Elettrotecnica Elettronica 2

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1 Enrico Ambrosini Filippo Spadaro Elettrotecnica Elettronica 2 ed Edizione mista

2 0020.colophon.fm Page 1 Tuesday, May 29, :42 PM ISBN RCS Libri S.p.A. - Milano Ristampe Stampa: L.E.G.O. S.p.A. (I) Sebbene la stesura complessiva di questo volume sia di competenza di Enrico Ambrosini, va precisato che Filippo Spadaro ha curato i file per Ultiboard e ha collaborato alla stesura definitiva del testo tramite integrazioni e osservazioni Hanno collaborato alla realizzazione dell opera: Coordinamento editoriale Barbara Speziali Progetto grafico e realizzazione Thèsis Contents S.r.l., Firenze-Milano Copertina Gandini & Rendina Il software installato sul DD è 2011 National Instrument Corporation. Tutti i diritti sono riservati. LabIEW, MULTISIM, National Instruments, NI, Ultiboard, il logo di LabIEW ed il logo di National Instruments sono marchi di proprietà di National Instruments. Il corso, il libro e il DD sono prodotti da RCS Libri S.p.A. che è la sola responsabile, sia del corso che del libro che del DD, nonché dei loro relativi contenuti. Né RCS Libri S.p.A. né qualsiasi libro o altri beni, servizi offerti da RCS Libri S.p.A. sono pubblicazioni, servizi ufficiali di National Instruments o attribuibili in qualsiasi modo a National Instruments. Il DD allegato al libro di testo include i software Circuit Design Suite versione Education e NI LabIEW Student Edition della National Instruments. L utilizzo dei software Circuit Design Suite versione Education e NI LabIEW Student Edition è limitato a fini didattici in ambito domestico I diritti di traduzione e riproduzione, totali o parziali anche ad uso interno e didattico con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i paesi. Fotocopie per uso personale del lettore possono essere effettuare nei limiti del 15% di ciascun volume dietro pagamento alla SIAE del compenso previsto dall art. 68, commi 4 e 5, della legge 22 aprile 1941 n. 633, ovvero dell accordo stipulato tra SIAE, AIE, SNS e CNA, CONFARTIGIANATO, CASA, CLAAI, CONFCOMMERCIO, CONFESERCENTI il 18 dicembre Le riproduzioni per uso differente da quello personale potranno avvenire, per un numero di pagine non superiore al 15% del presente volume, solo a seguito di specifica autorizzazione rilasciata da CLEARedi, c.so di Porta Romana 108, Milano, autorizzazioni@clearedi.org La realizzazione di un libro presenta aspetti complessi e richiede particolare attenzione nei controlli: per questo è molto difficile evitare completamente errori e imprecisioni. L editore ringrazia sin da ora chi vorrà segnalarli alle redazioni. Per segnalazioni o suggerimenti relativi al presente volume scrivere a: Direzione Editoriale RCS Libri S.p.A. - Divisione Education, via Rizzoli, 8, Milano, fax L editore è presente su Internet all indirizzo: L editore è a disposizione degli aventi diritto con i quali non gli è stato possibile comunicare per eventuali involontarie omissioni o inesattezze nella citazione delle fonti dei brani o delle illustrazioni riprodotte nel presente volume. L editore si scusa per i possibili errori di attribuzione e dichiara la propria disponibilità a regolarizzare. Le immagini utilizzate in questo libro non vanno interpretate come una scelta di merito da parte dell editore, né come invito all acquisto di prodotti. Le illustrazioni o riproduzioni sono state riportate a scopo esclusivamente didattico. I contenuti del tuo libro non si trovano solo sulla carta. Adesso puoi trovare esercizi, espansioni e molto altro sul web, all indirizzo Tali strumenti ti consentiranno di integrare lo studio sul testo cartaceo con la possibilità di ripassare, prepararti alle verifiche orali e scritte, approfondire quanto affrontato in classe, ecc. Su ogni pagina del sito troverai un campo in cui digitare il codice che hai trovato nel volume, così avrai accesso diretto ai materiali digitali ad esso relativi. Potrai scaricare e salvare i materiali sul tuo computer in modo che tu possa poi ritrovarli facilmente in qualsiasi momento.

3 0030.presentazionePROA.fm Page 3 Saturday, January 14, :40 AM Presentazione Questo corso di Elettrotecnica ed Elettronica copre il secondo biennio e il quinto anno dell indirizzo di Elettronica ed Elettrotecnica degli Istituti Tecnici Industriali riformati. Il corso è così articolato: volume 1 comune a tutte le articolazioni; volume 2 copre l articolazione Automazione; per le altre articolazioni è previsto un fascicolo di completamento: fascicolo per articolazione Elettronica; fascicolo per articolazione Elettrotecnica; volume 3 differenziato per le singole articolazioni: volume per articolazione Elettronica; volume per articolazione Automazione; volume per articolazione Elettrotecnica. Il corso è diviso in unità di apprendimento, normalmente suddivise in più sezioni; ogni unità presenta una pagina di apertura in cui viene indicato l obiettivo di competenza finale da raggiungere e gli obiettivi di competenza intermedi delle singole sezioni. Nel libro 13A 13B Schede integrative 13A.1 Studio analitico del funzionamento on-off del BJT 13A.2 Stabilizzazione del punto di funzionamento a riposo 13A.3 I data sheet dei transistor bipolari 13A.4 Modalità di polarizzazione delle giunzioni dei BJT Problemi integrativi Approfondimento 13B.1 La retta di carico statica Scheda integrativa 13B.1 Studio grafico dell amplificatore a emettitore comune con il carico in uscita Problemi integrativi Laboratorio integrativo 13B.2 La misura dei parametri h 13C Approfondimenti 13C.1 Analisi della configurazione invertente tramite retroazione 13C.2 Analisi della configurazione non invertente tramite retroazione 13C.3 I guadagni di un amplificatore differenziale Schede integrative 13C.1 La struttura circuitale di un operazionale 13C.2 I data sheet degli operazionali 13C.3 Integrazioni sugli operazionali 13C.4 Operazionali con alimentazione singola Problemi integrativi Laboratori integrativi 13C.6 Analisi sperimentale di un circuito sommatore 13C.7 alutazione quantitativa di un amplificatore differenziale 13A 13B 13C Teoria, test e problemi Lezioni multimediali Laboratori 13A.1, 13A.2, 13A.3 Teoria, test e problemi Laboratori 13B.1 Teoria, test e problemi Lezioni multimediali Laboratori 13C.1, 13C.2, 13C.3, 13C.4, 13C.5 In questa pagina, inoltre, è presente una sintesi di tutti i contenuti (cartacei e digitali) dell unità; ogni libro del corso presenta, a integrazione della parte cartacea o dell equivalente nel caso di e-book, una sezione digitale (scaricabile via Internet tramite apposito codice allegato al libro) individuata con un apposito simbolo. 3

4 0030.presentazionePROA.fm Page 4 Saturday, January 14, :40 AM Presentazione Struttura del libro Testo base con lo sviluppo essenziale degli argomenti. Test di verifica, problemi svolti e da svolgere, questi ultimi con soluzioni riportate su Schede di laboratorio raccolte a fine volume e classificate secondo unità e sezioni di riferimento. Lezioni multimediali, testi per l uso passo-passo di simulazioni appositamente create e fornite nella sezione digitale; tali lezioni consentono un approccio intuitivo ai concetti più impegnativi, senza rinunciare all approccio teorico comunque sempre presente e permettono la realizzazione di lezioni meno tradizionali tramite l uso di LIM o proiettori. Elementi didattici inseriti nel testo F acciamo il punto Limitatori attivi Due tipi: limitazione a un livello limitazione a due livelli Limitatori attivi e raddrizzatori di precisione Raddrizzatori di precisione Due tipi: a semionda a onda intera Facciamo il punto, mappe che riassumono i concetti più significativi, al termine di singoli raggruppamenti di contenuto omogeneo. Post-it, piccoli riassunti concettuali. Note storiche riferite a personaggi e avvenimenti significativi per la materia. peculiarità peculiarità le soglie di intervento non sono precise mantengono la linearità solo nella zona di non intervento della limitazione amplificano sono a carico costante per il segnale di ingresso e non sono influenzati dal carico in uscita non hanno tensioni di soglia non deformano il segnale raddrizzato perché sono lineari nei confronti della singola semionda amplificano sono a carico costante per il segnale di ingresso e non sono influenzati dal carico in uscita Diodo reale: polarizzato direttamente presenta una piccola caduta di tensione abbastanza costante (circa 0,7 ); polarizzato inversamente presenta una piccola corrente di fuga. L invenzione del diodo si deve all inglese John Ambrose Fleming ( ) che brevettò il primo diodo nella forma di valvola termoionica. I primi studi sull emissione termoionica (emissione di elettroni da parte dei metalli portati all incandescenza) si devono allo statunitense Thomas Al-va Edison ( ) che brevettò la lampada a incandescenza (tutt ora usata) e all inglese Owen Richardson ( ) che, per questi studi, ricevette il Premio Nobel nel Non solo teoria, schede che affrontano in forma pratica aspetti e applicazioni della materia. Evidenziazione in riquadri delle formule concettualmente conclusive di un discorso. Indicazione grafica del grado di difficoltà dei problemi e dei paragrafi di riferimento. Rimandi ai laboratori e alle lezioni multimediali. Rimandi ai contenuti della sezione digitale: approfondimenti, schede integrative, problemi integrativi, laboratori integrativi, ulteriori lezioni multimediali e unità o sezioni di teoria, specifici file di simulazione. Apertura delle singole sezioni con un immagine di parole chiave che sintetizzano i contenuti e utilizzabili per un ripasso finale. Ampio uso di software di simulazione (senza necessità di particolari prerequisiti) con particolare riferimento a Multisim, Ultiboard e LabIEW della National Instruments nei laboratori, nelle lezioni multimediali, ecc. non solo teoria 1 L evoluzione dei diodi A sinistra il principio di funzionamento di un diodo a vuoto, che sfrutta l effetto termoionico: il filamento, reso incandescente dal passaggio di corrente, determina la fuoriuscita di elettroni dal catodo, se l anodo è a potenziale positivo rispetto al catodo si ha un flusso di elettroni da catodo ad anodo (ovvero una corrente convenzionale da anodo a catodo); se l anodo è a potenziale negativo rispetto al catodo non si ha corrente perché gli elettroni sono respinti dall anodo. Nell immagine centrale i primi diodi a vuoto (le cosiddette valvole) di John Ambrose Fleming. A destra due moderni diodi a silicio, di elevata potenza, e una raccolta di moderni raddrizzatori a ponte. Anodo Filamento Catodo 4

5 0030.presentazionePROA.fm Page 5 Saturday, January 14, :40 AM Presentazione Parte digitale DD allegato al volume di inizio corso con i software National Instruments (Multisim, Ultiboard e LabIEW) con licenza gratuita per uso limitato a fini didattici in ambito domestico. Nella sezione scaricabile via Internet: file di simulazione previsti per le lezioni multimediali, le attività di laboratorio, ecc.; approfondimenti teorici, dimostrazioni matematiche di relazioni non giustificate nel testo di teoria; schede integrative per ampliare la teoria del testo base; unità di apprendimento, sezioni e schede di laboratorio aggiuntive a quelle del testo base; problemi integrativi svolti e non svolti per approfondire i contenuti non essenziali; manuale dei data sheet per i componenti dell elettronica digitale di base e data sheet dei costruttori per gli altri componenti considerati nel testo; guide (in italiano) all uso dei programmi National Instruments. Questo secondo volume del corso è previsto per il quarto anno degli Istituti Tecnici Industriali riformati a indirizzo Elettronica ed Elettrotecnica e risulta sufficiente per l articolazione Automazione, mentre per le altre articolazioni sono previsti ulteriori fascicoli di completamento dei contenuti. Il volume secondo, in particolare, affronta inizialmente lo studio dei diodi e delle relative applicazioni, per poi affrontare lo studio degli amplificatori in centro banda con particolare riferimento al caso degli amplificatori operazionali. iene poi affrontato lo studio degli stabilizzatori lineari, quello della risposta in frequenza, quello delle applicazioni non lineari degli operazionali e si conclude con una rapida introduzione alle macchine elettriche. Simboli più frequentemente usati nel corso f.e.m. = forza elettromotrice d.d.p. = differenza di potenziale c.d.t. = caduta di tensione G.d.F. = generatore di funzioni f.d.t. = funzione di trasferimento f.d.p. = fattore di potenza 5

6 0030.presentazionePROA.fm Page 6 Saturday, January 14, :40 AM Presentazione Corrispondenza tra conoscenze delle linee guida ministeriali, unità di apprendimento (U.A.) e relative sezioni (SZ.) Secondo biennio - Articolazione Elettronica - vol. 1 (III anno) Le conoscenze ministeriali non considerate sono relative ad altri volumi del corso Alcune conoscenze ministeriali possono comparire in più volumi Principi generali e teoremi per lo studio delle reti elettriche: U.A. 1 e U.A. 8 manente: SZ. 2C e 7C La fenomenologia delle risposte, regimi transitorio e per- Rappresentazione vettoriale dei segnali sinusoidali: SZ. Unità di misura delle grandezze elettriche: SZ. 1C 8A La strumentazione di base: SZ. 1C Caratteristiche dei componenti attivi e passivi: SZ. 1B, Simbologia e norme di rappresentazione: dove necessario 2B e 4A Componenti reattivi, reattanza e impedenza: SZ. 8A Principi di funzionamento e caratteristiche di impiego Caratteristiche dei circuiti integrati: SZ. 4A della strumentazione di laboratorio: SZ. 1C Metodo simbolico per l analisi dei circuiti: SZ. 8A I manuali di istruzione: dove necessario Componenti circuitali e loro modelli equivalenti: SZ. 1B, Teoria delle misure e della propagazione degli errori: SZ. 2B 1C Bilancio energetico nelle reti elettriche: SZ. 1B, 1D e 8B Metodi di rappresentazione e di documentazione: dove Sistema di numerazione binaria: SZ. 3A e 3B necessario Algebra di Boole: SZ. 3C Fogli di calcolo elettronico: lab. SZ. 2C Rappresentazione e sintesi delle funzioni logiche: SZ. 3C Concetti fondamentali sul campo elettrico e sul campo Famiglie dei componenti logici: SZ. 4A magnetico: SZ. 2A e 7A Reti logiche combinatorie e sequenziali: SZ. 3C, U.A. 4 e Conservazione e dissipazione dell energia nei circuiti 5 elettrici e nei campi elettromagnetici: SZ. 1C, 1D e 7B Registri, contatori, codificatori e decodificatori: U.A. 4 e 5 Lessico e terminologia tecnica di settore anche in lingua Dispositivi ad alta scala di integrazione: U.A. 6 inglese: dove necessario Dispositivi programmabili: U.A. 6 Corrispondenza tra conoscenze delle linee guida ministeriali, unità di apprendimento (U.A.) e relative sezioni (SZ.) Secondo biennio - Articolazione Elettrotecnica - vol. 1 (III anno) Le conoscenze ministeriali non considerate sono relative ad altri volumi del corso Alcune conoscenze ministeriali possono comparire in più volumi Principi e teoremi per lo studio delle reti elettriche: U.A. 1 Dispositivi ad alta scala di integrazione: U.A. 6 e 8 Fenomenologia delle risposte, regimi transitorio e permanente: SZ. 2C e 7C Leggi fondamentali dell elettromagnetismo: U.A. 7 Circuiti magnetici: SZ. 7B Unità di misura delle grandezze elettriche: SZ. 1C Accoppiamento di circuiti: SZ. 7C La strumentazione di base: SZ. 1C Conservazione dell energia con riferimento al bilancio Simbologia e norme di rappresentazione: dove necessario delle potenze: SZ. 1B, 1D e 8B Rifasamento: SZ. 8B Principi di funzionamento e caratteristiche di impiego Rappresentazione vettoriale dei segnali sinusoidali. Diagrammi vettoriali: SZ. 8A I manuali di istruzione: dove necessario della strumentazione di laboratorio: SZ. 1C Componenti reattivi, reattanza e impedenza: SZ. 8A Teoria delle misure e della propagazione degli errori: SZ Metodo simbolico: SZ. 8A 1C Componenti circuitali e i loro modelli equivalenti: SZ. 1B, Metodi di rappresentazione e di documentazione: dove 2B, 8A necessario Bilancio energetico, componenti attivi e passivi: SZ. Fogli di calcolo elettronico: lab. SZ. 1C 1B,1D e 8B Campo elettrico e campo magnetico: SZ. 2A e 7A Algebra di Boole: SZ. 3C Conservazione e dissipazione dell energia nei circuiti Il sistema di numerazione binaria: SZ. 3A e 3B elettrici e nei campi elettromagnetici: U.A. 1, 7 e 8 Rappresentazione e sintesi delle funzioni logiche: SZ. 3C Rifasamento degli impianti utilizzatori: SZ. 8B Reti logiche combinatorie e sequenziali: SZ. 3A, 3C, U.A. Riferimenti tecnici e normativi: dove necessario 4 e 5 Manualistica d uso e di riferimento: dove necessario Registri, contatori, codificatori e decodificatori: SZ 4B, 5B Software dedicati: dove necessario e 5C Lessico e terminologia tecnica di settore anche in lingua Diagrammi vettoriali: SZ. 8A inglese: dove necessario Circuiti magnetici: SZ. 7B Accoppiamento di circuiti: SZ. 7C 6

7 0030.presentazionePROA.fm Page 7 Saturday, January 14, :40 AM Presentazione Corrispondenza tra conoscenze delle linee guida ministeriali, unità di apprendimento (U.A.) e relative sezioni (SZ.) Secondo biennio - Articolazione Automazione - vol. 1 (III anno) Le conoscenze ministeriali non considerate sono relative ad altri volumi del corso Alcune conoscenze ministeriali possono comparire in più volumi Principi e teoremi per lo studio delle reti elettriche: U.A. 1 Unità di misura delle grandezze elettriche: SZ. 1C e 8 La strumentazione di base: SZ. 1C Tipologie di segnali: SZ. 1C Simbologia e norme di rappresentazione: dove necessario Rappresentazione vettoriale dei segnali sinusoidali: SZ. 8A Principi di funzionamento e caratteristiche di impiego della Componenti reattivi, reattanza e impedenza: SZ. 8A strumentazione di laboratorio: SZ. 1C Il metodo simbolico: SZ. 8A Manuali di istruzione: dove necessario Bilancio energetico nelle reti elettriche: SZ. 1B, 1D e 8B Teoria delle misure e della propagazione degli errori: SZ. Sistema di numerazione binaria: SZ. 3A e 3B 1C Algebra di Boole: SZ. 3C Metodi di rappresentazione e di documentazione: dove Rappresentazione e sintesi delle funzioni logiche: SZ. 3C necessario Le famiglie dei componenti logici: SZ. 4A Fogli di calcolo elettronico: lab. SZ. 2C Reti logiche combinatorie e sequenziali: U.A. 3, 4 e 5 Concetti fondamentali sul campo elettrico e sul campo Registri, contatori, codificatori e decodificatori: U.A. 4 e 5 magnetico: SZ. 2A e 7A Dispositivi ad alta scala di integrazione: U.A. 6 Conservazione e dissipazione dell energia nei circuiti elettrici e nei campi elettromagnetici: SZ. 1B, 1D, 8B e 7B Dispositivi programmabili: U.A. 6 La fenomenologia delle risposte, regimi transitorio e permanente: SZ. 2C e 7C inglese: dove Lessico e terminologia tecnica di settore anche in lingua necessario Corrispondenza tra conoscenze delle linee guida ministeriali, unità di apprendimento (U.A.) e relative sezioni (SZ.) Secondo biennio - Articolazione Elettronica - vol. 2 + fascicolo di completamento (I anno) Le conoscenze ministeriali non considerate sono relative ad altri volumi del corso Alcune conoscenze ministeriali possono comparire in più volumi Caratteristiche dei componenti attivi e passivi: SZ. 11A, Comparatori, sommatori, derivatori, integratori e filtri attivi: 13A e 13B SZ. 13C, 15B e U.A. 16 Caratteristiche dei circuiti integrati: SZ. 13C Uso del feed-back nell implementazione di caratteristiche Componenti circuitali e loro modelli equivalenti: SZ. 12A, tecniche: SZ. 12B e 13C 13A e 13B, U.A. 21(EN) Le condizioni di stabilità: SZ. 15A e 15B Teoria dei quadripoli: SZ. 12A Unità di misura delle grandezze elettriche: dove necessario Analisi armonica dei segnali: SZ. 15A Filtri passivi: SZ. 15A Simbologia e norme di rappresentazione: dove necessario La fenomenologia delle risposte, regimi transitorio e permanente: U.A. 15 Principi di funzionamento e caratteristiche di impiego della Risposte armoniche dei circuiti: U.A. 15 strumentazione di laboratorio: nei laboratori Risonanza serie e parallelo: SZ 15A I manuali di istruzione: dove necessario Bande di frequenza: U.A. 15 e SZ. 21(EN)B e 21(EN)C Metodi di rappresentazione e di documentazione: dove Teoria dei sistemi lineari e stazionari: U.A. 12, 13 e 15 necessario Algebra degli schemi a blocchi: SZ. 12B Fogli di calcolo elettronico: lab. SZ. 19(EN)A Studio delle funzioni di trasferimento: U.A. 15 Principi di funzionamento, tecnologie e caratteristiche di Rappresentazioni: polari e logaritmiche S.Z. 12A, 15A e impiego dei componenti circuitali: SZ. 11A, U.A. 16 e 15B 21(EN) Gli amplificatori: principi di funzionamento, classificazioni Elementi fondamentali delle macchine elettriche: U.A. 17 e e parametri funzionali tipici: U.A. 12, 13,15 e 21(EN) 19(EN) Tipi, modelli e configurazioni tipiche dell amplificatore operazionale: SZ. 16C inglese: dove Lessico e terminologia tecnica di settore anche in lingua necessario 7

8 0030.presentazionePROA.fm Page 8 Saturday, January 14, :40 AM Presentazione Corrispondenza tra conoscenze delle linee guida ministeriali, unità di apprendimento (U.A.) e relative sezioni (SZ.) Secondo biennio - Articolazione Elettrotecnica - vol. 2 + fascicolo di completamento (I anno) Le conoscenze ministeriali non considerate sono relative ad altri volumi del corso Alcune conoscenze ministeriali possono comparire in più volumi Componenti circuitali e i loro modelli equivalenti: SZ. 11A Unità di misura delle grandezze elettriche: dove necessario e U.A. 13 Sistemi polifase sistemi simmetrici: U.A. 19(ET) Simbologia e norme di rappresentazione: dove necessario Reti elettriche trifase con diverse tipologie di carico: U.A. 19(ET) Principi di funzionamento e caratteristiche di impiego Rifasamento: SZ. 19(ET)B della strumentazione di laboratorio: nei laboratori Analisi armonica dei segnali: SZ. 15A I manuali di istruzione: dove necessario Filtri: SZ. 15A e 15B Metodi di rappresentazione e di documentazione: dove La fenomenologia delle risposte, regimi transitorio e permanente: U.A. 15 Fogli di calcolo elettronico: lab. SZ. 20(ET)A necessario Risposte armoniche, risonanza serie e parallelo: SZ. 15A Funzionamento delle macchine elettriche: U.A. 17 e Teoria dei sistemi lineari e stazionari: U.A. 12, 13 e 15 20(ET) Algebra degli schemi a blocchi: SZ. 12B Trasformatore: principio di funzionamento e utilizzo: U.A. Studio delle funzioni di trasferimento: U.A (ET) Rappresentazioni: polari e logaritmiche: SZ. 12A e U.A. Dispositivi elettronici di potenza: U.A La componentistica degli impianti civili ed industriali ed i Gli amplificatori: principi di funzionamento, classificazioni dispositivi di sicurezza: U.A. 21(ET) e parametri funzionali tipici: U.A. 12 e 13 Progettazione e dimensionamento di impianti elettrici in Uso del feed-back nell implementazione di caratteristiche BT a correnti forti e a correnti deboli: U.A. 21(ET) tecniche: SZ. 12B Rifasamento degli impianti utilizzatori: SZ. 19(ET)B Le condizioni di stabilità: SZ. 15A Riferimenti tecnici e normativi: dove necessario Tipi, modelli e configurazioni tipiche dell amplificatore Manualistica d uso e di riferimento: dove necessario operazionale: SZ. 13C Software dedicati: dove necessario Comparatori, sommatori, derivatori, integratori: SZ. 15B Lessico e terminologia tecnica di settore anche in lingua e U.A. 16 inglese: dove necessario Corrispondenza tra conoscenze delle linee guida ministeriali, unità di apprendimento (U.A.) e relative sezioni (SZ.) Secondo biennio - Articolazione Automazione - vol. 2 (I anno) Le conoscenze ministeriali non considerate sono relative ad altri volumi del corso Alcune conoscenze ministeriali possono comparire in più volumi Teoria dei quadripoli: SZ. 12A Uso del feed-back nell implementazione di caratteristiche Analisi armonica dei segnali: SZ. 15A tecniche: SZ. 12B Filtri passivi: SZ. 15A Condizioni di stabilità: SZ. 15A Le risposte armoniche e fenomeni di risonanza: 15A Unità di misura delle grandezze elettriche: dove necessario Teoria dei sistemi lineari e stazionari: SZ. 12, 13 e 15 Algebra degli schemi a blocchi: SZ. 12B Simbologia e norme di rappresentazione: dove necessario Studio delle funzioni di trasferimento: SZ. 15A e 15B Rappresentazioni polari e logaritmiche: SZ. 12A e U.A. Principi di funzionamento e caratteristiche di impiego 15 della strumentazione di laboratorio: nei laboratori Gli amplificatori: principi di funzionamento, classificazioni Manuali di istruzione: dove necessario e parametri funzionali tipici: U.A. 12, 13 e 15 Metodi di rappresentazione e di documentazione: dove Tipi, modelli e configurazioni tipiche dell amplificatore necessario operazionale: SZ. 13C Principi di funzionamento, tecnologie e caratteristiche di Comparatori, sommatori, derivatori, integratori e filtri impiego dei componenti circuitali: SZ. 11A e U.A. 13 attivi: SZ. 15C e U.A. 16 Elementi fondamentali delle macchine elettriche: U.A. 17 Dispositivi elettronici di potenza: U.A. 18 Lessico e terminologia tecnica di settore anche in lingua inglese: dove necessario 8

9 0040.indice.fm Page 9 Monday, January 16, :38 PM Indice unità di apprendimento 11 I diodi e le loro applicazioni Sezione 11A Diodi e loro applicazioni 1 Premessa 20 2 Il diodo raddrizzatore 20 Diodo ideale e diodo reale 21 Resistenza differenziale 23 3 I circuiti raddrizzatori 25 Raddrizzatori monofase a semionda con carico resistivo 25 Raddrizzatori monofase a onda intera con carico resistivo 26 Confronto tra raddrizzatori monofase 28 Raddrizzatori trifase con carico resistivo 28 Raddrizzatori su carico ohmico-induttivo 30 4 Alimentatori con filtro capacitivo 32 Dimensionamento del filtro capacitivo 33 5 I diodi zener 37 F acciamo il punto I diodi e gli alimentatori 40 6 Altri tipi di diodi 40 Diodi LED 40 Fotodiodi 42 Diodi varicap 42 Diodi Schottky 42 7 La fisica dei diodi 43 La fisica dei semiconduttori 43 Il drogaggio 44 Correnti di diffusione e di deriva 45 La fisica della giunzione PN 45 Tensione di breakdown 46 I diodi LED 47 ERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 48 non solo teoria 1 L evoluzione dei diodi, 32 2 Un semplice alimentatore stabilizzato per circuiti digitali, 39 3 Un illuminatore a infrarossi per telecamere, 42 11A Approfondimenti 11A.1 Calcolo della resistenza differenziale 11A.2 Studio analitico del filtro capaitivo Schede integrative 11A.1 I diodi commerciali 11A.2 Sigle dei componenti discreti a semiconduttore 11A.3 I data sheet degli zener e dei LED 11A.4 Approfondimenti sulla fisica dei diodi Problemi integrativi 11B Teoria, test e problemi Laboratorio integrativo 11B.1 Analisi sperimentale dei circuiti limitatori, test e problemi 9

10 0040.indice.fm Page 10 Monday, January 16, :38 PM Indice unità di apprendimento 12 I quadripoli e gli amplificatori Sezione 12A I quadripoli 1 Premessa 60 2 I generatori dipendenti 61 3 L amplificatore 62 Caratteristiche di un amplificatore 63 4 Il decibel 67 ERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 70 Sezione 12B Retroazione negativa 1 Schema a blocchi 73 Sistemi ad anello aperto 74 Sistemi ad anello chiuso e retroazione 74 2 Amplificatori a retroazione negativa 75 Effetti della retroazione sul guadagno 75 Effetti della retroazione sui disturbi 77 Effetti della retroazione sulla distorsione 80 Altri effetti della retroazione 81 F acciamo il punto La retroazione negativa 81 ERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 82 non solo teoria 1 La retroazione negativa in natura, 77 12A 12B Approfondimenti 12B.1 Retroazione negativa e positiva 12B.2 Il fattore di desensibilizzazione Problemi integrativi unità di apprendimento 13 Amplificatori in centro banda Sezione 13A La polarizzazione dei BJT 1 Il transistor a giunzione bipolare e le sue curve caratteristiche 88 2 Studio della polarizzazione del BJT per via grafica 90 erifica della polarizzazione di un BJT 91 Zona attiva 92 Saturazione e interdizione 92 F acciamo il punto Curve caratteristiche del BJT 93 3 Idealizzazione del modello statico del BJT 93 4 Studio analitico della polarizzazione in zona attiva 94 Polarizzazione a emettitore comune 95 Altri tipi di polarizzazione 95 Polarizzazione automatica 96 Polarizzazione automatica con alimentazione singola 98 Polarizzazione automatica con partitore di base 98 F acciamo il punto Studio analitico della polarizzazione La fisica del BJT 101 ERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 103 non solo teoria 1 Le origini del transistor, 90 Sezione 13B L amplificatore a emettitore comune 1 Studio grafico dell amplificatore a emettitore comune senza il carico di uscita Considerazioni su linearità e sovrapposizione degli effetti 113 F acciamo il punto Studio grafico 114 dell amplificatore a emettitore comune 3 Circuito equivalente del BJT ai piccoli segnali 114 Il parametro h ie 116 Il parametro h re 116 Il parametro h fe 117 Il parametro h oe Studio analitico dell amplificatore a emettitore comune

11 0040.indice.fm Page 11 Monday, January 16, :38 PM Indice F acciamo il punto Studio grafico analitico dell amplificatore a emettitore comune 122 ERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 123 non solo teoria 1 Un level meter per sistemi audio, Un circuito che allarga il fronte stereofonico, 121 Sezione 13C L amplificatore operazionale e le sue applicazioni in campo lineare 1 L amplificatore opeazionale ideale 128 Caratteristiche dell operazionale ideale La configurazione invertente La configurazione non invertente 132 L inseguitore di tensione Il rapporto di reiezione di modo comune 145 F acciamo il punto Utilità e caratteristiche del differenziale 9 Le caratteristiche elettriche degli operazionali reali 147 F acciamo il punto Confronto tra operazionali ideali e operazionali reali ERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 152 non solo teoria 1 Dal passato al presente, Preamplificatore a batteria per microfono di cellulare o cordless, Le origini del ponte di Wheatstone, Semplice impianto Home Theatre, Tensione di riferimento con buffer in uscita, 150 F acciamo il punto OP-AMP usato come amplificatore lineare Alimentazione di un amplificatore operazionale Amplificatore sommatore Amplificatore differenziale 138 F acciamo il punto Applicazioni lineari degli OP-AMP Importanza dell amplificatore differenziale A Schede integrative 13A.1 Studio analitico del funzionamento on-off del BJT 13A.2 Stabilizzazione del punto di funzionamento a riposo 13A.3 I data sheet dei transistor bipolari 13A.4 Modalità di polarizzazione delle giunzioni dei BJT Problemi integrativi 13B Approfondimento 13B.1 La retta di carico statica Scheda integrativa 13B.1 Studio grafico dell amplificatore a emettitore comune con il carico in uscita Problemi integrativi Laboratorio integrativo 13B.2 La misura dei parametri h 13C Approfondimenti 13C.1 Analisi della configurazione invertente tramite retroazione 13C.2 Analisi della configurazione non invertente tramite retroazione 13C.3 I guadagni di un amplificatore differenziale Schede integrative 13C.1 La struttura circuitale di un operazionale 13C.2 I data sheet degli operazionali 13C.3 Integrazioni sugli operazionali 13C.4 Operazionali con alimentazione singola Problemi integrativi Laboratori integrativi 13C.6 Analisi sperimentale di un circuito sommatore 13C.7 alutazione quantitativa di un amplificatore differenziale 11

12 0040.indice.fm Page 12 Monday, January 16, :38 PM Indice unità di apprendimento 14 Alimentatori classici Sezione 14A Stabilizzatori lineari 1 Struttura degli alimentatori 160 F acciamo il punto Alimentatori stabilizzati Fattori di stabilità degli alimentatori stabilizzati Stabilizzatori lineari con integrati Stabilizzatori lineari a operazionali 164 F acciamo il punto Circuiti stabilizzatori Stabilizzatori integrati a tre terminali 167 Regolatori a tensione di uscita fissa positiva 167 Regolatori a tensione di uscita fissa negativa 168 Regolatori a tensione di uscita variabile 169 ERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 172 non solo teoria 1 Un alimentatore duale, Un riduttore di tensione per automobile, Alimentatore stabilizzato con uscita regolabile 7 23, A Approfondimenti 14A.1 Studio analitico del Darlington 14A.2 Aumentare la corrente di uno stabilizzatore integrato Schede integrative 14A.1 Stabilizzatori lineari a BJT 14A.2 Limitazione della corrente negli stabilizzatori lineari 14A.3 Stabilizzatori multimediali Problemi integrativi Laboratori integrativi 14A.1 Analisi sperimentale di uno stabilizzatore con operazionale e BJT 14A.2 Analisi sperimentale di uno stabilizzatore con integrato a tre terminali unità di apprendimento 15 Il dominio della frequenza Sezione 15A Fourier e Bode I filtri passivi 1 Teorema di Fourier 176 F acciamo il punto L analisi armonica Analisi di un circuito lineare a regime sinusoidale 180 Metodo simbolico Come ricavare la funzione di trasferimento di un circuito Poli, zeri e fattorizzazione della funzione di trasferimento Risposta in frequenza e diagrammi di Bode I diagrammi di Bode in un caso semplice: il filtro RC passa-basso 185 Modulo della funzione di trasferimento 186 Fase della funzione di trasferimento Il filtro RC passa-alto Tracciamento dei diagrammi di Bode con poli e zeri reali 190 Diagramma del modulo 190 Diagramma della fase 193 Metodi semplici per tracciare i diagrammi di Bode 194 F acciamo il punto Funzioni di trasferimento e diagrammi di Bode Filtri passivi RL del primo ordine Filtri passivi di ordine superiore al primo 198 Circuito risonante serie 198 Circuito risonante parallelo 201 Filtro RC passa-banda 202 Filtro a doppio T Il problema della stabilità 207 ERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere209 non solo teoria 1 Bode e Fourier per valutare gli amplificatori HI-FI, Un semplice equalizzatore grafico, Misuriamo la distorsione armonica THD,

13 0040.indice.fm Page 13 Monday, January 16, :38 PM Indice Sezione 15B La risposta in frequenza degli amplificatori 1 Premessa Frequenza di taglio inferiore: il filtro attivo passa-alto Frequenza di taglio superiore: i filtri attivi passa-basso e passa-banda Limiti in frequenza di un operazionale reale Circuiti derivatori e integratori 230 Derivatore attivo 230 Integratore attivo 232 F acciamo il punto La risposta in frequenza negli amplificatori con operazionali La distorsione di un amplificatore 235 Distorsione lineare 235 Distorsione non lineare 236 ERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere238 non solo teoria 1 Un riduttore di fruscio audio, Un circuito panning a due canali, A Approfondimenti 15A.1 Fisica realizzabilità di una funzione di trasferimento 15B Schede integrative 15B.1 Determinazione della banda passante di un generico amplificatore 15B.2 Il progetto con amplificatori operazionali 15B.3 La risposta all onda quadra di un amplificatore 15C Teoria Test e problemi unità di apprendimento16 Le applicazioni non lineari degli operazionali Sezione 16A Limitatori e raddrizzatori 1 Circuiti limitatori Raddrizzatori di precisione 250 F acciamo il punto Limitatori attivi e raddrizzatori di precisione 254 ERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 255 non solo teoria 1 Misuriamo la corrente con un voltmetro, Misuriamo la tensione efficace con un voltmetro in continua, 254 Sezione 16B Comparatori e circuiti logaritmici 1 I comparatori Comparatori con isteresi 265 F acciamo il punto I comparatori Amplificatori logaritmici e antilogaritmici 268 ERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 271 non solo teoria 1 Un voltmetro a LED per misurare l alimentazione dei circuiti digitali, Controllo dello stato di salute della batteria di un automobile, A Scheda integrativa 16A.1 Applicazioni dei raddrizzatori di precisione 16B Scheda integrativa 16B.1 I comparatori commerciali 13

14 0040.indice.fm Page 14 Monday, January 16, :38 PM Indice unità di apprendimento 17 Introduzione alle macchine elettriche Classificazione e parametri Sezione 17A delle macchine elettriche 1 Classificazione delle macchine elettriche Perdite e rendimento nelle macchine elettriche Dati di targa 279 ERIFICA Test Problemi svolti A unità di apprendimento 18 Elettronica di potenza Sezione 18A I BJT e i MOS 1 Pilotaggio ON-OFF di carichi di potenza con BJT e MOS 282 Particolari MOS di potenza Controllo di potenza lineare Controllo di potenza in PWM 288 F acciamo il punto Il pilotaggio di potenza 290 con il transistor ERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 291 Sezione 18B La dissipazione termica 1 Premessa Dispositivi in funzionamento continuo Dispositivi in funzionamento impulsivo I radiatori termici 297 Caratteristiche statiche Il TRIAC Il DIAC Il GTO L innesco dei tiristori 309 Innesco di SCR e TRIAC funzionanti in AC 310 Innesco e spegnimento degli SCR funzionanti in DC 314 Innesco dei GTO 315 F acciamo il punto Tiristori Uso degli accoppiatori ottici 317 F acciamo il punto Gli accoppiatori ottici Il dimensionamento termico dei tiristori 323 ERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 324 non solo teoria 1 I contenitori per tiristori, Realizziamo un semplice variatore di luce, 313 F acciamo il punto La dissipazione termica 302 ERIFICA Problemi svolti Problemi da svolgere 303 Sezione 18C I tiristori 1 Generalità sui tiristori Il diodo controllato 305 Sezione 18D Alimentatori a commutazione 1 Alimentatori stabilizzati a commutazione Convertitori DC/DC senza trasformatore 330 Convertitore di tipo step-down (o buck) 330 Convertitore di tipo step-up (o boost)

15 0040.indice.fm Page 15 Monday, January 16, :38 PM Indice Convertitore di tipo inverter (o buck-boost) 337 Considerazioni per il progetto dei convertitori Regolatori switching 339 Il regolatore integrato L Il regolatore switching LM F acciamo il punto Gli alimentatori a commutazione 344 ERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere345 non solo teoria 1 Un alimentatore stabilizzato del tipo step-down, Un alimentatore stabilizzato del tipo step-up, Un convertitore dc-dc del tipo step-up per elevare la tensione di una batteria, A Schede integrative 18A.1 I transistor di potenza 18A.2 Ulteriori note sul pilotaggio di potenza ON-OFF 18B 18C Approfondimento 18C.1 Il valore medio e il valore efficace Scheda integrativa 18C.1 Protezioni nei circuiti con tiristori 18D Scheda integrativa 18D.1 Alimentatori switching Lezioni Multimediali Sezione 13A La polarizzazione dei BJT 1 La polarizzazione del BJT La polarizzazione automatica 352 Sezione 13C L amplificatore operazionale e le sue applicazioni in lineare 1 L amplificatore operazionale ideale L operazionale usato come amplificatore 356 La configurazione invertente 356 La configurazione non invertente 357 Sezione 15B La risposta in frequenza degli amplificatori 1 La configurazione invertente senza limiti di banda Come limitare la risposta in frequenza supponendo l operazionale ideale La risposta in frequenza con un operazionale reale Il comportamento in frequenza di un amplificatore audio La valutazione della distorsione armonica in un amplificatore 368 Sezione 18C I tiristori 1 Il diodo controllato (SCR) in DC Il diodo controllato come raddrizzatore Il TRIAC e il suo funzionamento I disturbi alle radiofrequenze

16 0040.indice.fm Page 16 Monday, January 16, :38 PM Indice Schede di Laboratorio Laboratorio 11 Scheda di laboratorio 11A.1 Uso di LabIEW per studiare i diodi 383 Scheda di laboratorio 11A.2 Tracciamento della caratteristica di trasferimento di un diodo raddrizzatore 383 Scheda di laboratorio 11A.3 Tracciamento della curva caratteristica di un circuito raddrizzatore 385 Scheda di laboratorio 11A.4 Analisi sperimentale di un alimentatore con filtro capacitivo e raddrizzatore a semionda 386 Scheda di laboratorio 11A.5 Analisi sperimentale di un alimentatore con filtro capacitivo e raddrizzatore a ponte 389 Scheda di laboratorio 11A.6 Tracciamento della curva caratteristica di un diodo zener 390 Scheda di laboratorio 11B.1 Analisi sperimentale dei circuiti limitatori Laboratorio 13 Scheda di laboratorio 13A.1 Rilievo sperimentale delle curve caratteristiche di ingresso di un BJT 391 Scheda di laboratorio 13A.2 Rilievo sperimentale delle curve caratteristiche di uscita di un BJT 392 Scheda di laboratorio 13A.3 Analisi della polarizzazione di un BJT in zona lineare 394 Scheda di laboratorio 13B.1 Analisi sperimentale dell amplificatore a emettitore comune 395 Scheda di laboratorio 13B.2 La misura dei parametri h Scheda di laboratorio 13C.1 Uso di LabIEW per valutare gli operazionali 397 Scheda di laboratorio 13C.2 Analisi sperimentale della configurazione invertente 398 Scheda di laboratorio 13C.3 Analisi sperimentale della configurazione non invertente 400 Scheda di laboratorio 13C.4 La misura dei parametri statici di un operazionale 401 Scheda di laboratorio 13C.5 La misura del CMRR di un amplificatore differenziale 403 Scheda di laboratorio 13C.6 Analisi sperimentale di un circuito sommatore Scheda di laboratorio 13C.7 alutazione qualitativa di un amplificatore differenziale Laboratorio 14 Scheda di laboratorio 14A.1 Analisi sperimentale di uno stabilizzatore con operazionale e BJT Scheda di laboratorio 14A.2 Analisi sperimentale di uno stabilizzatore con integrato a tre terminali Laboratorio 15 Scheda di laboratorio 15A.1 Guida all analisi armonica tramite PC 404 Scheda di laboratorio 15A.2 Tracciamento dei diagrammi di Bode partendo dalla funzione di trasferimento 406 Scheda di laboratorio 15A.3 Analisi nel dominio del tempo e della frequenza di un RC passa-basso

17 0040.indice.fm Page 17 Monday, January 16, :38 PM Indice Scheda di laboratorio 15B.1 Misura della risposta in frequenza di un amplificatore con OP-AMP 410 Scheda di laboratorio 15B.2 La misura del prodotto guadagno-banda di un operazionale 412 Scheda di laboratorio 15B.3 La misura dello slew rate di un operazionale 413 Laboratorio 16 Scheda di laboratorio 16A.1 Analisi sperimentale dei raddrizzatori di precisione 415 Scheda di laboratorio 16B.1 Analisi sperimentale dei comparatori senza isteresi 416 Scheda di laboratorio 16B.2 Analisi sperimentale dei comparatori con isteresi 418 Scheda di laboratorio 16B.4 Comparatore a finestra con Multisim e LabIEW 420 Laboratorio 18 Scheda di laboratorio 18A.1 alutazione dei fenomeni di sovratensione in commutazione su carichi induttivi 422 Scheda di laboratorio 18A.2 Regolazione di potenza in PWM 423 Scheda di laboratorio 18C.1 Analisi sperimentale dei circuiti con i tiristori 424 Scheda di laboratorio 18D.1 Progettazione e ottimizzazione di un alimentatore stabilizzato mediante l ambiente di sviluppo on line WEBENCH 425 Scheda di laboratorio 16B.3 Confronto tra comparatori senza isteresi e comparatori con isteresi 419 Bibliografia, 429 Indice analitico,

18 0040.indice.fm Page 18 Monday, January 16, :38 PM

19 0050.U11_apertura.fm Page 19 Saturday, January 14, :42 AM unità di apprendimento 11 I diodi e le loro applicazioni Obiettivo di competenza finale conoscere il comportamento dei diversi diodi e saperlo giustificare fisicamente. Saper analizzare e progettare semplici circuiti con i diodi, ricorrendo anche al laboratorio e a software commerciali S ezione 11A Diodi e loro applicazioni fondamentali obiettivo di competenza intermedio conoscere e saper usare i diodi raddrizzatori, zener e LED effettuando l analisi e il dimensionamento di semplici circuiti applicativi, quali raddrizzatori, alimentatori e visualizzatori S ezione 11B Ulteriori applicazioni dei diodi obiettivo di competenza intermedio conoscere i principi su cui si basano i circuiti limitatori, clamper e moltiplicatori Nel libro 11A Approfondimenti 11A.1 Calcolo della resistenza differenziale 11A.2 Studio analitico del filtro capacitivo Schede integrative 11A.1 I diodi commerciali 11A.2 Sigle dei componenti discreti a semiconduttore 11A.3 I data sheet degli zener e dei LED 11A.4 Approfondimenti sulla fisica dei diodi Problemi integrativi 11B Teoria, test e problemi Laboratorio integrativo 11B.1 Analisi sperimentale dei circuiti limitatori, test e problemi 11A Teoria, test e problemi Laboratori 11A.1, 11A.2, 11A.3, 11A.4, 11A.5 e 11A.6

20 0060.U11_UD11A.fm Page 20 Saturday, January 14, :51 AM sezione 11 A Diodi e loro applicazioni fondamentali resistenza deriva valenza zener raddrizzatore intera corrente PN banda diffusione conduzione ripple rottura diodo drogaggio giunzione Graetz valanga stabilizzatore effetto tensione onda fuga breakdown ponte soglia semionda capacitivo filtro differenziale L ED PAROLE CHIAE 1. Premessa Come sarà chiarito nel prossimo paragrafo il diodo può essere considerato come un caso particolare di resistore non lineare. Sebbene la categoria dei dispositivi non lineari e, più in generale, dei circuiti non lineari sia molto vasta e richieda, nella maggioranza dei casi, metodi di indagine di notevole complessità, i circuiti a diodi, di notevole rilevanza nelle applicazioni elettriche ed elettroniche, non sempre richiedono eccessive complicazioni concettuali per la loro comprensione. Categorie di diodi Esistono diverse categorie di diodi, tra questi i più significativi sono: i diodi raddrizzatori; i diodi zener; i diodi LED; i fotodiodi; i diodi varicap; i diodi Schottky. In questa unità di apprendimento ci occuperemo soprattutto dei primi due tipi, mentre degli altri verranno fornite solo delle note essenziali. 2. Il diodo raddrizzatore In questo paragrafo vogliamo occuparci del diodo raddrizzatore, detto anche semplicemente diodo. Questi dispositivi sono concepiti per avere un solo verso di conduzione significativo (polarizzazione diretta), altrimenti (polarizzazione inversa) la conduzione è poco significativa purché non venga superato un certo valore di tensione detta di rottura. Diremo diodo raddrizzatore un qualsiasi diodo utilizzato in modo da presentare una tensione di rottura inversa sempre superiore all eventuale tensione inversa del segnale. 20

21 0060.U11_UD11A.fm Page 21 Saturday, January 14, :51 AM Diodi e loro applicazioni fondamentali sezione 11 A Scheda integrativa 11A.1 I diodi commerciali Classificazione Scheda integrativa 11A.2 Sigle componenti discreti a semiconduttore L invenzione del diodo si deve all inglese John Ambrose Fleming ( ) che brevettò il primo diodo nella forma di valvola termoionica. I primi studi sull emissione termoionica (emissione di elettroni da parte dei metalli portati all incandescenza) si devono allo statunitense Thomas Alva Edison ( ) che brevettò la lampada a incandescenza (tutt ora usata) e all inglese Owen Richardson ( ) che, per questi studi, ricevette il Premio Nobel nel Il nome assume pertanto un significato più ampio di quello derivante dall applicazione circuitale che richiama (e che verrà affrontata più avanti). olendo fare una classificazione di questi diodi la cui funzione è, in ultima analisi, quella di bloccare qualsiasi corrente inversa a quella di conduzione del diodo, si potrebbe considerare la seguente (tenendo presente che alcuni diodi potrebbero rientrare anche in più categorie). Diodi per usi generali (general purpose diodes): diodi per usi generici che non richiedono l ottimizzazione di nessun particolare parametro elettrico. Normalmente presentano tensioni di rottura di alcune decine di volt e limiti massimi di corrente in conduzione diretta di alcune centinaia di ma. Un esempio potrebbe essere il BA17. Diodi per commutazione (switching diodes): diodi previsti per lavorare con segnali che presentano commutazioni molto veloci. Devono quindi presentare valori piccoli del tempo di recupero (recovery time). Un esempio potrebbe essere il diodo 1N4148. Talvolta si inseriscono in questa categoria anche i diodi previsti per applicazioni in alta frequenza (per esempio sintonizzatori HF). In questi casi, come vedremo più avanti, è molto importante che sia piccola la resistenza differenziale. Un esempio di questo secondo tipo potrebbe essere il BA243. Diodi per segnali piccoli (small signal diodes). Si tratta di diodi previsti per piccole correnti (al massimo alcune centinaia di ma) e tensioni di rottura non molto alte ( max) e usi non particolarmente specifici. Fanno parte di questa categoria, per esempio, i diodi 1N4148 e BA17 già nominati in precedenza. Diodi raddrizzatori (rectifier diodes). Sono i raddrizzatori in senso classico previsti per raddrizzare la tensione di rete o comunque tensioni alternate spesso di notevole ampiezza; sono pertanto previsti per correnti e tensioni alte. Un esempio può essere l 1N Sono molto diffusi in questa categoria i raddrizzatori a ponte integrati (vedi paragrafo 3). Diodi raddrizzatori veloci (fast rectifiers-soft recovery). Si tratta di diodi previsti per lavorare in potenza ma con bassi tempi di commutazione. Devono quindi presentare valori piccoli del tempo di recupero (recovery time). Sono particolarmente adatti per gli alimentatori a commutazione. Un esempio può essere il BYG20D. Diodo ideale e diodo reale Diodo ideale Idealmente il diodo è un componente che presenta un solo verso di conduzione possibile e che in queste condizioni manifesta una resistenza nulla; in caso contrario la resistenza è infinita. I = /R anodo I = 0 catodo R R catodo anodo a) b) Figura 1 Il diodo ideale se polarizzato direttamente (a) ha una resistenza nulla, se polarizzato inversamente (b) ha una resistenza infinita. Più precisamente il diodo ideale si comporta da resistenza nulla se è polarizzato direttamente (fig. 1a) e quindi risulta I = /R. Si comporta invece da resistenza infinita se è polarizzato inversamente (fig. 1b) e quindi risulta I = 0. 21