SisElnB3 12/19/ Dec SisElnB DDC. Antenna. Transmit Signal Generation. 19-Dec SisElnB DDC

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1 SiElnB3 2/9/ Ingegneria dell Informazione Obieivi del gruppo di lezioni B Modulo SISTEMI ELETTRONICI B - AMPLIFICATORI E DOPPI BIPOLI B.3 - Tipologie di amplificaori» Comporameno dinamico di amplificaori» poa in frequenza e al raniorio» Amplificaori a larga banda e accordai» Caene di moduli analogici Moduli di amplificazione e analogici in genere: Coa è un amplificaore (concei di guadagno, banda, impedenza di ingreo e di ucia, rendimeno); Tipi di amplificaore (enione, correne, a larga banda, accordai, filri); Modelli di amplificaori e limii dei modelli lineari; Analii del comporameno dinamico, in empo e in frequenza; Alri moduli analogici (cenni) levare caraeriiche di amplificaori con rumeni bae di laboraorio; Confronare i riulai ricavai da analii di circuii, imulazioni PSPICE, miure perimenali; 9-Dec- - 9-Dec- - 2 Obieivi di quea lezione (B3) Divero copo degli amplificaori - Individuare i vari ipi di amplificaori in bae al comporameno in frequenza (AC e DC, banda larga, accordai, filri, ); Calcolare la ripoa in frequenza e al raniorio dovua a elemeni reaivi eerni; Definizione e analii di amplificaori accordai; Paare da ree con generaori a doppio bipolo, e paare da caena di amplificaori a unico doppio bipolo, anche per rei con elemeni reaivi. Generalizzazione a Z di quano già vio olo con R. Managemen / Synheizer / Audio / Daa IC Swich Fron End Modulaion Mixer / MicroProceor / IC VCO uproc UI / Daa Amplifier Conrol 9-Dec Dec- - 4 Divero copo degli amplificaori - 2 Divero copo degli amplificaori - 3 Managemen / L amplificaore Synheizer / di ucia Audio del / Daa rameiore IC deve fornire poenza a radiofrequenza: Swich - amplificare C un C rireo campo di frequenze Fron End Modulaion Mixer (8-9 MHz, oppure,8-,9 GHz) - avere una dicrea poenza di ucia (conrollabile, da pochi mw a 2,5 W) / MicroProceor / - avere un alo rendimeno IC VCO (per limiare il conumo uproc della baeria e le perdie in calore) UI / Daa >>>> AMPLIFICATORE ACCORDATO Amplifier Conrol Synheizer / Swich Fron End Modulaion Mixer Managemen / Audio / Daa IC L amplificaore di ingreo del riceviore deve amplificare egnali con ampia dinamica (molo deboli e molo fori): - amplificare un rireo campo / di MicroProceor frequenze / IC (8-9 VCO MHz, oppure,8-,9 GHz) uproc - acceare all ingreo egnali u ampia dinamica (da pochi µv a qualche mv, UI con / Daa guadagno alo per egnali deboli, bao per egnali fori). - avere un rumore Amplifier molo Conrol bao (per non peggiorare la qualià del egnale) >>>> AMPLIFICATORE A BASSO RUMORE 9-Dec Dec- - 6 Page 2 DDC

2 SiElnB3 2/9/ Divero copo degli amplificaori - 4 Divero copo degli amplificaori - 5 Managemen / Synheizer / Audio / Daa IC Swich L amplificaore del egnale audio vero l aloparlane deve raare le Fron frequenze End audio, Modulaion enza Mixer inrodurre diorione: - amplificare nel campo di frequenze audio (per la elefonia circa 3 Hz - 3 khz ) - avere una poenza di ucia media / MicroProceor / IC ( - 5 mw) VCO uproc - avere baa diorione UI / Daa (per non peggiorare la qualià del egnale) >>>>>> AMPLIFICATORE Amplifier Conrol A LARGA BANDA (AUDIO) Managemen / Synheizer / Audio / Daa IC Swich Fron End Modulaion Mixer Il iema di alimenazione deve diribuire enioni / MicroProceor / coani IC VCO a diveri carichi. uproc raare anche enioni e correni UI / Daa coninue. Per queo copo occorrono amplificaori in grado di Tranmi >>>>>> Signal AMPLIFICATORI IN CORRENTE CONTINUA (DC) Amplifier Conrol 9-Dec Dec- - 8 Diveri ipi di amplificaori Celle del I ordine Paa Alo - Audio RF in RF ou DC Cella RC Paa Alo. µf Poenza,2 W 2,5 W 5 W Frequenza khz GHz GHz Banda 3 khz MHz 5 MHz Hz poa in frequenza: R RC V RC + + R τ RC τ; V τ + con i valori indicai: V V eff V 2/V -2 kω V 2 () 3 4 (rad/) Guadagno medio variabile bao alo Rumore bao bao V j 3 j 3 + j -4 9-Dec Dec- - Celle del I ordine Paa Alo - 2 chiami per la oluzione Cella RC Paa Alo. poa nel empo: ( ) VA + VBe τ ; ( ) VA ; ( ) VA + VB con i valori indicai: ; () VA ; () VA + VB V τ µ F k Ω m 3 () e V V V 2 (V) µf kω V 2 () Procedure per la rioluzione di circuii:» racciare il circuio equivalene da uilizzare» idenificare coa è noo e coa deve eere calcolao» aegnare nomi imbolici agli elemeni della ree» riolvere la ree algebricamene, applicando le regole bae di eleroecnica (leggi di Ohm e Kirchoff)» eeguire verifiche dimenionali» oiuire le variabili algebriche con i valori numerici per il comporameno dinamico verificare:» comporameno in frequenza agli eremi (, ),» andameno qualiaivo del diagramma di Bode,» comporameno in banda paane (e eie),» ripoa al gradino per (cond. CC) e (cond. aperi). 9-Dec- - 9-Dec- - 2 Page 2 2 DDC 2

3 SiElnB3 2/9/ Effeo di cella paa-alo - Effeo di cella paa-alo - 2 Cella RC PA ineria nella maglia di ingreo di amplificaore R G kω I i A V R i kω µf R u Ω V oluzione in empo e in frequenza inroduce uno zero nell origine e un polo a /τ kω V 2 (V) V 2/V 3 4 (rad/) R G kω I R U Ω -2 µf V V R I kω kω -4 9-Dec Dec- - 4 Effeo di cella paa-bao - Celle del I ordine Paa Bao Cella RC Paa Bao ineria nella maglia di ucia di amplificaore oluzione con richiami u ripoa T e F di RC paa bao R G R G kω V A V R i R u kω C Ω V V C V U Cella RC Paa Bao. poa in frequenza: poa nel empo: V R V + R RC + RC τ; V τ + V ( ) τ 2 VA + VB e ; ( ) VA V ( ) Vr ; ( ) ; VB VA C V 2 () V 2/V -2-4 (V) 3 4 (rad/) V ( ) ( τ 2 Vr e ) 9-Dec Dec- - 6 Procedure per analii di rei RC Eercizio : celle PB e PA Verifiche ul comporameno dinamico: il frone del gradino ha componeni perali a frequenza elevaa Celle RC PB all ingreo e PA in ucia. oluzione in T e F per f e in corripondenza del gradino ( ):» Z(C) (corocircuio), Z(L) (circuio apero) per f e a regime ( ):» Z(C) (circuio apero), Z(L) (corocircuio), R G R C2 nei empi inermedi» I ordine: eponenziale» II ordine: inuoide morzaa o eponenziale C V Av V V 2 9-Dec Dec- - 8 Page 3 2 DDC 3

4 SiElnB3 2/9/ Combinazione di celle PB e PA Eercizio - rioluzione T 9-Dec- - 9 oluzione in empo e in frequenza VC (V) (µ) VC (V) / 4. 5 rad/) Le cale dei empi ono divere! 9-Dec- - 2 Per τ, l eponenziale è al 63% del valore finale permee di racciare diegni in cala: τ per V(),63 V( ) Permee di miurare τ da v() τ valore di per cui V() 63% V( ) (V) V,63 5 τ 5 (µ) V( ) V,63 V( ) (V) V, τ 5 τ (µ) Eercizio - ripoa al gradino Separabilià delle coani di empo La ripoa al gradino è la combinazione di due raniori: paa alo, con coane di empo lunga (τ), aociaa al polo vero le frequenze bae (p); paa bao, con coane di empo breve (τ2), aociaa al polo vero le frequenze ale (p2); La ripoa oervaa dipende dalla cala dei empi! VC (V) V,63 τ2 5 5 τ m/div µ/div In alcuni cai è poibile calcolare eparaamene la ripoa di ogni ingola cella. ) Maglie indipendeni (eempio precedene) 2) poli molo diani (> 3 dec) uare con cauela!! R R V 2 C 2 C R 2 C 2 V 9-Dec Dec Obieivi di quea lezione (B3) chiami u celle del II ordine Claificare i vari ipi di amplificaori in bae al comporameno in frequenza (AC e DC, banda larga, accordai, filri, ); Calcolare la ripoa in frequenza e al raniorio dovua a elemeni reaivi eerni; Definizione e analii di amplificaori accordai; Paare da ree con generaori a doppio bipolo, e paare da caena di amplificaori a unico doppio bipolo, anche per rei con elemeni reaivi. Generalizzazione a Z di quano già vio olo con R. Circuii del II ordine: due ipi di elemeni reaivi (L, C) nella ea maglia (L oppure C + elemeno aivo) Parameri Frequenza di rionanza n morzameno ξ o faore di Qualià Q fd con denominaore a radici complee poa in frequenza poa al gradino 9-Dec Dec Page 4 2 DDC 4

5 SiElnB3 2/9/ Amplificaore con cella LC - Amplificaore con cella LC - 2 Schema (molo) emplificao dell amplificaore RF di ingreo. Amplificaore con ucia in correne e LRC parallelo. Gm V Zc Rg5Ω mv. f variabile circuio equivalene dell anenna Inerea la ripoa in frequenza, non al gradino AI Gu 5 pf 2 µh Zc L // R Ru // R L andameno in frequenza della ripecchia l andameno di Zc. VI K ZC V RI ZC RC + LC R L ZC ξ n +n 6 K Ii Ii. 5 L V u 9-Dec Dec Amplificaore con cella LC - 3 Amplificaore DC ulai numerici R L C Z L alimenaore deve diribuire enione coane a carichi variabili, con: enione indipendene dal variazioni lene della correne nel è un amplificaore di enione coninua (DC o pochi Hz) ξ n Val Vr ALIMENTATORE 9-Dec Dec Amplificaore DC Claificazione in bae a G (f) Obieivo amplificare anche variazioni molo lene (coani) ripoa di ipo paa bao 5 Claificazione degli amplificaori in bae alla ripoa in frequenza DC: banda che comprende anche la coninua / 5 AC larga banda: AC banda rea (accordai) Dec Dec- - 3 Page 5 2 DDC 5

6 SiElnB3 2/9/ Amplificaore a larga banda Amplificaore accordao Parameri: Banda paane (a - 3dB) Bp Parameri: Frequenza di rionanza n frequenze di aglio F e F2 Guadagno in banda Ondulazione in banda poa a gradino/onda quadra. 5 Banda paane Bp Bp << n Q poa a gradino/onda quadra 2. 5 n 9-Dec Dec Amplificaore in coninua Obieivi di quea lezione (B3) Parameri: Banda paane (dalla coninua a F) Guadagno poa a gradino/onda quadra - offe - derive. 5 Calcolare la ripoa in frequenza e al raniorio dovua a elemeni reaivi eerni; Definizione e analii di amplificaori accordai; Claificare i vari ipi di amplificaori in bae al comporameno in frequenza (AC e DC, banda larga, accordai, filri, ); Paare da ree con generaori a doppio bipolo, e paare da caena di amplificaori a unico doppio bipolo, anche per rei con elemeni reaivi. Generalizzazione a Z di quano già vio olo con R. 9-Dec Dec Cella RC ra due amplificaori Da ree con RC a doppio bipolo Celle RC PA o PB poono anche eere inerie ra due amplificaori V I Rm Gu Av Ru R m V U Una ree con generaori piloai ed elemeni reaivi può eere ricondoa a un amplificaore, modellao come DB con opporuni parameri. R Ib K Ib R4 R3 V I G V I R U2 3 R i G U R i2 V 2 A V V V 3 Zi e Av ono complei I R U Z I V V A V V 2 9-Dec Dec Page 6 2 DDC 6

7 SiElnB3 2/9/ Eercizio 2 Eercizio 2 - oluzione Calcolare Zi() e Av() per: R 5 kω,2 kω R3 kω R4 8 Ω C 5 µf K R Ib K Ib R4 R3 Sequenza di calcoli: Z4 I4 Ib + K Ib maglia : Zi Z i R Ib C K Ib R3 R4 Z4 I R U Z I V V A V V 2 Z i /Ib Zi R//Z i 9-Dec Dec Un amplificaore anomalo Sommario Lezione B3 Amplificaore con guadagno di enione uniario: Ru Ha guadagno in correne Volage follower Senza V.F. Vc/Vg Con V.F. Vc/Vg R S kω R G kω V A V R i MΩ R u Ω I i I Ru Ω MΩ V V k Ω kω poa in frequenza e al raniorio dovua a elemeni reaivi eerni; Tipi di amplificaori in bae al comporameno in frequenza (AC e DC, banda larga, accordai, filri, ); 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 vio con R >>> generalizzao con Z 9-Dec Dec- - 4 Prerequiii lezione B4/B5 B4: Eerciazione di laboraorio: Uo degli rumeni di laboraorio Seura di relazioni Organizzazione del lavoro di gruppo Verificare homework nella guida all eerciazione B5: Lezione Caene di moduli Circuio equivalene di amplificaori poa T e F di RC paa alo Cella RC ineria in ingreo o ucia Circuii LC (rionaori) Uo di PSPICE 9-Dec- - 4 Page 7 2 DDC 7