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Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo1 Gli amplificatori Enzo Gandolfi.

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Presentazione sul tema: "Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo1 Gli amplificatori Enzo Gandolfi."— Transcript della presentazione:

1 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo1 Gli amplificatori Enzo Gandolfi

2 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo2 Amplificatore P0P0P0P0 Amplificatore P 1 = k P 0 Alimentatore Un amplificatore può essere visto come una scatola nera collegata ad un alimentatore che riceve un segnale in ingresso con potenza Pi e ne produce uno in uscita con potenza amplificata Po

3 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo3 Amplificatori Gli amplificatori possono essere divisi in 4 categorie: Amplificatori di tensione Amplificatori di corrente Amplificatori a transresistenza Amplificatori a transconduttanza

4 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo4 Amplificatore di tensione Alta Ri Bassa Ro

5 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo5 Amplificatore di corrente Ri Is Amplificatore di corrente Ii Rs AiIi Ro Bassa Ri Alta Ro

6 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo6 Amplificatore di transresistenza Ri Is Amplificatore di transresistenza Ii Rs rmIi Ro Bassa Ro Bassa Ri

7 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo7 Amplificatore a transconduttanza Alta Ri Alta Ro

8 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo8 Guadagno di un amplificatore in funzione della frequenza Il guadagno di un amplificatore varia in funzione della frequenza del segnale di ingresso, e in prima approssimazione è esprimibile nel seguente modo: Per la parte ad alta frequenza: Per la parte a bassa frequenza :

9 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo9 flfl Per le Basse frequenze: Ao

10 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo10 A frequenza fhfh Per le Alte frequenze: Ao

11 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo11 Banda Passante A0A0 La Banda passante di un amplificatore è definita come lintervallo di frequenze [fl,fh] nel quale lamplificazione è maggiore di Ao/ 2 flfl fhfh

12 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo12 La Controreazione A Y X Ye Y = Ae e = X- Y Y = A(X - Y) Y = AX - A Y Y (1+A Y) = AX La controreazione (reazione negativa) consiste nel portare (sottrarre) allingresso parte del segnale di uscita

13 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo13 Dalla precedente formula risulta che, il guadagno di un amplificatore controreazionato (A r ) è: La Controreazione Per valori di A molto grandi, si ottiene:

14 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo14 Osservazione Controreazionando un amplificatore il suo guadagno diminuisce, infatti A r < A. Il guadagno A r, se A è elevato, dipende essenzialmente da. Il guadagno di un amplificatore controreazionato sarà molto piu stabile e controllabile poichè dipende solo da componenti passivi.

15 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo15 Proprietà della controreazione Stabilizzazione del guadagno Modifica della risposta in frequenza quindi Riduzione della distorsione Modifica di R i e R 0 (Stabilizzazione del punto di lavoro)

16 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo16 Daotteniamo: ArAr Stabilizzazione del guadagno

17 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo17 Osservazione Se un amplificatore viene controreazionato le variazioni del suo guadagno vengono attenuate di un fattore pari a (1+ A). Ciò ci consente di avere amplificatori meno sensibili a fattori esterni.

18 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo18 Il guadagno di un amplificatore al variare della frequenza, viene espresso dalle seguenti formule: Per la parte ad alta frequenza Per la parte a bassa frequenza Controreazione e banda passante

19 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo19 Controreazione e banda passante Nel caso di amplificatori con controreazione si ha: Quindi per le alte frequenze:

20 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo20 Controreazione e banda passante Dove f hr =f h (1+ A 0 ) Guadagno controreazionato a centro banda

21 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo21 Controreazione e banda passante Lamplificazione, A fr, di un amplificatore controreazionato, per le alte frequenze può essere espresso come: Ragionando allo stesso modo, anche per le amplificazione dei segnali a bassa frequenza si otterrà:

22 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo22 Conclusioni La controreazione aumenta la banda passante di un amplificatore, infatti dalle precedenti relazione risulta: –f hr =f h (1 + A 0 ) –f lr = f l /(1 + A 0 ) Ne segue che, un amplificatore controreazionato diminuisce la distorsione del segnale in ingresso.

23 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo23 Conclusioni Nellamplificatore controreazionato laumento della banda passante coincide con una diminuzione dellampiezza dellamplificazione, ma questo è un problema secondario, che può essere risolto mettendo più amplificatori in cascata.

24 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo24 Amplificatore di tensione Amplificatore di corrente Amplificatore Alimentatore EiEi EoEo VsVs RsRs RiRi ViVi VoVo RoRo RLRL AvViAvVi RsRs RiRi IsIs IiIi RoRo RLRL VoVo AiIiAiIi BASSA IMPEDENZA D USCITA ALTA IMPEDENZA D USCITA BASSA IMPEDENZA D INGRESSO ALTA IMPEDENZA D INGRESSO

25 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo25 Amplificatore a transresistenza Amplificatore a transconduttanza ViVi VsVs RsRs RiRi IsIs RsRs RiRi IiIi RLRL VoVo RoRo rmIirmIi gmVigmVi RoRo VoVo RLRL ALTA IMPEDENZA D USCITA ALTA IMPEDENZA DINGRESSO BASSA IMPEDENZA D USCITA BASSA IMPEDENZA D INGRESSO

26 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo26 Amplificatore di tensione ViVi RiRi RsRs VfVf V f = V o VsVs Feedback di TENSIONE composto in SERIE RoRo RLRL AvViAvVi VoVo

27 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo27 Analisi qualitativa La resistenza di ingresso R i, vista da V s, per effetto della controreazione in serie è maggiore in quanto la corrente che entra nellamplificatore diminuisce a causa della tensione di feedback che si oppone a V s. R if = R i (1 + A v ) VsVs RsRs ViVi RiRi VfVf V f = V 0 AvViAvVi RoRo RLRL VoVo Feedback di TENSIONE composto in SERIE Analisi quantitativa: per semplicità si considera un generatore ideale V s con resistenza interna R s = 0.

28 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo28 La controreazione stabilizza la tensione in uscita al variare del carico, come se la resistenza di uscita fosse minore. Analisi qualitativa: un eventuale generatore V o applicato alluscita vede in parallelo a R o il ramo di feedback. R of = R o / (1+ A v ) VsVs ViVi VfVf RsRs RiRi V f = V 0 AvViAvVi RoRo RLRL VoVo Feedback di TENSIONE composto in SERIE Analisi quantitativa: si deve cortocircuitare Vs e procedere allanalisi del circuito tenendo presente che il ramo di feedback non assorbe corrente

29 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo29 Amplificatore di corrente RiRi I f = I o RsRs IsIs IfIf IiIi IoIo RLRL AiIiAiIi RoRo IoIo Feedback di CORRENTE composto in PARALLELO

30 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo30 R if = R i / (1+ A i ) Analisi qualitativa La resistenza di ingresso R i vista da I s, diminuisce a causa del feedback, in quanto essa è vista in parallelo al ramo di feedback. Anche in questo caso si considera I s generatore ideale, con R s infinita. RiRi I f = I o RsRs IfIf IiIi IoIo RLRL AiIiAiIi RoRo IoIo IsIs Feedback di CORRENTE composto in PARALLELO

31 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo La controreazione stabilizza la corrente in uscita al variare del carico, come se la resistenza di uscita fosse maggiore. 2 - Un eventuale generatore V o applicato all uscita (una volta aperto I s ) vede crescere R o per effetto del feedback che è posto in serie. R of = R o (1+ A i ) RiRi I f = I o RsRs IfIf IiIi IoIo RLRL AiIiAiIi RoRo VoVo IsIs Feedback di CORRENTE composto in PARALLELO Analiticamente sostituiamo R L con Vo( nota che Io avrà verso opposto) e togliamo Is avremo:

32 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo32 RoRo RLRL r m I i VoVo RiRi I f = V o RsRs IsIs IfIf IiIi Feedback di TENSIONE composto in PARALLELO Amplificatore a transresistenza

33 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo33 Analisi qualitativa La resistenza di ingresso vista da I s diminuisce con la controreazione in quanto è vista in parallelo al ramo di feedback. R if = R i / (1+ r m ) IiIi RiRi Ro RlRl IsIs RsRs IfIf I f = V o rmIirmIi VoVo Feedback di TENSIONE composto in PARALLELO

34 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo34 IiIi RiRi Ro RlRl IsIs RsRs IfIf I f = V o rmIirmIi VoVo Analisi quantitativa La corrente che circola nella maglia di uscita una volta aperta I s può essere calcolata partendo dalla relazione V o - r m I i = R o I o e tenendo presente che I f = V o si ha V o - r m I i = V o + r m V o = V o (1+ r m ) = R o I o V o / I o = R o / (1 + r m ) = R of Analisi qualitativa: La resistenza di uscita diminuisce in quanto un generatore esterno vede Ro in parallelo al ramo di Feedback Feedback di TENSIONE composto in PARALLELO

35 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo35 Amplificatore a transconduttanza ViVi RiRi RsRs VfVf V f = I o VsVs IoIo RLRL gmVigmVi RoRo IoIo Feedback di CORRENTE composto in SERIE

36 Amplificatori Laboratorio di Fisica dei dispositivi elettronici III°modulo36 Analisi qualitativa La resistenza di ingresso vista da V s aumenta con la controreazione, in quanto è vista in serie al ramo di feedback. R if = R i (1+ g m ) 1 - La controreazione stabilizza la corrente in uscita al variare del carico come se la resistenza di uscita fosse maggiore. 2 - Un eventuale generatore applicato alluscita (una volta cortocircuitato V s ) vede in serie a R o il ramo di feedback. R of = R o (1+ g m )


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