5. GENERATORI DI SEGNALI ANALOGICI

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1 ppunti di ELETTRONIC ITI Elettronica - Classe QUINT 5. GENERTORI DI SEGNLI NLOGICI GENERTORE DI SEGNLE NLOGICO Dispositivo elettronico che genera un segnale analogico (o onda sinusoidale). Sfrutta il principio della reazione positiva. REZIONE Operazione eseguita su dispositivi e sistemi elettronici per il controllo dell output. E indicata anche coi termini retroazione o feedback. Consiste nel prelevare parte del segnale di uscita e riportarlo in ingresso per confrontarlo con l input. Il circuito che la esegue si chiama rete di reazione (retroazione, feedback). La reazione può essere positiva o negativa. SCHEM DI RELIZZZIONE I + R C ± E DISPOSITIVO BLOCCO DI REZIONE B O O O B C Dispositivo reazionato Blocco di Reazione Blocco Comparatore I Input E Segnale di Errore R Segnale di Reazione O Output FUNZIONMENTO 1. Il segnale d ingresso I è confrontato dal blocco comparatore C col segnale R generato dal blocco di reazione B. 2. Sulla base del confronto il comparatore C genera un segnale di Errore E passato in input al dispositivo. Di solito si pone E = I ± R. 3. L uscita O generata da è riportata in input dal blocco di reazione B per il successivo confronto. REZIONE NEGTIV Si verifica quando la rete di reazione smorza il funzionamento del dispositivo rendendolo più controllabile. Per ottenerla si sottrae il segnale di reazione all input. Un dispositivo/sistema a reazione negativa è solitamente stabile. REZIONE POSITIV Si verifica quando la rete di reazione amplifica il comportamento del dispositivo, rendendolo per contro meno controllabile. Si ottiene sommando il segnale di reazione all input. Un dispositivo a reazione negativa tende all instabilità. 5.1

2 ppunti di ELETTRONIC ITI Elettronica - Classe QUINT MPLIFICTORE REZIONTO mplificatore in cui parte del segnale di uscita è riportato in ingresso mediante rete di reazione. SCHEM DI RELIZZZIONE v I C + ± v R v E B Per un amplificatore reazionato valgono le seguenti considerazioni: REZIONE NEGTIV Consente di controllare e ridurre il guadagno R di amplificazione; è utilizzata in gran parte delle applicazioni elettroniche (Esempio: mp.op. a catena chiusa) poiché garantisce stabilità al sistema. Per ottenerla si pone v E = v I v R in uscita dal comparatore: v I C v R + v E B REZIONE NEGTIV v E = v I v R R = 1+ B REZIONE POSITIV Determina un drastico aumento del guadagno R e porta a una situazione di instabilità. Viene sfruttata solo in applicazioni particolari, come i Comparatori e gli Oscillatori. E ottenuta ponendo v E = v I + v R in uscita dal comparatore: v I C v R + + v E B REZIONE POSITIV v E = v I + v R R = 1 B 5.2

3 ppunti di ELETTRONIC ITI Elettronica - Classe QUINT OSCILLTORE Dispositivo analogico attivo per la generazione di forme d onde. E tecnicamente un convertitore DC/C poiché trasforma la tensione continua di alimentazione in segnale elettrico periodico senza utilizzare segnali d ingresso. OSCILLTORE SINUSOIDLE Dispositivo analogico attivo che genera un segnale sinusoidale di frequenza predeterminata e non utilizza segnali d ingresso. E realizzabile con un mplificatore (ad esempio, Operazionale) reazionato positivamente e senza ingresso. In tali condizioni il componente tende infatti ad oscillare, generando un output periodico. RPPRESENTZIONE GRFIC v I OSCILLTORE SINUSOIDLE (MPLIFICTORE REZIONE POSITIV) v R B CONDIZIONI DI BRKHUSEN Perché un circuito oscilli e generi in uscita un segnale sinusoidale privo di distorsione devono verificarsi due condizioni: 1. (jω) B(jω) = 1 Il modulo del prodotto tra e B deve essere unitario 2. (jω) B(jω) = 0 Lo sfasamento del prodotto tra e B deve essere nullo Con: (jω) Funzione di Trasferimento del blocco mplificatore B(jω) Funzione di Trasferimento del blocco di Reazione B 5.3

4 ppunti di ELETTRONIC ITI Elettronica - Classe QUINT CLSSIFICZIONE PER ELEMENTI CIRCUITLI OSCILLTORI RC Utilizzano, oltre al dispositivo attivo, Resistori (R) e Condensatori (C). OSCILLTORI LC Utilizzano, oltre al dispositivo attivo, Induttori (L) e Condensatori (C). OSCILLTORI L QURZO Utilizzano un cristallo di quarzo piezoelettrico per simulare il comportamento di un circuito RLC. Garantiscono ottima stabilità in frequenza e temperatura. CLSSIFICZIONE PER FREQUENZ GENERT OSCILLTORI IN BSS FREQUENZ (BF) Generano segnali di frequenza non superiore a 100 KHz. Gli oscillatori RC appartengono in genere a questa categoria. OSCILLTORI IN LT FREQUENZ (F) Generano segnali di frequenza superiore a 100 KHz. Sono utilizzati in tutte le apparecchiature di telecomunicazione per generare il segnale portante su cui viaggia l informazione a lunga distanza. Gli oscillatori LC appartengono in genere a questa categoria. 5.4

5 ppunti di ELETTRONIC ITI Elettronica - Classe QUINT OSCILLTORI RC Sono realizzati combinando Resistori (R) e Condensatori (C). Si utilizzano di solito per applicazioni in bassa frequenza (Oscillatori BF). Negli schemi α è l amplificatore reazionato, β il blocco di reazione. OSCILLTORE PONTE DI WIEN E costituito da un amplificatore (mpop non invertente) e una rete a reazione positiva contenente un filtro RC passa-banda. β OSCILLTORE PONTE DI WIEN MPLIFICZIONE: 3 = FREQUENZ: 1 f = 2π RC α OSCILLTORE PONTE DI WIEN CON CONTROLLO DELL MPLIFICZIONE NTC OSCILLTORE PONTE DI WIEN CON CONTROLLO DELL MPLIFICZIONE RETE DI DIODI 5.5

6 ppunti di ELETTRONIC ITI Elettronica - Classe QUINT OSCILLTORE SFSMENTO E realizzato con un amplificatore (mpop invertente) e una rete a reazione positiva formata da tre celle filtranti RC. La rete di reazione introduce uno sfasamento del segnale di 180 ; da qui il nome del circuito. Lo sfasamento bilancia il comportamento dell operazionale invertente che di per se sfasa l input di 180 e permette di soddisfare la condizione di Barkhausen sulla fase. α OSCILLTORE SFSMENTO MPLIFICZIONE: 29 = FREQUENZ: 1 f = 2π 6 RC β 5.6

7 ppunti di ELETTRONIC ITI Elettronica - Classe QUINT OSCILLTORI LC Sono realizzati combinando Induttori (L) e Condensatori (C). Si utilizzano usualmente per applicazioni in alta frequenza (Oscillatori F). MODELLO DI OSCILLTORE TRE PUNTI Gran parte degli oscillatori LC è rappresentabile con un modello costituito da un amplificatore e tre impedenze (Z 1, Z 2, Z 3) connesse tra i suoi terminali. Questo schema è noto come oscillatore a tre punti: OSCILLTORE LC TRE PUNTI MODELLO GENERLE OSCILLTORE HRTLEY Oscillatore a tre punti in cui le impedenze laterali Z 1 e Z 2 sono induttori e quella centrale Z 3 un condensatore. OSCILLTORE HRTLEY SCHEM GENERLE Una realizzazione pratica per l utilizzo in alta frequenza prevede un transistor BJT come amplificatore e un partitore induttivo come rete di reazione: OSCILLTORE HRTLEY IN LT FREQUENZ 5.7

8 ppunti di ELETTRONIC ITI Elettronica - Classe QUINT OSCILLTORE COLPITTS Oscillatore a tre punti in cui le impedenze laterali Z 1 e Z 2 sono condensatori e quella centrale Z 3 un induttore. OSCILLTORE COLPITTS SCHEM GENERLE Una realizzazione pratica per l utilizzo in alta frequenza prevede un transistor BJT come amplificatore e un partitore capacitivo come rete di reazione: OSCILLTORE COLPITTS IN LT FREQUENZ 5.8

9 ppunti di ELETTRONIC ITI Elettronica - Classe QUINT OSCILLTORI L QURZO Utilizzano un cristallo di quarzo piezoelettrico per simulare il comportamento di un circuito RLC e garantire stabilità nella generazione di frequenza anche al variare della temperatura. OSCILLTORE PIERCE Oscillatore basato su modello a 3 punti Colpitts in cui l impedenza centrale Z 3 (induttore) è sostituita da un quarzo. OSCILLTORE PIERCE SCHEM GENERLE OSCILLTORE PIERCE IN LT FREQUENZ 5.9

10 ppunti di ELETTRONIC ITI Elettronica - Classe QUINT DIMENSIONMENTO DI OSCILLTORI 5.10