Domande di riepilogo
CIRCUITI LINEARI
1) Cosa si intende per circuito lineare ?
2) In quali condizioni si può analizzare un circuito nel dominio della
frequenza, e quali informazioni fornisce ?
3) Disegnare il modulo e la fase della risposta in frequenza di un generico
circuito lineare passa-alto, passa-basso e passa-banda, sia su un
diagramma di Bode che su un diagramma lineare. Che differenza c’è tra
la risposta in frequenza di un amplificatore e quello di un circuito
passivo ?
4) Che effetto ha un circuito lineare su una forma d’onda sinusoidale ?
5) Come si determina la risposta in frequenza di un circuito lineare ?
6) Qual è il significato di risposta in frequenza di un circuito lineare ?
7) Cosa significa che un circuito lineare con memoria si comporta come un
circuito senza memoria per una determinata eccitazione, e in quali
condizioni si verifica?
8) A quali proprietà della risposta in frequenza sono correlati,
rispettivamente, il tempo di salita, l’abbassamento e le costanti di tempo
della forma d’onda che esce da un circuito lineare stimolato con un
segnale rettangolare ?
9) Quali sono gli effetti della risposta di un circuito lineare sul livello medio
di un segnale ?
10) Disegnare le risposte nel tempo di un circuito passa-basso, passa-alto e
passa-banda, passivo e amplificato, ad una forma d’onda rettangolare
periodica.
11) Quali sono le condizioni affinché un circuito lineare passa-banda non
distorca una forma d’onda rettangolare ?
1)
2)
3)
4)
Per circuito lineare si intende un circuito che, sebbene il segnale di uscita abbia una forma
d’onda diversa dal segnale di eccitazione, se questo cambia la sua ampiezza secondo un
fattore scalare, il segnale di uscita modifica la sua ampiezza secondo lo stesso fattore.
Inoltre vale il principio di sovrapposizione.
Il metodo di analisi nel dominio della frequenza si può applicare soltanto a circuiti lineari
e stabili, e comunque fornisce soltanto la risposta in regime permanente, mentre non tiene
conto dei transitori.
In scala lineare la risposta in frequenza comincia dall’origine degli assi (f=0, componente
continua), mentre in scala logaritmica la risposta in frequenza comincia da −∞. La
risposta in frequenza di un amplificatore è semplicemente traslata verso l’alto rispetto a
quella di un circuito passivo, che è tutta al di sotto di 0 dB (o 1 in scala lineare).
L’effetto di un circuito lineare su una forma d’onda sinusoidale è quello di variarne
soltanto l’ampiezza e la fase, senza introdurre alcuna distorsione di forma.
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5)
La risposta in frequenza di un circuito lineare si determina sperimentalmente eccitandolo
con segnali sinusoidali e misurando, per ogni frequenza di eccitazione su tutta la banda
che si vuole caratterizzare, il rapporto delle ampiezze e la differenza delle fasi tra il segnale
di ingresso e quello di uscita, che forniscono rispettivamente il modulo e la fase della
risposta in frequenza.
6) La risposta in frequenza di un circuito lineare descrive l’effetto che esso produce
sull’ampiezza e sulla fase di ciascuna delle componenti dello spettro di un qualunque
segnale che lo attraversa.
7) Significa che su quella determinata eccitazione il circuito non introduce distorsioni
lineari. La condizione è che il contenuto di frequenze rilevanti del segnale di eccitazione
deve appartenere ad una regione della risposta in frequenza in cui il guadagno è costante
e la fase è nulla o tuttalpiù lineare con la frequenza (vedi condizioni di non distorsione).
8) Il tempo di salita è inversamente proporzionale alla frequenza di taglio superiore,
l’abbassamento è direttamente proporzionale alla frequenza di taglio inferiore, le costanti
di tempo sono inversamente proporzionali alle frequenze di taglio.
9) Gli effetti della risposta di un circuito lineare sul livello medio di un segnale sono di
annullamento, nel caso esista una frequenza di taglio inferiore, altrimenti di
amplificazione o attenuazione secondo un fattore pari al modulo della risposta a frequenza
zero.
10) Vedi testo.
11) Le condizioni affinché un circuito lineare passa-banda non distorca una forma d’onda
rettangolare sono che la sua frequenza di taglio inferiore sia sufficientemente inferiore, e
la sua frequenza di taglio superiore sia sufficientemente superiore alla frequenza della
fondamentale.
CARATTERIZZAZIONE RETI LINEARI
1) In quali condizioni si possono definire dei circuiti equivalenti lineari di
una rete o amplificatore a due porte ?
2) Nelle rappresentazioni dei circuiti equivalenti di una rete o amplificatore
lineare, quanti sono i parametri che sono stati definiti ?
3) Volendo caratterizzare una rete o amplificatore lineare, determinando,
tramite misure alle porte, i suddetti parametri, quanti e quali parametri
occorre misurare per poterli ricavare tutti ?
4) Si possono ricavare i diversi guadagni da misure effettuate in presenza di
carichi?
5) Quali sono le procedure per misurare i diversi parametri degli
amplificatori, e quale tipo di eccitazione e quale frequenza viene di
norma utilizzata ?
6) Nell’interfacciamento di due reti lineari, supposti noti i parametri dei
circuiti equivalenti lineari di ciascuna rete, quali sono le conseguenze, sul
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Domande di riepilogo
trasferimento dei segnali, dello sbilanciamento tra l’impedenza di uscita
della rete a monte e quella di ingresso della rete a valle ?
7) Quali sono i vantaggi e gli svantaggi delle reti di adattamento resistive e
di quelle reattive ?
1)
2)
3)
4)
5)
In condizioni di segnali di eccitazione sufficientemente piccoli da non suscitare effetti di
distorsione non lineare.
6.
È sufficiente misurarne 3, ovvero Zi , Zo ed uno dei quattro guadagni, dato che da ognuno
di essi si possono ricavare tutti gli altri.
I guadagni a circuiti aperto o in corto circuito si possono ricavare dai guadagni misurati
in presenza di carichi.
Per le procedure vedere il paragrafo corrispondente. Viene di norma utilizzata
un’eccitazione sinusoidale ad una frequenza per cui siano trascurabili gli effetti dispersivi
(es. frequenza di centro banda)
OPERAZIONALI
1) Che tipo di risposta in frequenza ha un operazionale non reazionato ?
Disegnare il diagramma di Bode.
2) A cosa corrisponde il guadagno ad anello aperto ?
3) Come si trasforma la risposta in frequenza in presenza di retroazione ?
4) Come si può ottenere un amplificatore che abbia una determinata
frequenza di taglio, e qual è il massimo valore per essa ?
5) Disegnare il diagramma di Bode di un derivatore e un integratore.
6) Spiegare quali caratteristiche dei segnali possono determinare la
presenza di distorsione da slew-rate.
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Di tipo passa-basso.
Al guadagno differenziale.
Si abbassa il guadagno di tensione, ma dello stesso fattore si allarga la banda.
Dividendo il prodotto banda-guadagno per il guadagno di tensione controreazionato. Il
valore massimo è la frequenza di transizione.
Risposta in frequenza di tipo passa-basso.
Il guadagno ad anello aperto corrisponde al guadagno differenziale.
CONTROREAZIONE
1) Quando si utilizza la controreazione negativa e quando quella positiva ?
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1)
La controreazione negativa si usa per stabilizzare gli amplificatori, quella positiva per
generare forme d’onda in assenza di eccitazioni.
GENERATORI
1) Quali sono le condizioni di oscillazione ?
2) Spiegare perché un oscillatore al quarzo è più stabile in frequenza di un
oscillatore LC. Cosa varia se cambiano le capacità del circuito ?
1)
2)
Le condizioni sono che alla frequenza di oscillazione lo sfasamento complessivo lungo
l’anello sia nullo, e che, alla stessa frequenza, il guadagno complessivo sia superiore
all’unità.
In un oscillatore al quarzo la frequenza di oscillazione è vincolata all’interno
dell’intervallo tra le frequenze di risonanza serie e parallelo del quarzo, che sono molto
vicine tra loro ed inoltre dipendono soltanto dalla forma e dal taglio del quarzo. Se
cambiano le capacità esterne non cambia la frequenza di oscillazione, ma può mancare la
condizione di innesco.
LINEE
12)
13)
14)
15)
Quali sono i parametri caratteristici di una linea ?
Cosa si intende per linea dispersiva ?
Esistono esempi di linee non dispersive ?
In quali condizioni l’impedenza di ingresso di una linea è uguale alla sua
impedenza caratteristica ?
16) Se si collega una qualunque eccitazione ad una linea, in quali condizioni
non si hanno riflessioni ?
17) Se ad una linea si collegano due tronchi di linea dello stesso tipo,
ciascuno chiuso su un carico adattato, la linea di partenza è adattata ?
1)
2)
3)
I parametri caratteristici principali di una linea di trasmissione sono la sua impedenza
caratteristica, la velocità di propagazione e la sua lunghezza fisica.
Per linea dispersiva, da non confondere con linea dissipativa, si intende una linea i cui
parametri dipendono dalla frequenza, pertanto un segnale composto da diverse frequenze
subisce distorsione, poiché le sue componenti si propagano con velocit diversa.
Due esempi di linee non dispersive sono le linee che soddisfano la condizione di
Heavyside, che sono comunque linee con perdite, e le linee senza perdite o non dissipative,
che godono anche della proprietà di non essere dispersive. Poiché in realtà tutte le linee
hanno perdite, una linea viene idealizzata come senza perdite se è sufficientemente corta.
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Domande di riepilogo
4)
5)
6)
L’impedenza di ingresso di una linea è uguale alla sua impedenza caratteristica quando,
all’altra estremità, la linea è adattata, ovvero è chiusa su un carico uguale alla sua
impedenza caratteristica. In caso di disadattamento, l’impedenza di ingresso è ancora
uguale all’impedenza caratteristica, ma solo durante il transitorio prima che
sopraggiunga la forma d’onda riflessa.
Tra l’eccitazione e la linea non ci sono riflessioni in partenza, perché non sono ancora
presenti fenomeni di propagazione, possono esserci soltanto se ritorna un segnale riflesso
dal carico. Pertanto per evitare riflessioni occorre adattare il carico all’impedenza
caratteristica della linea.
La linea non è adattata in quanto è caricata da due tronchi di linea in parallelo che
presentano ciascuno un’impedenza di ingresso pari alla loro impedenza caratteristica,
essendo adattati. Pertanto la linea vede un carico pari alla metà dell’impedenza
caratteristica delle linee di carico.
RUMORE
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
Cosa si intende per rumore estrinseco ed intrinseco ?
Come si misura il rumore ?
Qual è la causa del rumore termico ?
Cosa si intende per Banda equivalente di rumore di una rete due porte ?
Qual è la definizione di Fattore di rumore e in quali condizioni si misura
?
Noto il Fattore di rumore, si può valutare il contributo di rumore di una
rete in presenza di qualunque tipo di rumore di ingresso ?
Cosa si intende per Temperatura di rumore di una sorgente o di una rete
?
Perché una rete che attenua peggiora il rapporto S/N ?
È più importante il rumore generato da una rete a monte o di una rete a
valle in una cascata di reti ?
Da cosa dipende la sensibilità di ingresso di una rete due porte e come si
valuta ?
11)
12)
13)
14)
15)
Vedi testo.
Vedi testo.
La non infinita conducibilità dei conduttori.
Vedi testo.
È definito come peggioramento del rapporto S/N e si misura in presenza di solo rumore
termico di ingresso ad una temperatura nota.
16) Sì, vedi testo.
17) Vedi testo.
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18) Perché mentre il rumore termico rimane invariato, il segnale subisce attenuazione.
Ovviamente anche il rumore esterno non termico viene attenuato.
19) Dipende. Se la rete a monte amplifica, il contributo della rete a valle è meno importante,
perché si aggiunge ad un segnale già amplificato. Se la rete a monte attenua, succede
esattamente il contrario.
20) La sensibilità di ingresso dipende dal rumore generato dalla rete, quindi dal suo fattore o
temperatura di rumore. Tuttavia se è presente in ingresso anche rumore non termico
questo abbassa la sensibilità. Si misura quando si ha in uscita un rapporto S/N=1.
POTENZA
1) Elencare e descrivere le specifiche di un amplificatore di potenza.
2) Quali sono le differenze principali tra un sistema lineare ed uno non
lineare ?
3) Cosa si intende per potenza di uscita alla frequenza fondamentale ?
4) Come si definisce la distorsione armonica totale ?
5) Come variano i contributi alla THD con la potenza di ingresso (in dB) ?
1)
2)
3)
4)
In un sistema non lineare, se si aumenta l’ampiezza dell’eccitazione, l’ampiezza della
risposta non aumenta dello stesso fattore. Inoltre le componenti in frequenza della
risposta non coincidono con quelle dell’eccitazione.
È la potenza della componente di uscita alla frequenza di eccitazione, supposta sinusoidale
a singola frequenza. Da non confondere con la frequenza fondamentale di una forma
d’onda periodica.
Come somma (non in dB ma in valore assoluto) di tutte le distorsioni armoniche. Si
specifica come % della potenza alla fondamentale. Su un grafico Pin-Pout si può definire
come la differenza in dB tra la potenza ideale e quella reale alla fondamentale. Dipende
dalla potenza di ingresso.
La distorsione di ordine n aumenta di (n-1) dB per ogni dB di potenza di ingresso.
ADC
1) Dato un particolare ADC, quali caratteristiche deve avere un segnale
analogico per poter essere convertito correttamente in formato digitale, o
viceversa, dato un segnale analogico, quali sono le necessarie
caratteristiche dell’ADC ?
2) Qual è la funzione del filtro anti-aliasing ?
3) Quali sono i fattori che limitano il numero di bit efficaci di
quantizzazione ?
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1)
2)
3)
La forma d’onda del segnale deve essere contenuta all’interno della dinamica del
convertitore, ovvero tra 0 e la tensione di fondo scala, altrimenti deve essere amplificata e
successivamente traslata in tensione. La banda del segnale non deve oltrepassare la
frequenza di Nyquist, altrimenti occorre filtrarlo. Il rapporto tra l’ampiezza (picco-picco)
massima e minima del segnale, (o tra la potenza massima e minima, anche in dB) deve
corrispondere alla risoluzione del convertitore.
Tagliare (attenuare) le componenti del segnale che superano la frequenza di Nyquist.
Sono limitati dalla dinamica e dal rumore di fondo del segnale analogico.
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