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; 7//25 - SisElnB2-24 DDC 7//25-2 SisElnB2-24 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, ); 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 ). CATENA TX OSCILLATOI A/D D/A 7//25-3 SisElnB2-24 DDC 7//25-4 SisElnB2-24 DDC Amplificaore di poenza F Amplificaore a basso rumore (*) CATENA TX L amplificaore di uscia del rasmeiore deve fornire poenza a radiofrequenza: A/D - amplificare un risreo campo D/A di frequenze (8-9 MHz, CATENA oppurex,8-,9 GHz) - avere una discrea poenza di uscia (conrollabile, OSCILLATOI da pochi mw a 2,5 W) - avere un alo rendimeno (per limiare il consumo della baeria e le perdie in calore) >>>> AMPLIFICATOE ACCODATO D/A L amplificaore di ingresso del riceviore deve amplificare segnali con ampia dinamica (molo OSCILLATOI 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). CATENA TX - avere un rumore molo basso (per non peggiorare la qualià del segnale) >>>> AMPLIFICATOE A BASSO UMOE A/D 7//25-5 SisElnB2-24 DDC 7//25-6 SisElnB2-24 DDC Page 24 DDC
Amplificaore audio Amplificaori inconinua L amplificaore del segnale audio verso l aloparlanea/d deve raare le frequenze audio, senza inrodurre D/A disorsione: - amplificare nel campo di frequenze audio (per la elefonia circa 3 Hz - 3 khz OSCILLATOI ) - avere una poenza di uscia media ( - 5 mw) - avere bassa disorsione (per non peggiorare la qualià del segnale) >>>>>> CATENA AMPLIFICATOE TX A LAGA BANDA (AUDIO) A/D D/A OSCILLATOI 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 AMPLIFICATOI IN COENTE CONTINUA (DC) 7//25-7 SisElnB2-24 DDC 7//25-8 SisElnB2-24 DDC Diversi ipi di amplificaori Celle del I ordine Passa Alo - Audio F in F ou DC Cella C Passa Alo. µf Poenza,2 W 2,5 W 5 W Frequenza khz GHz GHz Banda 3 khz 5 MHz 5 MHz khz isposa in frequenza: sc + sc + sc sτ C τ; V sτ + con i valori indicai: V eff V 2/ -2 kω V 2 () 3 4 Guadagno medio variabile basso alo umore basso basso - - 3 V 3 + 6 j 3 j 3 + j -4 7//25-9 SisElnB2-24 DDC 7//25 - SisElnB2-24 DDC Celle del I ordine Passa Alo - 2 ichiami per la soluzione Cella C Passa Alo. isposa nel empo: ( ) VA + VB e τ ; ( ) VA ; ( ) VA + VB con i valori indicai: ; () VA ; () VA + VB V τ µ F k Ω ms 3 () e V V 2 (V) µf kω V 2 () (ms) 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 (meodi di eleroecnica)» 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 (o agli asindoi),» idenificare le posizioni precise di poli e zeri» risposa al gradino per (cond. CC) e (cond. aperi). 7//25 - SisElnB2-24 DDC 7//25-2 SisElnB2-24 DDC Page 2 24 DDC 2
Effeo di cella passa-alo - Effeo di cella passa-alo - 2 Cella C PA inseria nella maglia di ingresso di amplificaore GkΩ C I i A V i kω µf u 5Ω isoluzione in empo e in frequenza ( mv) inroduce uno zero nell origine e un polo a /τ soluzione numerica: τ Av (per ) generaore G kω generaore C µf I U5Ω V I kω 2kΩ 2kΩ (V) (ms) / +2-2 - 2 9, 7//25-3 SisElnB2-24 DDC 7//25-4 SisElnB2-24 DDC Effeo di cella passa-alo - 3 Celle del I ordine Passa Basso Il condensaore blocca la componene coninua (DC) la DC del segnale di uscia divena indipendene da quella del segnale di ingresso. Cella C Passa Basso. C V 2 () /V 3 4-2 V A V 2 (DC) V A C V V 2 V V 2 (DC) V isposa in frequenza: isposa nel empo: sc sc + + sc C τ; V sτ + V ( ) τ 2 VA + VBe ; ( ) VA V( ) Vr ; ( ) ; VB VA V ( ) ( τ 2 Vr e ) -4 (V) (ms) 7//25-5 SisElnB2-24 DDC 7//25-6 SisElnB2-24 DDC Effeo di cella passa-basso Procedure per analisi di rei C 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 A V i u i kω C u Ω 2kΩ C 47 pf Verifiche sul comporameno dinamico: il frone del gradino ha componeni sperali a frequenza elevaa 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), nei empi inermedi» I ordine: esponenziale» II ordine: sinusoide smorzaa o esponenziale 7//25-7 SisElnB2-24 DDC 7//25-8 SisElnB2-24 DDC Page 3 24 DDC 3
Celle C PB all ingresso e PA in uscia risoluzione: calcolo di / in T e F Esercizio : celle PB e PA isoluzione in empo e in frequenza Combinazione di celle PB e PA / 4 G C2. 5 rad/s) C V 2 Av V 2 V 3 2 VC (V) VC (V) ATTENZIONE! g 6 Ω kω 2,2 kω C 22 pf C2 3,3 µf Av 5 (µs) (ms) Le scale dei empi sono diverse! 7//25-9 SisElnB2-24 DDC 7//25-2 SisElnB2-24 DDC Esercizio - risoluzione T Esercizio - risposa al gradino 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 7//25-2 SisElnB2-24 DDC V( ) V,63 V( ) (V) V,63 5 5 5 τ 5 (ms) (µs) 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 7//25-22 SisElnB2-24 DDC 5 5 (ms) τ ms/div µs/div Separabilià delle cosani di empo Conenui di quesa lezione 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 2 C 2 Vari ipi di amplificaori, disini in base al comporameno in frequenza (AC e DC, banda larga, accordai, ); 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 ). 7//25-23 SisElnB2-24 DDC 7//25-24 SisElnB2-24 DDC Page 4 24 DDC 4
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 LC parallelo. g5ω mv. f variabile circuio equivalene dell anenna A I i Gu 5 pf 2 µh isposa in frequenza isposa al gradino Gm Vs Zc Ineressa la risposa in frequenza, non al gradino 7//25-25 SisElnB2-24 DDC 7//25-26 SisElnB2-24 DDC Amplificaore con cella LC - 2 Amplificaore con cella LC - 3 Zc L // // C u // 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 i VU/VI 6 Ii K Ii C. 5 L isulai numerici L C Z ξ n 7//25-27 SisElnB2-24 DDC 7//25-28 SisElnB2-24 DDC Amplificaore DC Amplificaore DC 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 Obieivo amplificare anche variazioni molo lene (cosani) risposa di ipo passa basso 5 Val Vr ALIMENTATOE. 5 [rad/s] 7//25-29 SisElnB2-24 DDC 7//25-3 SisElnB2-24 DDC Page 5 24 DDC 5
Classificazione in base a G (f) Amplificaore a banda larga Classificazione degli amplificaori in base alla risposa in frequenza Parameri: DC: banda che comprende anche la coninua AC larga banda: AC banda srea (accordai) / 5. 5 [rad/s] Banda passane (a - 3dB) Bp frequenze di aglio F e F2 Guadagno in banda isposa a gradino/onda quadra (Ondulazione in banda). 5 [rad/s] 7//25-3 SisElnB2-24 DDC 7//25-32 SisElnB2-24 DDC Amplificaore accordao Amplificaore in coninua Parameri: Frequenza di risonanza n Banda passane Bp Parameri: 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 [rad/s] 7//25-33 SisElnB2-24 DDC 7//25-34 SisElnB2-24 DDC Conenui di quesa lezione Cella C ra due amplificaori Vari ipi di amplificaori, disini in base al comporameno in frequenza (AC e DC, banda larga, accordai, ); 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 ) Celle C PA o PB possono anche essere inserie ra due amplificaori I V I G i m Gu i Av u U2 i G U i2 V A V 2 V 3 I 3 m V U 7//25-35 SisElnB2-24 DDC 7//25-36 SisElnB2-24 DDC Page 6 24 DDC 6
Da ree con C a doppio bipolo Esercizio 2 Una ree con generaori piloai ed elemeni reaivi può essere ricondoa a un amplificaore, modellao come Doppio Bipolo con opporuni parameri. 2 Ib K Ib 4 3 Calcolare Zi(s) e Av(s) per: Ib K Ib 5 kω 2,2 kω 2 3 kω 4 8 Ω C 5 µf K C 3 4 Zi e Av sono complessi I U Z I V A V V 2 I U Z I V A V V 2 7//25-37 SisElnB2-24 DDC 7//25-38 SisElnB2-24 DDC Esercizio 2 - soluzione Un amplificaore anomalo Sequenza di calcoli: Z4 I4 Ib + K Ib maglia : Zi Z i 2 Ib C K Ib 3 4 Z4 Amplificaore con guadagno di ensione uniario (Av ): i u Ha guadagno in correne Volage follower G kω generaore A V i MΩ u Ω I i k Ω Z i /Ib Zi //Z i Senza V.F. (coll. direo) Vc/Vg Con V.F. Vc/Vg G kω generaore I u Ω i MΩ kω 7//25-39 SisElnB2-24 DDC 7//25-4 SisElnB2-24 DDC Sommario Lezione B2 Prerequisii lezione B3 Tipi di amplificaori in base 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 viso con >>> generalizzao con Z 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 7//25-4 SisElnB2-24 DDC 7//25-42 SisElnB2-24 DDC Page 7 24 DDC 7