LEZIONI DI ELETTRONICA
per la classe 5° informatica
Prof. Eros Rambelli
7° MODULO : Quadripoli e Amplificatori
BIPOLI
Un bipolo è un circuito che comunica con l’esterno mediante una coppia di terminali.
Bipolo attivo : bipolo in grado di fornire una tensione ai suoi terminali e di erogare potenza elettrica
Rg
BIPOLO
ATTIVO
Eg
Circuito equivalente
Nel campo delle telecomunicazioni i trasmettitori si possono considerare bipoli attivi.
Bipolo passivo : bipolo che non fornisce tensione ai suoi terminali e che può assorbire potenza elettrica.
Circuito equivalente
RL
Nel campo delle telecomunicazioni i ricevitori si possono considerare bipoli passivi.
In regime sinusoidale un bipolo passivo è equivalente a una impedenza Z.
Accoppiamento tra un bipolo attivo e un bipolo passivo
BIPOLO
ATTIVO
BIPOLO
PASSIVO
Per avere il massimo di tensione trasferita, cioè Eg VL
Caso ottimale : funzionamento a vuoto
RL >> Rg
Per avere il massimo di corrente in uscita
Funzionamento in corto circuito
RL = 0
Per avere il massimo di potenza trasferita
Carico adattato
RL = Rg e XL = - Xg
Generatori dipendenti
Si dicono generatori dipendenti quei generatori il cui valore di tensione o di corrente dipende dal valore di
una tensione o da una corrente presente in un’altra parte del circuito.
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QUADRIPOLI
Un quadripolo è una rete elettrica comunque complessa nella quale si individuano una coppia di terminali di
ingresso e una coppia di terminali di uscita
Ii
Io
QUADRIPOLO
Vi
Vi : tensione applicata in ingresso
Ii : corrente di ingresso
Vo
Vo : tensione disponibile in uscita
Io corrente di uscita
Gli amplificatori e i filtri sono dei quadripoli; ma anche le interconnessioni tra trasmettitori e ricevitori
possono considerarsi dei quadripoli.
Analizzare un quadripolo significa determinare la relazione tra ingresso e uscita, in modo da poter prevedere
la risposta del sistema in presenza di una determinata sollecitazione di ingresso.
Noi analizzeremo il funzionamento dei quadripoli lineari tempo-invarianti, cioè quadripoli composti da
componenti lineari il cui comportamento non varia nel tempo.
Per questi quadripoli vale il principio di sovrapposizione degli effetti.
Un componente elettrico si dice lineare se i parametri che lo caratterizzano sono indipendenti dalle tensioni
e dalle correnti in esso presenti.
Quadripoli passivi : quadripoli costituiti da componenti R-L-C che forniscono in uscita una potenza
sempre minore di quella di ingresso.
Quadripoli attivi :
quadripoli costituiti, oltre che da componenti R-L-C, anche da componenti attivi
(transistor, Amp.Op.), che possono fornire in uscita una potenza superiore di quella di
ingresso.
I quadripoli attivi sono sempre alimentati da un generatore esterno in continua, che fornisce loro potenza
elettrica.
Nel caso in cui la corrente entrante in un terminale di ingresso è uguale a quella uscente dall’altro terminale
di ingresso e la corrente entrante in un terminale di uscita è uguale a quella uscente dall’altro terminale di
uscita, il quadripolo si può considerare composta da due bipoli e prende anche il nome di doppio bipolo.
BIPOLO
di ingresso
BIPOLO
di uscita
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Circuiti equivalenti
La relazione tra la tensione e la corrente di ingresso e la tensione e la corrente di uscita di un quadripolo
(doppio bipolo) lineare tempo-invariante possono essere espressi nei seguenti modi :
a parametri impedenza z
a parametri ammettenza y
a parametri ibridi h
a parametri ibridi g
a parametri di trasmissione
A ciascuno di questi modelli corrisponde un diverso circuito equivalente del quadripolo.
Per lo studio di questi modelli si rimanda al libro di testo.
Nell’analisi dei quadripoli noi adotteremo il seguente circuito equivalente, che ci consentirà di analizzare
bene i vari circuiti che incontreremo durante il corso.
Rg
Eg
Ro
Vi
AVi
Ri
Vo
RL
Elementi caratteristici di un quadripolo
Ri
resistenza di ingresso : resistenza vista dai morsetti di ingresso.
In alcuni casi è indipendente dal carico (es. quadripoli attivi realizzati con Amp. Op.); in altri dipende dal
carico (quadripoli passivi non adattati).
Ro
resistenza di uscita : resistenza vista dai morsetti di uscita con Vi = 0
Nei quadripoli passivi generalmente dipende anche da Rg (resistenza interna del generatore di segnale
collegato in ingresso).
A
guadagno di tensione a vuoto : rapporto tra la tensione di uscita a vuoto e la tensione di ingresso
In regime variabile rappresenta la Funzione di trasferimento a vuoto.
Il valore del guadagno di tensione a carico è influenzato dal carico ed è sempre minore di quello a vuoto.
Ap
guadagno di potenza : rapporto tra la potenza attiva erogata in uscita a vuoto e la potenza attiva
assorbita in ingresso
In regime sinusoidale, quando gli effetti induttivi e capacitivi non sono trascurabili :
Ri
Ro
A
Zi
Zo
F(j)
impedenza di ingresso
impedenza di uscita
funzione di trasferimento
In questo caso un altro parametro importante del quadripolo è la banda passante B.
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Effetti della impedenza di ingresso,
effetti della impedenza di uscita,
effetti della banda limitata
Caratteristiche :
Guadagno
Impedenza di ingresso
Impedenza di uscita
Banda passante
Funzionamento a vuoto e a carico
Definizione
e circuito equivalente
Amplificatori in cascata
PROGETTAZIONE
AMPLIFICATORE
ANALISI STATICA
ANALISI NEL DOMINIO DEL TEMPO
Tras-caratteristica
ANALISI IN FREQUENZA
Zona di linearità
e di saturazione
La DISTORSIONE
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Alcuni esempi di quadripoli
Amplificatore invertente
Amplificatore non invertente
R2
7
3
+
2
-
Vi
4
2
Vo
6
4
3
6
+
Vi
-
R1
Vo
Rf
7
Ri
Ri
Ro 0
A = 1 + Rf / Ri
Ri = R1
Ro 0
A = - R2 / R1
In entrambi i casi le relazioni precedenti valgono sia a vuoto che a carico.
La banda passante B dei due quadripoli dipende dalla banda passante dell’amplificatore operazionale reale.
Quadripolo con resistenze a stella
R1
Vi
R2
R3
Vo
RL
In questo caso Ri dipende anche dal carico RL, mentre Ro dipende dalla resistenza interna Rg del generatore
collegato in ingresso.
Nel caso di funzionamento a vuoto e con Rg 0 si ottiene :
Ri = R1 + R3
Ro = R2 + (R1 R3)
A = R3 / (R1 + R3)
Determinare Ri, Ro, A col carico RL allacciato.
Esercizio : quadripoli in cascata
Collegare in cascata due quadripoli e determinare, a vuoto e carico, il guadagno e le resistenze di ingresso e
di uscita del quadripolo risultante.
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Amplificatore operazionale
Funzionamento ad anello aperto
Caratteristiche
dell’Ampl.Op.
REALE
Funzionamento con retroazione negativa
Caratteristiche
dell’Ampl.Op.
IDEALE
Funzionamento con retroazione positiva
ANALISI E PROGETTO
DI CIRCUITI LINEARI
AMPLIFICATORE
OPERAZIONALE
- Amplificatore invertente e non invertente
- Sommatore e sottrattore
- Circuiti di condizionamento
- Filtri attivi
- Derivatore e integratore
ANALISI E PROGETTO
DI GENERATORI
DI FORME D’ONDA
ANALISI E PROGETTO
DI CIRCUITI NON LINEARI
- Multivibratori astabili
- Mutivibratori monostabili
- Oscillatori
- Comparatori
- Comparatori con isteresi
- Comparatori finestra
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