SisElnB2 23/02/ /02/ SisElnB DDC DEVIATORE DI ANTENNA. 23/02/ SisElnB DDC. 23/02/ SisElnB DDC.

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1 SisElnB2 23/2/27 Ingegneria dell Informazione Obieivi del gruppo di lezioni B Modulo SISTEMI ELETTONICI B - AMPLIFICATOI E DOPPI BIPOLI B.2 - Tipologie di amplificaori» Comporameno dinamico di amplificaori» isposa in frequenza e al ransiorio» Amplificaori a larga banda e accordai» Caene di moduli analogici Moduli di amplificazione e analogici in genere: Cosa è un amplificaore (concei di guadagno, banda, impedenza di ingresso e di uscia, rendimeno); Tipi di amplificaore (ensione, correne, a larga banda, accordai, filri); Modelli di amplificaori e limii dei modelli lineari; Analisi del comporameno dinamico, in empo e in frequenza; Alri moduli analogici (cenni) ilevare caraerisiche di amplificaori con srumeni base di laboraorio; Confronare i risulai ricavai da analisi di circuii, simulazioni PSPICE, misure sperimenali; 23/2/27 - SisElnB2-27 DDC 23/2/27-2 SisElnB2-27 DDC Conenui di quesa lezione (B2) Diverso scopo degli amplificaori Vari ipi di amplificaori, disini in base al comporameno in frequenza (AC e DC, banda larga, accordai, ); isposa in frequenza e al ransiorio dovua a elemeni reaivi eserni; Conceo di separabilà delle cosani di empo Definizione e analisi di amplificaori accordai; Come passare da ree con generaori piloai a doppio bipolo, e da caena di amplificaori a unico doppio bipolo, anche per rei con elemeni reaivi. (Generalizzazione a Z di quano già viso solo con ). DEVIATOE DI ANTENNA CATENA TX ALIMENTAZIONE ICEVITOE DEMODULATOE MODULATOE CONTOLLO POTENZA CATENA X OSCILLATOI X E TX A/D D/A MICOP. DSP, MEM TASDUTTOI: AP, MK, TASTIEA, DISPLAY 23/2/27-3 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-4 SisElnB2-27 DDC Comporameno dinamico ichiami su analisi in e f Analisi del comporameno di un amplificaore per segnali di ingresso variabili nel empo diverse frequenze di segnale all ingresso (Bode) segnali variabili qualsiasi (ransiorio, risposa al gradino) ispeo all analisi precedene occorre ener cono dei parameri reaivi (componeni C e L) passare da a Z: i Zi, u Zu Per ogni amplificaore, due puni di visa : comporameno in frequenza (f, ) guadagno Av(): diagramma di Bode (modulo) comporameno nel empo () ensione di uscia (): risposa al ransiorio (gradino) Analisi in frequenza (ingresso sinusoidale) Comporameno asinoico, per,» comporameno in banda passane e agli asinoi» diagramma di Bode quoao in ordinaa Idenificare le posizioni precise di poli e zeri» ricavare le funzioni di ree» racciare il diagramma di Bode quoao in ascissa (f, ) Analisi nel empo (ingresso a gradino, I ordine) Comporameno asinoico» per (condensaori in CC) e (condensaori aperi) Comporameno in ransiorio» cosane di empo τ, diagramma V() quoao su asse 23/2/27-5 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-6 SisElnB2-27 DDC Page 27 DDC

2 SisElnB2 23/2/27 Celle del I ordine Passa Alo - Celle del I ordine Passa Alo - 2 Cella C Passa Alo. µf Cella C Passa Alo. µf isposa in frequenza: sc V + sc + sc sτ C τ; V sτ + con i valori indicai: 3 V j 3 j 3 + j V V eff V 2/V -2-4 kω V 2 () 3 4 isposa nel empo: ( ) + VB e τ ; ( ) ; ( ) + VB con i valori indicai: ; () ; () + VB V τ µ F k Ω ms 3 () e V V V 2 (V) kω V 2 () (ms) 23/2/27-7 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-8 SisElnB2-27 DDC Procedure per risoluzione di circuii Effeo di una cella passa-alo racciare il circuio equivalene da uilizzare idenificare cosa è noo e cosa deve essere calcolao assegnare nomi simbolici agli elemeni della ree risolvere la ree algebricamene (meodi di eleroecnica) verifiche dimensionali e valori ai limii (parameri, ) sosiuire le variabili algebriche con grandezze fisiche e relaivi valori (possibile uleriore verifica dimensionale) Cella C Passa Alo nella maglia di ingresso C V A V i u per il comporameno dinamico verificare:» comporameno in frequenza agli esremi (, ),» andameno qualiaivo del diagramma di Bode,» comporameno in banda passane (o agli asinoi),» idenificare le posizioni precise di poli e zeri» risposa al gradino per (cond. CC) e (cond. aperi). Sosiuire C l amplificaore U con il I circuio equivalene V A V V V G 23/2/27-9 SisElnB2-27 DDC 23/2/27 - SisElnB2-27 DDC Analisi in frequenza di cella passaalo Analisi nel empo di cella passa-alo Analisi in frequenza /V A A ( ) A () C U I V A V V V G Nel condensaore non passa la DC passa il gradino (componeni A.F.) C U I V A V V V G Bode zero nell origine (no DC) polo a /τ V / -2-2 Asinoi V ( ) V () raccordo esponenziale V -4 P τ 23/2/27 - SisElnB2-27 DDC 23/2/27-2 SisElnB2-27 DDC Page 2 27 DDC 2

3 SisElnB2 23/2/27 Cella passa-alo: analisi e F Effeo di cella passa-alo - 3 Comporameno in empo e in frequenza V C / V +2-2 Il condensaore blocca la componene coninua (DC) la DC del segnale di uscia (valor medio) divena indipendene da quella del segnale di ingresso. V A V C V 2-2 V V τ P V 2 (DC) V A V 2 (DC) V 23/2/27-3 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-4 SisElnB2-27 DDC Celle del I ordine Passa Basso Effeo di cella passa-basso Cella C Passa Basso. isposa in frequenza: isposa nel empo: V sc V sc + + sc C τ; V sτ + V ( ) τ 2 + VBe ; ( ) V( ) Vr ; ( ) ; VB VA V ( ) ( τ 2 Vr e ) C V 2 () /V -2-4 (V) 3 4 (ms) Cella C Passa Basso inseria nella maglia di uscia di amplificaore isoluzione con richiami su risposa T e F di C passa basso soluzione numerica: τ Av (per ) G generaore G kω generaore V A V i u i kω C u Ω V V C carico I 2 V C V C C 2kΩ C 47 pf 23/2/27-5 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-6 SisElnB2-27 DDC Analisi di rei C: corrispondenza -f Dove si vede la cosane di empo Il frone del gradino ha componeni sperali a frequenza elevaa per f e in corrispondenza del gradino ( ):» Z(C) (corocircuio), Z(L) (circuio apero) A ransiorio esaurio il gradino è una coninua per f e a regime ( ):» Z(C) (circuio apero), Z(L) (corocircuio), Nel ransiorio (empi inermedi) I ordine (C o L): esponenziale Per τ, v() al 63% della variazione oale V()-V( ) racciare disegni in scala: τ per V(),63 V( ) misurare τ da v() τ valore di per cui V() 63% V( ) V( ) V,63 V( ) V,63 V( ) V τ II ordine (LC): sinusoide smorzaa o esponenziale τ 23/2/27-7 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-8 SisElnB2-27 DDC Page 3 27 DDC 3

4 SisElnB2 23/2/27 Esempio: celle PB e PA Combinazione di celle PB e PA Gruppi C PA all ingresso e PB in uscia PA: maglia G, C, I PB: maglia U, C 2, L Polo :, risposa passa alo» frequenza di aglio inferiore f /2π Polo 2: 2, risposa passa basso» frequenza di aglio superiore f 2 2 /2π Da a 2 : banda passane B C G V A V i u C 2 L V U V C / B 2 23/2/27-9 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-2 SisElnB2-27 DDC Esercizio : celle PB e PA Esercizio - risoluzione T Celle C PB all ingresso e PA in uscia risoluzione: calcolo di V C / in T e F G V C V 2 Av V 2 V 3 C2 2 V C Per τ, l esponenziale è al 63% del valore finale permee di racciare disegni in scala: τ per V(),63 V( ) Permee di misurare τ da v() τ valore di per cui V() 63% V( ) V( ) V,63 V( ) 5 5 τ (µs) g 6 Ω kω 2,2 kω V C (V) V,63 V C (V) V,63 C 22 pf C2 3,3 µf Av 5 23/2/27-2 SisElnB2-27 DDC 5 5 (µs) 5 5 (ms) τ τ 23/2/27-22 SisElnB2-27 DDC isoluzione in empo e in frequenza VC (V) (µs) VC (V) Combinazione di celle PB e PA V C / 4. 5 rad/s) (ms) ATTENZIONE! Le scale dei empi sono diverse! Combinazione di due ransiori: passa alo: Cosane di empo lunga (τ), associaa al polo p (bassa); passa basso: Cosane di empo breve (τ2), associaa al polo p2 (ala); La risposa osservaa dipende dalla scala dei empi! EspPasAl23.MOV EspPasBas22.MOV Esercizio - risposa al gradino VC (V) V,63 τ2 5 5 (ms) τ ms/div µs/div 23/2/27-23 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-24 SisElnB2-27 DDC Page 4 27 DDC 4

5 SisElnB2 23/2/27 Separabilià delle cosani di empo Amplificaore audio In alcuni casi è possibile calcolare separaamene la risposa di ogni singola cella. ) Maglie indipendeni (esempio precedene) 2) poli molo disani (> 3 dec) usare con cauela!! V 2 C 2 C C 2 C 2 V ICEVITOE L amplificaore del segnale audio DEVIATOE DI DEMODULATOE verso l aloparlanea/d deveantenna raare le frequenze audio, senza inrodurre D/A disorsione: CATENA X - amplificare nel campo di frequenze audio (per la elefonia circa 3 Hz - 3 khz OSCILLATOI ) X E TX - avere una poenza di uscia media ( - 5 mw) - avere bassa disorsione MODULATOE (per non peggiorare la qualià del segnale) MICOP. DSP, MEM CONTOLLO >>>>>> CATENA AMPLIFICATOE POTENZA TX A LAGA BANDA (AUDIO) TASDUTTOI: AP, MK, ALIMENTAZIONE TASTIEA, DISPLAY 23/2/27-25 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-26 SisElnB2-27 DDC Conenui di quesa lezione Amplificaore di poenza F Vari ipi di amplificaori, disini in base al comporameno in frequenza (AC e DC, banda larga, accordai, ); isposa in frequenza e al ransiorio dovua a elemeni reaivi eserni; Conceo di separabilà delle cosani di empo Definizione e analisi di amplificaori accordai; Come passare da ree con generaori piloai a doppio bipolo, e da caena di amplificaori a unico doppio bipolo, anche per rei con elemeni reaivi. (Generalizzazione a Z di quano già viso solo con ). DEVIATOE DI ANTENNA CATENA TX L amplificaore di uscia del rasmeiore deve fornireicevitoe poenza a radiofrequenza: A/D MICOP. DEMODULATOE DSP, - amplificare un risreo campo D/A di frequenze MEM (8-9 MHz, CATENA oppurex,8-,9 GHz) - avere una discrea poenza di uscia (conrollabile, OSCILLATOI da pochi mw a 2,5 W) X E TX - avere un alo rendimeno (per limiare il consumo della baeria e le MODULATOE perdie in calore) >>>> AMPLIFICATOE ACCODATO CONTOLLO POTENZA TASDUTTOI: AP, MK, ALIMENTAZIONE TASTIEA, DISPLAY 23/2/27-27 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-28 SisElnB2-27 DDC ichiami su celle del II ordine Amplificaore con cella LC - Circuii del II ordine: due ipi di elemeni reaivi (L, C) nella sessa maglia (L oppure C + elemeno aivo) Parameri Frequenza di risonanza n smorzameno ξ o faore di Qualià Q fd con denominaore a radici complesse Schema (molo) semplificao dell amplificaore F di ingresso. Amplificaore con uscia in correne e carico LC parallelo. g5 Ω mv. f variabile circuio equivalene dell anenna Vi AI i Gu 5 pf 2 µh isposa in frequenza isposa al gradino Gm Vs Zc Ineressa la risposa in frequenza, non al gradino 23/2/27-29 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-3 SisElnB2-27 DDC Page 5 27 DDC 5

6 SisElnB2 23/2/27 Amplificaore con cella LC - 2 Amplificaore con cella LC - 3 Zc L // // C u // carico L andameno in frequenza della rispecchia l andameno di Zc. VU VI KII ZC K ZC VI I s ZC C 2 s + + sc s + + sl C LC s Z C C 2 2 s + 2ξns + n Vi i VU/VI 6 Ii K Ii C. 5 L isulai numerici L C Z ξ n 23/2/27-3 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-32 SisElnB2-27 DDC Amplificaore con cella LC - 4 Amplificaori in coninua isposa all impulso (qualiaiva) DEVIATOE DI ANTENNA ICEVITOE DEMODULATOE CATENA X A/D D/A MICOP. DSP, MEM isposa al gradino (qualiaiva) OSCILLATOI X E TX Il sisema di alimenazione deve disribuire ensioni cosani a diversi carichi. MODULATOE Per queso scopo occorrono amplificaori in grado di raare anche ensioni e correni coninue. CONTOLLO POTENZA CATENA >>>>>> TX AMPLIFICATOI IN COENTE CONTINUA (DC) TASDUTTOI: AP, MK, ALIMENTAZIONE TASTIEA, DISPLAY 23/2/27-33 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-34 SisElnB2-27 DDC Amplificaore DC Amplificaore a banda larga L alimenaore deve disribuire ensione cosane a carichi variabili, con: Parameri: VC/VG [db] ensione sabile indipendene dal carico sono possibili variazioni brusche della correne nel carico è un amplificaore di ensione coninua, con banda larga Val Vr ALIMENTATOE Banda passane (a - 3dB) Bp frequenze di aglio F e F2 Guadagno in banda isposa a gradino/onda quadra. 5 Bp [rad/s] (Ondulazione in banda) 23/2/27-35 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-36 SisElnB2-27 DDC Page 6 27 DDC 6

7 SisElnB2 23/2/27 Amplificaore accordao Amplificaore in coninua Parameri: Frequenza di risonanza n Banda passane Bp VC/VG [db] Parameri: VC/VG [db] Banda passane (dalla coninua a F) Guadagno Bp << n Q isposa a gradino/onda quadra 2. 5 n [rad/s] isposa a gradino/onda quadra -offse - derive. 5 Bp [rad/s] 23/2/27-37 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-38 SisElnB2-27 DDC Classificazione in base a G (f) Conenui di quesa lezione Classificazione degli amplificaori in base alla risposa in frequenza DC: banda che comprende anche la coninua AC larga banda: AC banda srea (accordai) V C/ [db] 5. 5 [rad/s] Vari ipi di amplificaori, disini in base al comporameno in frequenza (AC e DC, banda larga, accordai, ); isposa in frequenza e al ransiorio dovua a elemeni reaivi eserni; Conceo di separabilà delle cosani di empo Definizione e analisi di amplificaori accordai; Come passare da ree con generaori piloai a doppio bipolo, e da caena di amplificaori a unico doppio bipolo, anche per rei con elemeni reaivi. (Generalizzazione a Z di quano già viso solo con ) 23/2/27-39 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-4 SisElnB2-27 DDC Cella C ra due amplificaori Da ree con C a doppio bipolo Celle C PA o PB possono anche essere inserie ra due amplificaori V I i m Gu i Av u m V U Una ree con generaori piloai ed elemeni reaivi può essere ricondoa a un amplificaore, modellao come Doppio Bipolo con opporuni parameri. Vi 2 Ib K Ib 4 3 V I GV I I 2 U2 3 i G U i2 V A V 2 V V 3 Zi e Av sono complessi I U I 2 Z I V V A V V 2 C 23/2/27-4 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-42 SisElnB2-27 DDC Page 7 27 DDC 7

8 SisElnB2 23/2/27 Esercizio 2 Esercizio 2 - soluzione Calcolare Zi(s) e Av(s) per: Ib K Ib 5 kω 2,2 kω 2 3 kω 4 8 Ω Vi C 5 µf K C 3 4 Sequenza di calcoli: Z4 I4 Ib + K Ib maglia Vi: Vi Zi Vi Z i 2 Ib C K Ib 3 4 Z4 I I U 2 Z i Vi/Ib Z I V V A V V 2 Zi //Z i C 23/2/27-43 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-44 SisElnB2-27 DDC Sommario Lezione B2 Lezione B2: es conclusivo isposa in frequenza e al ransiorio dovua a elemeni reaivi eserni; Tipi di amplificaori in base al comporameno in frequenza (AC e DC, banda larga, accordai, filri, ); Conceo di separabilà delle cosani di empo Amplificaori accordai. Da ree con generaori a doppio bipolo, e da caena di amplificaori a unico doppio bipolo, anche per rei con elemeni reaivi. Tuo quano già viso con >>> generalizzao con Z Come possiamo disinguere un amplificaore AC da un amplificaore DC? Come viene definia la banda passane di un amplificaore? Quale è l andameno della risposa al gradino di un amplificaore DC? E per un amplificaore AC? Come calcolare o misurare una impedenza di ingresso? Quale componene serve per realizzare amplificaori accordai? Come misurare la posizione di un polo osservando la risposa al gradino? 23/2/27-45 SisElnB2-27 DDC 23/2/27-46 SisElnB2-27 DDC Prerequisii lezione B3 Lezione B3: Limii dei modelli Prerequisii» Tipi di amplificaori» Modelli lineari» Circuio equivalene di amplificaori» ei, L, C: risposa in empo e frequenza iferimeni nel eso» Cap 23/2/27-47 SisElnB2-27 DDC Page 8 27 DDC 8