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significato di amplificazione

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  • 1. L’amplificatore Lezione del Prof. Silvano Natalizi Dicembre 2009
  • 2.  
  • 3. Dispositivi attivi
    • Un dispositivo attivo è un tipo di componente circuitale con l’abilità di controllare elettricamente il flusso degli elettroni
    • L’elettricità controlla l’elettricità
    • Affinchè un circuito sia chiamato elettronico devo contenere almeno un dispositivo attivo.
    • I componenti incapaci di controllare la corrente per mezzo di un altro segnale elettrico sono chiamati dispositivi passivi
    • I resistori, I condensatori, le induttanze, I trasformatori e persino I diodi sono tutti considerati dispositivi passivi.
    • I dispositivi attivi includono vacuum tubes, transistori, SCR (silicon-controller rectifiers) , TRIAC, operazionali. Sono tutti quadripoli.
  • 4.  
  • 5. Controllo della tensione e della corrente
    • Tutti I dispositivi attivi controllano il flusso dei loro elettroni
    • Alcuni di questi permettono ad una tensione di controllare una corrente, mentre altri fanno fare questo lavoro alla corrente.
    • I dispositivi che usano come segnale di controllo una tensione si dicono voltage-controlled
    • Quelli che invece ricorrono al sistema di una corrente che ne controlla un’altra si dicono current-controlled.
    • I triodi (vacuum tubes) sono dispositivi voltage-controlled
    • I transistori sono dispositivi current-controlled
  • 6.  
  • 7.  
  • 8. L’amplificazione
    • Il beneficio pratico dei dispositivi attivi è la loro capacità di amplificare
    • Se il dispositivi in questione è voltage-controlled o current-controlled, la quantità di potenza richiesta al segnale di controllo di input è molto inferiore alla potenza della corrente controllata
    • Pertanto un dispositivo attivo non solo permette all’elettricità di controllare l’elettricità, ma permette anche ad una piccola quantità di elettricità di controllare una grande quantità di elettricità
    • A causa di questa disparità tra le potenze controllanti e controllate, i dispositivi attivi possono essere impiegati per governare una grande quantità di potenza (quella controllata) impiegando solo una piccola quantitaà di potenza (controllante).
    • Questo comportamento è conosciuto come AMPLIFICAZIONE
  • 9.  
  • 10. Macchina perfetta
    • È una regola fondamentale della fisica che l’energia non può essere nè creata nè distrutta
    • Pertanto è impossibile costruire un dispositivo capace di prendere una piccola quantità di energia e magicamente trasformarla in una grande quantità
    • Tutte le macchine elettriche e circuiti elettronici inclusi hanno un rapporto massimo di efficienza pari a 100.
    • Al massimo la potenza di uscita può uguagliare quella di input.
  • 11. Perdita di energia
    • Di solito le macchine falliscono nel raggiungere Il limite del 100% di efficienza
    • Esse perdono un pò della loro energia di input sottoforma di calore irraggiato nello spazio circostante
    • Di conseguenza solo parte dell’energia di input raggiunge l’output
  • 12. Moto perpetuo
    • Molta gente ha provato, senza successo, a progettare e costruire delle macchine che forniscano in uscita più energia di quella che consumano.
    • Se così fosse la macchina potrebbe autoalimentarsi con parte dell’energia che essa stessa ha prodotto, e genererebbe potenza in eccesso gratis!!
  • 13.  
  • 14. L’amplificazione
    • There does exist, however, a class of machines known as amplifiers , which are able to take in small-power signals and output signals of much greater power. The key to understanding how amplifiers can exist without violating the Law of Conservation of Energy lies in the behavior of active devices.
    • Esiste tuttavia una classe di macchine, conosciute come “Gli Amplificatori”, che sono capaci di prendere dei signali di piccola potenza e fornire in uscita dei segnali molto più potenti
    • La chiave per comprendere come può esistere un amplificatore senza violare la legge di conservazione dell’energia si trova nel comportamento dei dispositivi attivi
  • 15. Sorgente di potenza esterna
    • Siccome I dispositivi attivi possono controllare uan grande potenza elettrica con una piccola, possono essere disposti in dei circuiti in modo da aumentare la potenza del segnale di ingresso prelevandola da una sorgente di potenza esterna
    • Il risultato è quello di ingrandire magicamente un piccolo segnale elettrico in un altro con la medesima forma d’onda
    • La legge di conservazione dell’energia non è violata perchè la potenza in più è fornita da una sorgente esterna, o una batteria DC o qualcosa di equivalente.
    • L’amplificatore nè crea nè distrugge l’energia, ma semplicemente la ridisegna nella forma d’onda desiderata.
  • 16. Segnale di ouptut replica fedele dell’input
    • In altre parole, il comportamento controllante la corrente, è impiegato per rimpastare la potenza DC della sorgente esterna nella medesima forma d’onda del segnale d’ingresso
    • L’amplificatore produce un segnale di uscita della medesima forma dell’input, ma di maggiore potenza.
    • Il transistor dentro un amplificatore forma una copia più grande del segnale d’ingresso a spese della potenza DC fornita dalla batteria
    • Gli amplificatori come tutte le macchine sono limitati nella loro efficienza e possono raggiungere un massimo del 100%
    • La richiesta di una sorgente di potenza esterna è comune a tutti i tipi di amplificatori elettrici e non elettrici
    • Un esempio comune di amplificatore non elettrico è quello del sistema di servomeccanismo del volante di un’auto
  • 17. Il guadagno dell’amplificatore
  • 18. +10 V 1 k  10 k  2.2 k  3.6 k  100 k  100  V A VDB amplifier with voltage waveforms +1.1 V +6.04 V 0 0 +1.8 V
  • 19. Come si analizza questo amplificatore ?
  • 20. +V CC R E R 2 R C R 1 R L v in A VDB common-emitter amplifier v out
  • 21. Il voltage gain di un amplificatore è ac output diviso per ac input. A = v out v in v out v in A = 200
  • 22. Sorgente di tensione e piccolo segnale
    • L’amplificatore è sottoposto all’alimentazione di una sorgente di tensione DC esterna che gli fornisce l’energia necessaria al suo funzionamento
    • Inoltre ha in ingresso un segnale alternato di valore generalmente piccolo e che deve essere amplificato in tensione o corrente e in potenza
  • 23. La sovrapposizione degli effetti
    • Per calcolare il guadagno di amplificazione di tensione, di potenza ed altre proprietà di un amplificatore occorre suddividere la soluzione del problema in due parti
    • Anzitutto si annullano i segnali alternati e si aprono tutti i condensatori eventualmente presenti e si ragiona con le sole sorgenti in continua, in modo da calcolare tutte le grandezze elettriche continue
    • Successivamente si annullano tutte le sorgenti DC, si cortocircuitano tutti i condensatori eventualmente presenti, e si fa quella che è chiamata l’analisi in alternata.
  • 24. il T modello di un transistor in alternata r e ’ i c i e i b v be = i e r e ’ z in(base) =  r e ’ z in(base) z in(base) = v be i b z in(base) = i e r e ’ i b
  • 25. r e ’ = 25 mV I E A very useful formula:
  • 26. The  model of a transistor is based on z in(base) =  r e ’ :  r e ’ i c i e i b z in(base)
  • 27.  r e ’ R 2 R C R 1 R L  model of the common-emitter amplifier i c i b v out Questo modello illustra meglio che: v in z in(stage) = R 1 R 2  r e ’
  • 28. r e ’ R 2 R 1 v in T  model of the common-emitter amplifier i c i e Questo modello illustra meglio che: v out v in A = i c  i e R C R L v out r c = R C R L A = r c r e ’