A.S.E.2.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 2 Definizione di SISTEMA ELETTRONICODefinizione di SISTEMA ELETTRONICO Esempi di sensoriEsempi.

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1 A.S.E.2.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 2 Definizione di SISTEMA ELETTRONICODefinizione di SISTEMA ELETTRONICO Esempi di sensoriEsempi di sensori Esempi di attuatoriEsempi di attuatori Concetto di AMPLIFICATOREConcetto di AMPLIFICATORE Breve storia dell’ElettronicaBreve storia dell’Elettronica Espansione di un Sistema ElettronicoEspansione di un Sistema Elettronico Blocchi base costituenti un Elaboratore ElettronicoBlocchi base costituenti un Elaboratore Elettronico

2 A.S.E.2.2 Richiami Scopo del corsoScopo del corso Richiami di elettrologiaRichiami di elettrologia Legge di OhmLegge di Ohm Prima legge di KirchhoffPrima legge di Kirchhoff Seconda legge di KirchhoffSeconda legge di Kirchhoff Potenza in un circuito elettricoPotenza in un circuito elettrico Legge di JouleLegge di Joule

3 A.S.E.2.3 Sistemi Elettronici Esempio 1: Ricevitore radioEsempio 1: Ricevitore radio Esempio 2 :Amplificatore audioEsempio 2 :Amplificatore audio Sistema di elaborazione Sistema di elaborazione Antenna Altoparlante Sistema di elaborazione Sistema di elaborazione Microfono Altoparlante

4 A.S.E.2.4 Blocchi Fondamentali SensoreSensore –Trasforma la grandezza fisica che si vuole acquisire in un segnale elettrico (tensione, corrente, variazione di resistenza, capacità, induttanza, etc.) AttuatoreAttuatore –Trasforma un segnale elettrico in una grandezza fisica di interesse (movimento, forza, luce, etc.) Sistema di elaborazioneSistema di elaborazione –esegue operazioni lineari e/o non lineari sul segnale d’ingresso per fornire in uscita il segnale di pilotaggio dell’attuatore. (sistema a due porte)

5 A.S.E.2.5 Sensori Termistori e temocoppieTermistori e temocoppie misura di temperaturamisura di temperatura Foto diodi e foto transistoriFoto diodi e foto transistori misura di lucemisura di luce Materiali piezzoelettrici e strain gaugesMateriali piezzoelettrici e strain gauges misura di forzamisura di forza Potenziometri, sensori induttivi ….Potenziometri, sensori induttivi …. misura di lunghezzamisura di lunghezza Generatori tachimetrici, accelerometri, …Generatori tachimetrici, accelerometri, … misura di velocità e accelerazionemisura di velocità e accelerazione MicrofoniMicrofoni

6 A.S.E.2.6 Attuatori Riscaldatori resistiviRiscaldatori resistivi –per produrre calore Diodi emettitori di luce, variatori di luceDiodi emettitori di luce, variatori di luce –per controllare la luminosità SolenoidiSolenoidi –per produrre forze Motori elettriciMotori elettrici –per produrre spostamenti Altoparlanti e trasduttori ultrasoniciAltoparlanti e trasduttori ultrasonici –per produrre suoni

7 A.S.E.2.7 Sistema di elaborazione Esegue operazioni lineariEsegue operazioni lineari –AMPLIFICAZIONE –Somma o differenza fra segnali –…… Esegue operazioni non lineariEsegue operazioni non lineari –Prodotto fra segnali –Limitazione della banda (Fmax, Fmin) –Distorsioni –Traslazioni in frequenza –………

8 A.S.E.2.8 AMPLIFICATORE Esempio: Amplificatore audioEsempio: Amplificatore audio +-+- VsVs + - VUVU VIVI I RIRI + - I RURU

9 A.S.E.2.9 Definizione AMPLIFICATOREAMPLIFICATORE Due porteDue porte Il segnale d’uscita è una replica fedele del segnale d’ingressoIl segnale d’uscita è una replica fedele del segnale d’ingresso La potenza d’uscita è superiore a quella d’ingressoLa potenza d’uscita è superiore a quella d’ingresso ATTENZIONE!!!ATTENZIONE!!! La potenza fornita al carico viene assorbita dall’alimentazione in continua dell’amplificatoreLa potenza fornita al carico viene assorbita dall’alimentazione in continua dell’amplificatore L’amplificatore trasforma potenza priva di informazione (Potenza DC) in potenza contenente informazione (Segnale d’uscitaL’amplificatore trasforma potenza priva di informazione (Potenza DC) in potenza contenente informazione (Segnale d’uscita P DC > P UP DC > P U

10 A.S.E.2.10 Storia dell’Elettronica 1 1904Fleming inventa il TRIODO1904Fleming inventa il TRIODO 1906Pickard realizza il diodo a contatto1906Pickard realizza il diodo a contatto 1920Armstrong realizza il ricevitore radio supereterodina1920Armstrong realizza il ricevitore radio supereterodina 1925Dimostrazione di possibile realizzazione della televisione1925Dimostrazione di possibile realizzazione della televisione 1925Lilienfield possibile realizzazione del dispositivo ad effetto di campo1925Lilienfield possibile realizzazione del dispositivo ad effetto di campo 1933Armstrong ricevitore radio fm1933Armstrong ricevitore radio fm 1940Armstrong realizza il RADAR1940Armstrong realizza il RADAR

11 A.S.E.2.11 Storia dell’Elettronica 2 1948PRIMA RIVOLUZIONE ELETTRONICA1948PRIMA RIVOLUZIONE ELETTRONICA Shockley et alt. della Bell Labs inventano il TRANSISTORE A SILICIO (BJT) 1950Dimostrazione TVC1950Dimostrazione TVC 1952Shockley inventa il transistore unipolare a effetto di campo1952Shockley inventa il transistore unipolare a effetto di campo 1956Realizzazione SCR (disp. Potenza)1956Realizzazione SCR (disp. Potenza) 1958Kilby della Texas Instruments e1958Kilby della Texas Instruments e Moore della Fairchild sviluppano il primo circuito integrato

12 A.S.E.2.12 Storia dell’Elettronica 3 1968SECONDA RIVOLUZ. ELETTRONICA Fairchild primo circuito integrato commerciale (Op. Amp.  A 709)1968SECONDA RIVOLUZ. ELETTRONICA Fairchild primo circuito integrato commerciale (Op. Amp.  A 709) 1971INTEL microprocessore a 4 bit (4004)1971INTEL microprocessore a 4 bit (4004) 1972INTEL microprocessore a 8 nbit1972INTEL microprocessore a 8 nbit ……………………. ……………………. 1995INTEL memoria RAM da 1 GIGABIT 1995INTEL memoria RAM da 1 GIGABIT

13 A.S.E.2.13 Sistema Elettronico SENSORESENSOREATTUATOREATTUATORE ELABORATOREELABORATORE ~~~~~~ ~~~~~~ AMP A / D ~~~~~~ ~~~~~~ AMP D / A ELABORATORE DIGITALE Sequenz. (M.S.F.) Sequenz. (M.S.F.) A.U. (R.C.) A.U. (R.C.) MEM (RAM) MEM (RAM) REG. (F - F) REG. (F - F) L.U. (R.C) L.U. (R.C) I / O (M.S.F.) I / O (M.S.F.)

14 A.S.E.2.14 Blocchi Base AMP=AmplificatoreAMP=Amplificatore Filtro=Elimina le frequenze inutiliFiltro=Elimina le frequenze inutili (filtro anti aliasing) A/D=Convertitore Analogico/DigitaleA/D=Convertitore Analogico/Digitale El. Dig.=Elaboratore “Numerico”El. Dig.=Elaboratore “Numerico” (opera su grandezze numeriche e logiche) D/A =Convertitore Digitale/AnalogicoD/A =Convertitore Digitale/Analogico Filtro=Elimina le frequenze inutiliFiltro=Elimina le frequenze inutili AMP=AmplificatoreAMP=Amplificatore

15 A.S.E.2.15 Segnale analogico Un segnale analogico ha un’ampiezza che varia in maniera continua nel tempoUn segnale analogico ha un’ampiezza che varia in maniera continua nel tempo Ampiezza t 1 2 3 4 5 6

16 A.S.E.2.16 Segnale campionato Viene “congelato” il valore che il segnale analogico assume a intervalli regolari di tempoViene “congelato” il valore che il segnale analogico assume a intervalli regolari di tempo Ampiezza t 1 2 3 4 5 6 TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC

17 A.S.E.2.17 Segnale numerico 1 Viene assegnato al segnale campionato il valore numerico relativo all’intervallo di appartenenzaViene assegnato al segnale campionato il valore numerico relativo all’intervallo di appartenenza Ampiezza t 1 2 3 4 5 6 TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC

18 A.S.E.2.18 Segnale numerico 2 Al segnale quantizzato si può associare il valore numerico “codificato”Al segnale quantizzato si può associare il valore numerico “codificato” Ampiezza t 1 2 3 4 5 6 TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC 24542102465

19 A.S.E.2.19 Segnale Digitale Particolare segnale numerico che può assumere solo due valori “0” e “1”Particolare segnale numerico che può assumere solo due valori “0” e “1” –Al valore “0” si associa, per esempio, 0 V –Al valore “1” si associa, per esempio, 5 V 0 1 TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS 011010101110

20 A.S.E.2.20 Errore di Quantizzazione Il segnale “Numerico” può assumere solo un numero finito di valoriIl segnale “Numerico” può assumere solo un numero finito di valori –Discretizzazione Il segnale Analogico può variare con continuitàIl segnale Analogico può variare con continuità Il segnale numerico rappresenta il segnale analogico solo in certi istanti, in altri istanti si commette un erroreIl segnale numerico rappresenta il segnale analogico solo in certi istanti, in altri istanti si commette un errore ERRORE DI QUANTIZZAZIONEERRORE DI QUANTIZZAZIONE Conversione di una rampa in una gradinataConversione di una rampa in una gradinata

21 A.S.E.2.21 Caratteristica di trasferimento Grafico della grandezza d’uscita in funzione della grandezza d’ingressoGrafico della grandezza d’uscita in funzione della grandezza d’ingresso Esempio rampa lineareEsempio rampa lineare VIVI VUVU VUVU 12345 1 2 3 4 5 AMP = 1 VIVI VUVU A / N VIVI VUVU

22 A.S.E.2.22 Grafico dell’Errore di Quantizzazione Errore di QuantizzazioneErrore di Quantizzazione –Differenza, in un determinato istante, fra il valore del segnale analogico e valore del segnale numerico VIVI VUVU VUVU 12345 1 2 3 4 5 12345 0 1 Errore di quantizzazione VIVI

23 A.S.E.2.23 Minimizzazione dell’ERRORE Scegliendo il valore di commutazione in corrispondenza n+0.5 si ha il modulo dell’errore al massimo è pari a 0.5Scegliendo il valore di commutazione in corrispondenza n+0.5 si ha il modulo dell’errore al massimo è pari a 0.5 12345 0 -0.5 Errore di quantizzazione VIVI VUVU VUVU 12345 1 2 3 4 5 0.5

24 A.S.E.2.24 Conclusioni Definizione di SISTEMA ELETTRONICODefinizione di SISTEMA ELETTRONICO TrasduttoriTrasduttori AMPLIFICATOREAMPLIFICATORE Equilibrio energetico in un amplificatoreEquilibrio energetico in un amplificatore Breve storia dell’ElettronicaBreve storia dell’Elettronica Espansione di un Sistema ElettronicoEspansione di un Sistema Elettronico Blocchi base costituenti un Elaboratore ElettronicoBlocchi base costituenti un Elaboratore Elettronico Sistemi di elaborazione numericaSistemi di elaborazione numerica Segnale analogico, numerico e digitaleSegnale analogico, numerico e digitale