Fondamenti di elettronica

Fondamenti di elettronica

Elettronica analogica = amplificazione di segnali (tensioni/correnti).

Due possibili rappresentazioni di un generatore di segnale in forma di Thevenin e Norton.

Arbitrario segnale di tensione V_s(t) continuo nel tempo e nei valori.

Dal momento che i trasduttori forniscono segnali molto "piccoli" (µV, mV) è necessario amplificare questi ultimi per poterli elaborare.

A_v = V_OUT/V_IN Guadagno di tensione.

Un amplificatore, a differenza di un trasformatore, aumenta la potenza del segnale.

Da A_v dipende la pendenza della retta.

Dal momento che l'energia trasferita al carico è maggiore di quella assorbita dal generatore (P_OUT > P_IN) è naturale chiedersi da dove provenga questa energia aggiuntiva.

Per funzionare, gli amplificatori sono alimentati in continua.

Amplificatore con alimentazione duale.

Fondamenti di elettronica

Elettronica analogica → amplificazione di segnali (tensioni/correnti).

Due possibili rappresentazioni di un generatore di segnali in forma di Thevenin e Norton.

Arbitrario segnale di tensione V_s(t) continuo nel tempo e nei valori.

Dal momento che i trasduttori forniscono segnali molto "piccoli" (μV, uV) è necessario amplificare questi ultimi per poterli elaborare.

A_v = V_OUT/V_IN Guadagno di tensione.

Un amplificatore, a differenza di un trasformatore, aumenta la potenza del segnale.

Da A_v dipende la pendenza della retta.

Dal momento che l'energia trasferita al carico è maggiore di quella assorbita dal generatore (P_OUT > P_IN) è naturale chiedersi da dove provenga questa energia addizionale. Per funzionare, gli amplificatori sono alimentati in continua.

Amplificatore con alimentazione duale.

Caratteristica di trasferimento

La caratteristica di trasferimento di un amp. rimane lineare solo per un limitato intervallo di V_out e V_in.

Per un amp. alimentato da due generatori, la tensione di uscita non può superare uno specifico limite positivo e non può scendere al di sotto di uno specifico limite negativo.

Per evitare che il segnale di uscita venga distorto, V_in deve essere mantenuto all'interno dell'intervallo di funzionamento lineare.

V_out V_sat + picchi del segnale di uscita tagliati a causa della saturazione segnale di uscita segnale di ingresso V_sat.

Nel caso di amp. a singola alimentazione → V_sat- = 0.

Amplificatore di tensione

A_V = V_out → V_in = R_IN V_IN = V_out = guadagno a vuoto (senza carico).

Ne segue che per fare in modo che il guadagno non venga ridotto, R_out ≪ R_L.

A causa del carico.

Diodi

Sono i più semplici e fondamentali elementi di un circuito non lineare. È un componente a due terminali (come le resistenze) ma presenta una caratteristica i-v non lineare. Sono utilizzati nel progetto di raddrizzatori (convertitori ac-bc).

I_D = I_S [exp (V_D/N. V_TH) - 1] (per polarizzazione diretta).

Il “-1” giustifica che per V_D = 0, I_D = 0 (per pol. diretta diventa trascurabile).

Relazione I-V su scala logaritmica.

I₁ = I_S [exp (V₁/V_TH) - 1]

I₂ = I_S [exp (V₂/V_TH) - 1]

I₂/I₁ = exp ((V₂ - V₁)/V_TH)

Supponiamo che I₂/I₁ = 10: 10 = exp ((V₂ - V₁)/V_TH) → V₂ - V₁ = V_TH · ln 10 = 60 mV.

Caso polarizzazione diretta: Diodo come generatore di tensione.

Caso polarizzazione inversa: Diodo come circuito aperto I ≃ ∅.

Modello ideale diodo: eliminazione della soglia. Questo permette spesso (in) circuiti a 15 o 30 V e i 0,7 V che attivano il diodo diventano trascurabili.

Modello ideale.

Circuiti con diodi + altre componenti

1^o caso

V₁ = 100 V R = 10 kΩ.

Dato V₁ >> 0,7 posso ipotizzare che il diodo sia acceso e che si comporti come un cortocircuito.

I₁ = V₁/R = +10 mA.

Siccome I >> allora il verso della corrente è corretto (il può passare dal diodo solo in quel verso).

2^o caso

V₂ = -100 V R = 10 kΩ.

Come prima ipotizzo che il diodo sia acceso (cortocircuito).

I₂ = V₂/R = -10 mA.

Il risultato non è accettabile in quanto da modello I₂ non può passare in quel verso: ipotesi sbagliata.

Ipotizziamo allora che il diodo sia spento: circuito aperto.

Il diodo blocca il passaggio di corrente, no caduta di potenziale sulla resistenza.

Esercizio: V₁ = 15 V &ems