nell’ideale il generatore di tensione fornisce un tensione costantemente indipendente da qualunque carico con cui è connesso, in realtà è un minima porzione auto di carico prevede carico.

Generatore reale di tensione

Paravole in uscita col generatore di tensione completo e Rs=0 → sincronia

Teorico il circuito equivalente:

• V_eq

  • Tensione che legge il CCP del totale della circuitazione di volta
  • I₁=I₂+I₀
  • VR₂=I₂R₂=I₀R₃V_eq
  • V_a=I₄R₄=I₂R₂

• R_eq

  • Per il circuito similare al generatore di corrente
  • Resistenza di equivolto – di tensione
  • (V_x si sposta verso Rx e R_a)
  • Corto circuito – anello al generatore di tensione
  • Circuito aperto - anello al generatore di corrente

• Deteminato da resistenza equivalente di tensione

I = V_a:R_s + R

Se una rete contiene solo bipoli lineari, allora la sua funzione di trasferimento è lineare.

Il segnale in ingresso può essere scomposto come somma di segnali con un finito numero di frequenze. Il segnale di uscita sarà composto dall'amplificazione di ciascuna di queste con un ampiezza e segnale iniziale proporzionalmente della frequenza.

Uguale al segnale di ingresso, ma amplificato.

(No DISTORSIONI)

(Stesso forma del segnale).

Nel caso in cui ho in cavo formato da componenti lineari qualsiasi segnale in ingresso viene trattato allo stesso modo indipendentemente dalla sua frequenza. Lo stesso non avviene se nella rete sono presenti componenti non lineari.

Frequenze che sembrano vicine al segnale iniziale non verranno trattati allo stesso modo (distorsione).

V = L di/dt

INDUTTANZA

Anche nell'induttore le variazioni di tensione dipendono della frequenza del segnale che circola.

Se ho una corrente costante, qualunque sia il suo valore, il potenziale è zero.

Se ho una variazione infinita della corrente, V = ∞

Filtro Passa-Basso

V_OUT = V_C

non vede le variazioni istantanee di V_IN

V(t) = V(∞) - [V(∞) - V(t₀)] e^-t/τ

In uscita (V_OUT) vedo solo i valori della tensione costante di V_IN, non vedo le variazioni istantanee.

vedo solo le componenti a bassa frequenza

Filtro Passa-Alto

V_OUT = V_R

vedo solo le variazioni istantanee di V_IN

V_IN = V_R + V_C ⇒ V_R = V_IN - V_C

In uscita (V_OUT) vedo solo le transizioni istantanee, non ci sono livelli di tensione continua.

vedo solo le componenti ad alta frequenza

Dato che l'energia trasferita al carico R_L è maggiore di quella assorbita dal generatore di segnale, è naturale chiedersi da dove viene presa l'energia addizionale trasportata al carico.

Gli amplificatori, per funzionare, devono essere alimentati con generatori in continua, detti alimentatori.

P_dc = V₁I₁ + V₂I₂

Potenza fornita dall'alimentatore

P_dc + P_i = P_L + P_diss

Potenza assorbita dalla corrente di segnale

η = ^P_L/_Pdc × 100

Efficienza dell'amplificatore

Allo scopo di semplificare gli schemi circuitali verranno mostrate esplicitamente le connessioni tra gli amplificatori e i relativi alimentatori.

Amplificatore di Corrente

Accetta in ingresso un segnale in corrente e in uscita ha una corrente.

Questo circuito è equivalente e valido se l'amplificatore lavora nella sua zona di linearità.

Possono essere progettati R_i e R_o. Tutti gli altri parametri dipendono da situazioni esterne non controllabili.

Devo fare che I_IN sia il più possibile uguale a I_sorg, e I_O a A_I I_IN.

I_IN = I_sorg R_P R_P + R_I

R_I = ∅

I_O = A_I I_IN R_O = ∞

A_I = Guadagno di corrente in cortocircuito (R_L = ∅)

Amplificatore di Transconduttanza

In ingresso ho una tensione e in uscita una corrente.

G_m = i_o / v_i    I_i0 = 0

Transconduttanza di cortocircuito (R_L = ∅)

V_sorg = V_i    R_I = ∞

I_o = G_m V_i    R_o = ∞