Introduzione all’elettronicaIntroduzione all’elettronica

segnale di ingresso

sistema di elaborazione del segnale

segnale di uscita

circuito

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 11

circuito elettronico

circuito elettronico:rete di componenti elettrici passivi (R, C, L) e attivi (diodi, transistor)per l’elaborazione di segnali elettromagnetici

www.rapidrepair.com

Esempio di sistema elettronicoEsempio di sistema elettronico

Sistema, circuiti, dispositiviSistema, circuiti, dispositivi

scheda (Printed Circuit Board - PCB)

sistema completocircuito integrato

VLSI (Very Large

Scale Integration)

(Printed Circuit Board - PCB)

SegnaliSegnaliSegnale: supporto fisico di natura qualunque Segnale: supporto fisico di natura qualunque (elettrica, acustica, ottica, etc.) cui si associa (elettrica, acustica, ottica, etc.) cui si associa

una informazione allo scopo di poterla una informazione allo scopo di poterla trasferire da una sorgente ad un utilizzatore.trasferire da una sorgente ad un utilizzatore.

Esempio:Esempio: temperatura ambiente in un temperatura ambiente in un

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 44

Esempio:Esempio: temperatura ambiente in un temperatura ambiente in un determinato periodo di tempodeterminato periodo di tempo

Tem

pera

tura

Tem

pera

tura

TempoTempo

SegnaliSegnali

segnale di tensione prodotto da un segnale di tensione prodotto da un sensore di luminositàsensore di luminosità

Esempi:Esempi:

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 55

sensore di luminositàsensore di luminosità onda acustica prodotta da un altoparlanteonda acustica prodotta da un altoparlante luce emessa da un semaforoluce emessa da un semaforo onde elettromagnetiche prodotte dal onde elettromagnetiche prodotte dal

trasmettitore di un cellularetrasmettitore di un cellulare …..…..

Segnali analogici e digitaliSegnali analogici e digitaliSegnale analogico: Segnale analogico:

tempo e ampiezza continuatempo e ampiezza continuavv (t)(t)

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 66

tt

Segnali analogici e digitaliSegnali analogici e digitali

Segnale campionato: Segnale campionato:

tempo discreto, ampiezza continuatempo discreto, ampiezza continua

vv (t)(t)

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 77

tt00 tt11 tt22 tt33 tt

Segnali analogici e digitaliSegnali analogici e digitali

Segnale numerico (digitale): Segnale numerico (digitale):

tempo e ampiezza discretatempo e ampiezza discretavv (t)(t)

VV

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 88

tt00 tt11 tt22 tt33 tt

VV11

VV22

VV33

Segnali analogici e digitaliSegnali analogici e digitali

Segnale analogico quantizzato: Segnale analogico quantizzato:

tempo continuo, ampiezza discretatempo continuo, ampiezza discreta

vv (t)(t)VV33

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 99

tt

VV11

VV22

VV33

Architettura tipica di un sistema Architettura tipica di un sistema elettronicoelettronico

conversione A/D

condizionamento del segnale

ingresso

elaborazione numerica del

segnale

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 1010

segnali digitalisegnali analogici

condizionamento del segnale conversione

D/A

uscita

segnale

Architettura tipica di un sistema Architettura tipica di un sistema elettronicoelettronico

condizionamento del segnalecondizionamento del segnale amplificazione, filtraggioamplificazione, filtraggio

conversione A/D e D/Aconversione A/D e D/A trasformazione del segnale da analogico a trasformazione del segnale da analogico a

digitale (A/D) e viceversa (D/A)digitale (A/D) e viceversa (D/A) elaborazione numerica del segnaleelaborazione numerica del segnale

sequenza di operazioni logiche e aritmetichesequenza di operazioni logiche e aritmetiche

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 1111

Elettronica analogicaElettronica analogica

Studia i circuiti che realizzano le operazioni Studia i circuiti che realizzano le operazioni di elaborazione dei segnali analogicidi elaborazione dei segnali analogici amplificatoriamplificatori

filtrifiltriCorso di Elettronica

filtrifiltri convertitori A/D e D/Aconvertitori A/D e D/A circuiti per la conversione di frequenzacircuiti per la conversione di frequenza circuiti per la generazione di segnali periodicicircuiti per la generazione di segnali periodici

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 1212

AmplificazioneAmplificazione

amplificatoreamplificatore

vv (t)(t)

tt

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 1313

vv (t)(t)

tt

FiltraggioFiltraggio

filtrofiltro

v(t)v(t)

tt

V(f)V(f)

ff

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 1414

filtrofiltro

V(f)V(f)

ff tt

v(t)v(t)

segnale nel dominio del segnale nel dominio del tempotempo

segnale nel dominio della segnale nel dominio della frequenzafrequenza

Conversione A/D e D/AConversione A/D e D/A conversione analogicoconversione analogico--digitaledigitale

campionamentocampionamento: da segnale analogico a : da segnale analogico a segnale campionatosegnale campionato

quantizzazionequantizzazione: da segnale campionato a : da segnale campionato a segnale numericosegnale numerico

conversione digitaleconversione digitale--analogicaanalogica

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 1515

conversione digitaleconversione digitale--analogicaanalogica moltiplicazione per un fattore di scalamoltiplicazione per un fattore di scala: da : da

segnale numerico a segnale campionatosegnale numerico a segnale campionato interpolazione a tenutainterpolazione a tenuta: da segnale : da segnale

campionato a segnale analogico quantizzatocampionato a segnale analogico quantizzato filtraggio passafiltraggio passa--bassobasso: da segnale analogico : da segnale analogico

quantizzato a segnale analogicoquantizzato a segnale analogico

Segnali analogici e digitaliSegnali analogici e digitaliQuantizzazioneQuantizzazione

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 1616

AmplificatoreAmplificatore

CaricoCaricoSorgenteSorgenteAmplificatoreAmplificatore

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 1717

Esempio:Esempio: amplificatore di tensione ideale amplificatore di tensione ideale rappresentazione mediante generatore di tensione rappresentazione mediante generatore di tensione

controllato in tensione (VCVS)controllato in tensione (VCVS)

vvii

+

-vvoo

+

-aavvvvii i

ov v

va = Guadagno di Guadagno di tensione a vuototensione a vuoto

E’ unilatero!E’ unilatero!

Amplificatore di corrente idealeAmplificatore di corrente idealeRappresentazione mediante generatore di Rappresentazione mediante generatore di

corrente controllato in corrente (CCCS)corrente controllato in corrente (CCCS)

ii

iioo

aa iio

iia =

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 1818

iiii aaiiiiiii

i ia =

Guadagno di corrente Guadagno di corrente di cortocircuitodi cortocircuito

Amplificatore di transconduttanza Amplificatore di transconduttanza idealeideale

Rappresentazione mediante generatore di Rappresentazione mediante generatore di corrente controllato in tensione (VCCS)corrente controllato in tensione (VCCS)

iioo

gg vvvv+ o

mig =

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 1919

ggmmvviivvii- i

m vg =

Guadagno di transconduttanza Guadagno di transconduttanza di cortocircuitodi cortocircuito

Amplificatore di transresistenza idealeAmplificatore di transresistenza ideale

om

vr =

Rappresentazione mediante generatore di Rappresentazione mediante generatore di tensione controllato in corrente (CCVS)tensione controllato in corrente (CCVS)

rr iiii vvoo

+

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 2020

im i

r =

Guadagno di transresistenza Guadagno di transresistenza di circuito apertodi circuito aperto

rrmmiiiiiiii vvoo-

Amplificatore di tensione: modello Amplificatore di tensione: modello con resistenze di ingresso e uscitacon resistenze di ingresso e uscita

vvii

+

-vvoo

+

-aavvvviivvss

RRss

RRii

RRoo

RRLL

Carico

Carico

Sorg

ente

Sorg

ente

AmplificatoreAmplificatore

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 2121

- -

Carico

Carico

Sorg

ente

Sorg

ente

RRii = resistenza d’ingresso dell’amplificatore= resistenza d’ingresso dell’amplificatore

RRoo = resistenza di uscita dell’amplificatore= resistenza di uscita dell’amplificatore

Amplificatore di tensione: modello Amplificatore di tensione: modello con resistenze di ingresso e uscitacon resistenze di ingresso e uscita

vvii

+

-vvoo

+

-aavvvviivvss

RRss

RRii

RRoo

RRLL

Carico

Carico

Sorg

ente

Sorg

ente

AmplificatoreAmplificatore

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 2222

Attenuazione Attenuazione d’uscitad’uscita

Attenuazione Attenuazione d’ingressod’ingresso

vsi

i

oL

Lv

s

i

i

o

s

ov a

RRR

RRRa

vv

vv

vvA ≤

++===

- -

Carico

Carico

Sorg

ente

Sorg

ente

Amplificatore di tensione: modello Amplificatore di tensione: modello con resistenze di ingresso e uscitacon resistenze di ingresso e uscita

vsi

i

oL

Lv

s

i

i

o

s

ov a

RRR

RRRa

vv

vv

vvA ≤

++===

AAvv = = aavv solo se Rsolo se Roo=0 e R=0 e Rii →→→→→→→→ ∞∞∞∞∞∞∞∞

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 2323

AAvv = = aavv solo se Rsolo se Roo=0 e R=0 e Rii →→→→→→→→ ∞∞∞∞∞∞∞∞

Amplificatore di corrente: modello con Amplificatore di corrente: modello con resistenze di ingresso e uscitaresistenze di ingresso e uscita

vvoo

+

-iiss RRss RRii RRoo RRLL

Carico

Carico

Sorg

ente

Sorg

ente

AmplificatoreAmplificatore

iiii

iioo

aaiiiiii

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 2424

Attenuazione Attenuazione d’uscitad’uscita

Attenuazione Attenuazione d’ingressod’ingresso

-

si

s

oL

oi

s

i

i

o

s

oi RR

RRR

Raii

ii

iiA

++−===

Carico

Carico

Sorg

ente

Sorg

ente

Amplificatore di corrente: modello con Amplificatore di corrente: modello con resistenze di ingresso e uscitaresistenze di ingresso e uscita

|A|Aii| = | = aaii solo se Rsolo se Ro o →→→→→→→→ ∞∞∞∞∞∞∞∞ e Re Ri i = 0= 0

si

s

oL

oi

s

i

i

o

s

oi RR

RRR

Raii

ii

iiA

++−===

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 2525

|A|Aii| = | = aaii solo se Rsolo se Ro o →→→→→→→→ ∞∞∞∞∞∞∞∞ e Re Ri i = 0= 0

Amplificatore di transconduttanza: Amplificatore di transconduttanza: modello con resistenze di ingresso e modello con resistenze di ingresso e uscitauscita

vvoo+

-RRoo RRLL

Carico

Carico

Sorg

ente

Sorg

ente

AmplificatoreAmplificatoreiioo

ggmmvviivvii

+

-vvss

RRss

RRii

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 2626

Attenuazione Attenuazione d’ingressod’ingresso

Attenuazione Attenuazione d’uscitad’uscita

-

si

i

oL

om

s

i

i

o

s

om RR

RRR

Rgvv

vi

viG

++−===

Carico

Carico

Sorg

ente

Sorg

ente

-

|G|G | = | = gg solo se Rsolo se R →→→→→→→→ ∞∞∞∞∞∞∞∞ e Re R →→→→→→→→ ∞∞∞∞∞∞∞∞

si

i

oL

om

s

i

i

o

s

om RR

RRR

Rgvv

vi

viG

++−===

Amplificatore di transconduttanza: Amplificatore di transconduttanza: modello con resistenze di ingresso e modello con resistenze di ingresso e uscitauscita

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 2727

|G|Gmm| = | = ggmm solo se Rsolo se Ro o →→→→→→→→ ∞∞∞∞∞∞∞∞ e Re Ri i →→→→→→→→ ∞∞∞∞∞∞∞∞

Amplificatore di transresistenza: Amplificatore di transresistenza: modello con resistenze di ingresso e modello con resistenze di ingresso e uscitauscita

vvoo+

-

RRoo

RRLL

Carico

Carico

Sorg

ente

Sorg

ente

AmplificatoreAmplificatoreiioo

rrmmiiiiRRiiiiss RRss iiii

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 2828

Attenuazione Attenuazione d’ingressod’ingresso

Attenuazione Attenuazione d’uscitad’uscita

-

si

s

oL

Lm

s

i

i

o

s

om RR

RRR

Rrii

iv

ivR

++===

Carico

Carico

Sorg

ente

Sorg

ente

RR = = rr solo se Rsolo se R = 0= 0 e Re R = 0= 0

si

s

oL

Lm

s

i

i

o

s

om RR

RRR

Rrii

iv

ivR

++===

Amplificatore di transresistenza: Amplificatore di transresistenza: modello con resistenze di ingresso e modello con resistenze di ingresso e uscitauscita

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 2929

RRmm = = rrmm solo se Rsolo se Ro o = 0= 0 e Re Ri i = 0= 0

Amplificatore reale: saturazione e Amplificatore reale: saturazione e punto di lavoropunto di lavoro

++

--vvII(t)(t)

++AAVV

RRLLvvOO(t)(t)

iiII(t)(t) iiOO(t)(t) vvOO

vvII

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 3030

++

--vvII(t)(t)

++AAVV

RRLLvvOO(t)(t)

iiII(t)(t) iiOO(t)(t)VV11

VV22

++

++

V V --

V V ++

--VV22 << vvOO(t) (t) << ++VV11

vvOO(t) = A(t) = Avv⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅vvII(t)(t)

++vvII(t)(t)

++AAVV

RRLLvvOO(t)(t)

iiII(t)(t) iiOO(t)(t)VV11

++

V V --

V V ++

Amplificatore reale: saturazione e Amplificatore reale: saturazione e punto di lavoropunto di lavoro

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 3131

--vvII(t)(t) RRLLvvOO(t)(t)

VV22++

V V --

Amplificatore reale: punto di lavoroAmplificatore reale: punto di lavoro

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 3232

Amplificatore reale: risposta in Amplificatore reale: risposta in frequenzafrequenza

( )ωjHlog203dB3dB

( ) ( )( )ωω

ωjVjVjH

i

o= Funzione di trasferimentoFunzione di trasferimento

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 3333

0VAlog20

ωωωωωωωωHHωωωωωωωωLL ωωωωωωωω

3dB3dB

( )2

AjH voL =ω ( )

2AjH vo

H =ω

NotazioneNotazione Grandezze totali istantanee rappresentate da Grandezze totali istantanee rappresentate da

variabili minuscole con pedici maiuscolivariabili minuscole con pedici maiuscoli Valori continui e medi rappresentati da variabili Valori continui e medi rappresentati da variabili

maiuscole con pedici maiuscolimaiuscole con pedici maiuscoli Grandezze variabili nel tempo a valore medio nullo Grandezze variabili nel tempo a valore medio nullo

rappresentate da variabili minuscole con pedici rappresentate da variabili minuscole con pedici

vvII(t) ….(t) ….

VVI I ….….

vvii(t) ….(t) ….

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 3434

rappresentate da variabili minuscole con pedici rappresentate da variabili minuscole con pedici minuscoliminuscoli

Valori di picco di grandezze sinusoidali, fasori, Valori di picco di grandezze sinusoidali, fasori, trasformate di Fourier e di Laplace rappresentate trasformate di Fourier e di Laplace rappresentate da variabili maiuscole con pedici minuscolida variabili maiuscole con pedici minuscoli

VVi i ….….

sigDCT

sigDCT

iIivVv

+=

+=

Richiami sulle reti elettricheRichiami sulle reti elettriche

Leggi di KirchhoffLeggi di Kirchhoff

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 3535

I legge: la somma delle correnti I legge: la somma delle correnti entranti in un nodo è nulla entranti in un nodo è nulla

II legge: la somma delle tensioni II legge: la somma delle tensioni in una maglia è nullain una maglia è nulla

04132 =−−+ iiii 04321 =+++ vvvv

Reti elettricheReti elettriche componenti passivi:componenti passivi:

resistoreresistore

condensatorecondensatore

di

∫ ⋅+=t

CCC diC

vtv0

)(1)0()( ττ

)()( tiRtv RR ⋅=

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 3636

induttoreinduttore

componenti attivicomponenti attivi diodo, transistor, tubi a vuoto, ... diodo, transistor, tubi a vuoto, ... li studiamo nel corsoli studiamo nel corso

)()( tdtdiLtv L

L ⋅=

SorgentiSorgenti

Rappresentazione secondo ThéveninRappresentazione secondo Thévenin

vvThTh

RRThTh

+vvOO

+

iiOO

vvThTh = tensione a vuoto= tensione a vuoto

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 3737

vvThTh vvOO-

Rappresentazione secondo NortonRappresentazione secondo Norton

iiNN RRThTh vvOO

+

-

iiOO

iiNN = corrente di cortocircuito= corrente di cortocircuito

Rappresentazione ThéveninRappresentazione Thévenin

Ret

e R

ete

linea

relin

eare

vvThTh

+

-= tensione a vuoto= tensione a vuoto

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 3838

RRThThRet

e R

ete

linea

relin

eare

Annullando tutti i Annullando tutti i generatori indipendentigeneratori indipendenti vvThTh

RRThTh

+

Rappresentazione NortonRappresentazione Norton

Ret

e R

ete

linea

relin

eareiiNN = corrente di cortocircuito= corrente di cortocircuito

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 3939

RRThThRet

e R

ete

linea

relin

eare

Annullando tutti i Annullando tutti i generatori indipendentigeneratori indipendenti iiNN RRThTh

EquivalenzaEquivalenza

iiNN RRThThvvThTh

RRThTh

+

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 4040

NThTh iRv =

itocortocircu di correntevuoto a tensione

ivR

N

ThTh ==

Principio di sovrapposizione degli Principio di sovrapposizione degli effettieffetti

c = causac = causa

e = effettoe = effetto

cc11 →→→→→→→→ ee11

cc22 →→→→→→→→ ee22

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 4141

ααααααααcc11 + + ββββββββcc2 2 →→→→→→→→ ααααααααee1 1 + + ββββββββee2 2

αααααααα,,ββββββββ ∈∈∈∈∈∈∈∈ ℜℜℜℜℜℜℜℜ

Principio di sovrapposizione degli Principio di sovrapposizione degli effettieffetti

VVAA

RR11

VV = V= V ’’+ V+ V ””

++IIOORR22

++

Esempio:Esempio:

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 4242

VVOO= V= VOO’’+ V+ VOO””RR22

--

RR11

VVOO’’IIOORR22

++

--

VVAA

RR11

VVO O ””

++

RR22++

--++

Principio di sovrapposizione degli Principio di sovrapposizione degli effettieffetti

RR11

VVOO’’IIOORR22

++

--

VVAA

RR11

VVO O ””

++

RR22++

--++

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 4343

21

2AO RR

RVV+

=ʹ′ʹ′21

21OO RR

RRIV+

−=ʹ′ ++

21

21O

21

2AO RR

RRIRR

RVV+

−+

=

Esercizi propostiEsercizi proposti

R2R i i

vN

Risolvere il circuito di figura (determinare: Risolvere il circuito di figura (determinare: iiR1R1, i, iR2R2, i, iR3R3, v, vNN).).DATI: DATI: RR11=1k=1kΩΩ, , RR22=2k=2kΩΩ, , RR33=3k=3kΩΩ, v, vSS=10V, i=10V, iSS=5mA=5mA

Risolvere il circuito utilizzando diverse metodologie:

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 4444

R2R1

vSR3

iSiR3

iR1 iR2

+_

1) Kirchhoff2) Sovrapp. Effetti3) Equival. Thevenin4) Equival. Norton

metodologie:

iR1= -1.25 mA, iR2= 5mA, iR3 = -3.75 mA, vN=11.25 V

Esercizi propostiEsercizi proposti

Risolvere il circuito di figura (determinare: Risolvere il circuito di figura (determinare: iiR1R1, i, iR2R2, i, iR3R3, v, vOO).).DATI: DATI: RRSS=1k=1kΩΩ, , RR11=1k=1kΩΩ, , RR22=2k=2kΩΩ, , RR33=3k=3kΩΩ, v, vSS=5V, K=100mS=5V, K=100mS

R1R Kv1v+ vO

+

Fondamenti di ElettronicaFondamenti di Elettronica 4545iR1=24.5 µA, iR2=2.476mA, iR3 =-2.451 mA, vO=-7.35 V

R1RS

vSR3

Kv1v1+_

R2

_

vO

_

iR3iR1

iR2