SisElnB2 2/4/22 Ingegneria dell Informazione Obieivi del gruppo di lezioni B Modulo SISTEMI ELETTRONICI B - AMPLIFICATORI E DOPPI BIPOLI B.2 - Tipologie di amplificaori» Comporameno dinamico di amplificaori» sposa 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) levare caraerisiche di amplificaori con srumeni base di laboraorio; Confronare i risulai ricavai da analisi di circuii, simulazioni PSPICE, misure sperimenali; 2/4/22 - SisElnB2-22 DDC 2/4/22-2 SisElnB2-22 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, ); sposa 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 R. ALIMENTAZIONE CATENA RX OSCILLATORI D/A MEM 2/4/22-3 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-4 SisElnB2-22 DDC Amplificaore di poenza RF Amplificaore a basso rumore L amplificaore di uscia del rasmeiore deve fornire poenza a radiofrequenza: - amplificare un risreo campo D/A di frequenze MEM (8-9 MHz, CATENA oppure RX,8-,9 GHz) - avere una discrea poenza di uscia (conrollabile, OSCILLATORI da pochi mw a 2,5 W) - avere un alo rendimeno (per limiare il consumo della baeria e le perdie in calore) >>>> AMPLIFICATORE ACCORDATO ALIMENTAZIONE MEM D/A CATENA RX L amplificaore di ingresso del riceviore deve amplificare segnali con ampia dinamica (molo OSCILLATORI deboli e molo fori): - amplificare un risreo campo di frequenze (8-9 MHz, oppure,8-,9 GHz) - acceare all ingresso segnali su ampia dinamica (da pochi µv a qualche mv, con guadagno alo per segnali deboli, basso per segnali fori). - avere un rumore molo basso (per non peggiorare ALIMENTAZIONE la qualià del segnale) >>>> AMPLIFICATORE A BASSO RUMORE 2/4/22-5 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-6 SisElnB2-22 DDC Page 22 DDC
SisElnB2 2/4/22 Amplificaore audio Amplificaori inconinua L amplificaore del segnale audio verso l aloparlane deve raare le frequenze audio, D/A MEM senza inrodurre disorsione: CATENA RX - amplificare nel campo di frequenze audio (per la elefonia circa 3 Hz - 3 khz OSCILLATORI ) - avere una poenza di uscia media ( - 5 mw) - avere bassa disorsione (per non peggiorare la qualià del segnale) >>>>>> AMPLIFICATORE A LARGA BANDA (AUDIO) ALIMENTAZIONE CATENA RX D/A MEM OSCILLATORI Il sisema di alimenazione deve disribuire ensioni cosani a diversi carichi. Per queso scopo occorrono amplificaori in grado di raare anche ensioni e correni coninue. CATENA >>>>>> TX AMPLIFICATORI IN CORRENTE CONTINUA (DC) ALIMENTAZIONE 2/4/22-7 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-8 SisElnB2-22 DDC Diversi ipi di amplificaori Celle del I ordine Passa Alo - Audio RF in RF ou DC Cella RC Passa Alo. µf Poenza,2 W 2,5 W 5 W Frequenza khz GHz GHz Banda 3 khz MHz 5 MHz khz sposa in frequenza: R src V + R src + sτ RC τ; V sτ + con i valori indicai: V V eff /V -2 kω V 2 () 3 4 Guadagno medio variabile basso alo Rumore basso basso - - 3 V 3 + 6 j 3 j 3 + j -4 2/4/22-9 SisElnB2-22 DDC 2/4/22 - SisElnB2-22 DDC Celle del I ordine Passa Alo - 2 chiami per la soluzione Cella RC Passa Alo. sposa nel empo: ( ) VA + VBe τ ; ( ) VA ; ( ) VA + VB con i valori indicai: ; () VA ; () VA + VB V τ µ F k Ω ms 3 () e V V V 2 (V) µf kω V 2 () Procedure per la risoluzione di circuii:» 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, applicando le regole base di eleroecnica (leggi di Ohm e Kirchoff)» eseguire verifiche dimensionali» sosiuire le variabili algebriche con i valori numerici per il comporameno dinamico verificare:» comporameno in frequenza agli esremi (, ),» andameno qualiaivo del diagramma di Bode,» comporameno in banda passane (se esise),» risposa al gradino per (cond. CC) e (cond. aperi). 2/4/22 - SisElnB2-22 DDC 2/4/22-2 SisElnB2-22 DDC Page 2 22 DDC 2
SisElnB2 2/4/22 Effeo di cella passa-alo - Effeo di cella passa-alo - 2 Cella RC PA inseria nella maglia di ingresso di amplificaore R GkΩ I i A V R ikω µf R uω V soluzione in empo e in frequenza inroduce uno zero nell origine e un polo a /τ kω V 2 (V) V 2/V 3 4 R GkΩ I R UΩ -2 µf V V R I kω kω -4 2/4/22-3 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-4 SisElnB2-22 DDC Effeo di cella passa-basso - Celle del I ordine Passa Basso Cella RC Passa Basso inseria nella maglia di uscia di amplificaore soluzione con richiami su risposa T e F di RC passa basso R G R G kω V A V R i R u kω C Ω V V C V U Cella RC Passa Basso. sposa in frequenza: sposa nel empo: V R V + R src + RC τ; V sτ + V ( ) τ 2 VA + VBe ; ( ) VA V( ) Vr ; ( ) ; VB VA C V 2 () /V -2-4 (V) 3 4 V ( ) ( τ 2 Vr e ) 2/4/22-5 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-6 SisElnB2-22 DDC Procedure per analisi di rei RC Esercizio : celle PB e PA Verifiche sul comporameno dinamico: il frone del gradino ha componeni sperali a frequenza elevaa Celle RC PB all ingresso e PA in uscia. soluzione in T e F per f e in corrispondenza 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: esponenziale» II ordine: sinusoide smorzaa o esponenziale C V Av V V 2 2/4/22-7 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-8 SisElnB2-22 DDC Page 3 22 DDC 3
SisElnB2 2/4/22 Combinazione di celle PB e PA Esercizio - risoluzione T soluzione in empo e in frequenza VC (V) (µs) VC (V) / 4. 5 rad/s) 2/4/22-9 SisElnB2-22 DDC Le scale dei empi sono diverse! 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 5 5 (µs) τ τ 2/4/22-2 SisElnB2-22 DDC V( ) V,63 V( ) (V) V,63 5 5 5 τ 5 (µs) Esercizio - risposa al gradino Separabilià delle cosani di empo La risposa al gradino è la combinazione di due ransiori: passa alo, con cosane di empo lunga (τ), associaa al polo verso le frequenze basse (p); passa basso, con cosane di empo breve (τ2), associaa al polo verso le frequenze ale (p2); La risposa osservaa dipende dalla scala dei empi! VC (V) V,63 τ2 5 5 τ ms/div µs/div 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!! R V 2 C 2 R 2 C 2 V 2/4/22-2 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-22 SisElnB2-22 DDC Conenui di quesa lezione chiami su celle del II ordine Vari ipi di amplificaori, disini in base al comporameno in frequenza (AC e DC, banda larga, accordai, ); sposa 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 R. 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 sposa in frequenza sposa al gradino 2/4/22-23 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-24 SisElnB2-22 DDC Page 4 22 DDC 4
SisElnB2 2/4/22 Amplificaore con cella LC - Amplificaore con cella LC - 2 Schema (molo) semplificao dell amplificaore RF di ingresso. Amplificaore con uscia in correne e LRC parallelo. Gm Vs Zc Rg5Ω mv. f variabile circuio equivalene dell anenna Ineressa la risposa in frequenza, non al gradino AI Gu 5 pf 2 µh Zc L // R // C R Ru // R L andameno in frequenza della rispecchia l andameno di Zc. VU VI KII ZC K ZC VI RI ZC 2 s + + s + + R sl RC LC ZC 2 2 s + 2ξns + n VU/VI 6 Ii K Ii R C. 5 L 2/4/22-25 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-26 SisElnB2-22 DDC Amplificaore con cella LC - 3 Amplificaore DC sulai numerici R L C Z L alimenaore deve disribuire ensione cosane a carichi variabili, con: ensione sabile indipendene dal sono possibili variazioni brusche della correne nel è un amplificaore di ensione coninua, con banda larga ξ n Val Vr ALIMENTATORE 2/4/22-27 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-28 SisElnB2-22 DDC Amplificaore DC Classificazione in base a G (f) Obieivo amplificare anche variazioni molo lene (cosani) risposa di ipo passa basso 5 Classificazione degli amplificaori in base alla risposa in frequenza DC: banda che comprende anche la coninua / 5 AC larga banda: AC banda srea (accordai). 5. 5 2/4/22-29 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-3 SisElnB2-22 DDC Page 5 22 DDC 5
SisElnB2 2/4/22 Amplificaore a banda larga Amplificaore accordao Parameri: Banda passane (a - 3dB) Bp Parameri: Frequenza di risonanza n frequenze di aglio F e F2 Guadagno in banda Ondulazione in banda sposa a gradino/onda quadra. 5 Banda passane Bp Bp << n Q sposa a gradino/onda quadra 2. 5 n 2/4/22-3 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-32 SisElnB2-22 DDC Amplificaore in coninua Conenui di quesa lezione Parameri: Banda passane (dalla coninua a F) Guadagno sposa a gradino/onda quadra - offse - derive. 5 Vari ipi di amplificaori, disini in base al comporameno in frequenza (AC e DC, banda larga, accordai, ); sposa 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 R. 2/4/22-33 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-34 SisElnB2-22 DDC Cella RC ra due amplificaori Da ree con RC a doppio bipolo Celle RC PA o PB possono anche essere inserie ra due amplificaori V I Rm Gu Av Ru R m V U Una ree con generaori piloai ed elemeni reaivi può essere ricondoa a un amplificaore, modellao come Doppio Bipolo 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 sono complessi I R U Z I V V A V V 2 2/4/22-35 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-36 SisElnB2-22 DDC Page 6 22 DDC 6
SisElnB2 2/4/22 Esercizio 2 Esercizio 2 - soluzione Calcolare Zi(s) e Av(s) per: Ib K Ib R 5 kω,2 kω R3 kω R4 8 Ω R C 5 µf K C R3 R4 Sequenza di calcoli: Z4 I4 Ib + K Ib maglia : Zi R Z i Ib C K Ib R3 R4 Z4 I I R U 2 Z i /Ib Z I V V A V V 2 Zi R//Z i 2/4/22-37 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-38 SisElnB2-22 DDC Un amplificaore anomalo Sommario Lezione B2 Amplificaore con guadagno di ensione uniario: Ru Ha guadagno in correne Volage follower Senza V.F. (coll. direo) 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 sposa 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 R >>> generalizzao con Z 2/4/22-39 SisElnB2-22 DDC 2/4/22-4 SisElnB2-22 DDC Prerequisii lezione B3 Lezione B3: Limii dei modelli Prerequisii» Tipi di amplificaori» Modelli lineari» Circuio equivalene di amplificaori» Rei R, L, C: risposa in empo e frequenza ferimeni nel eso 2/4/22-4 SisElnB2-22 DDC Page 7 22 DDC 7