Spettro di frequenza dei segnali

Presentazione sul tema: "Spettro di frequenza dei segnali"— Transcript della presentazione:

1 Spettro di frequenza dei segnali
Segnale sinusoidale fondamentale

2 frequenza fondamentale
Segnali periodici di forma arbitraria possono essere ottenuti come serie di Fourier di segnali sinusoidali frequenza fondamentale

3 Spettro di frequenza: ampiezze delle sinusoidi della serie
Lo spettro consiste di frequenze discrete: 0 (frequenza fondamentale) e le sue armoniche

4 Segnali non periodici Lo spettro consiste di frequenze è continuo

5 Amplificazione del segnale
Linearità: caratteristica di trasferimento Guadagno:

6 La necessità dell’amplificazione
Esempio: segnali prodotti da rivelatori di particelle Spesso l’ampiezza (e la potenza) del segnale è piccola

7 Stadio di amplificazione prima dell’ADC

8 Guadagno Guadagno di tensione: Guadagno di corrente:
Guadagno di potenza: Espressione del guadagno in decibel (dB) Guadagno di tensione (dB): Guadagno di corrente(dB): Guadagno di potenza(dB):

9 Un guadagno negativo non significa attenuazione

10 Il guadagno di potenza Potenza fornita dalle alimentazioni

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12 Potenza del segnale di output

13 Potenza dissipata in calore dall’amplificatore
L’energia richiesta per per aumentare la potenza del segnale di ingresso viene fornita dalle alimentazioni Efficienza dell’amplificatore

14 Esempio

15 Saturazione L= livelli di saturazione = tensione di alimentazione
forma d’onda di output di input picchi dell’output tagliati a causa della saturazione L= livelli di saturazione = tensione di alimentazione entro qualche V Dobbiamo avere

16 Caratteristica di trasferimento non lineare e biasing
In generale la caratteristica di trasferimento non è lineare su tutte le tensioni di input biasing attorno a VI

17 Esempio Caratteristica di trasferimento di un transistor
abbiamo L-=0.3, che corrisponde a vI=0.69 V. Il limite L+ è dato da vI=0, L+= 10 V

18 Modello di circuito per l’amplificatore di tensione
Input collegato fra questi due punti Output prelevato fra questi due punti

19 Analisi del primo stadio: è collegato un generatore di tensione reale modellato cone un generatore ideale vs con in serie una resistenza Rs  partitore di tensione: ai capi di Ri appare solo una frazione di vs

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21 Analisi del secondo stadio stadio: è presente un generatore di tensione Avvi che amplifica vi
 partitore di tensione: ai capi di RL appare solo una frazione di Avvi

22 Mettendo tutto assieme:
 Av: guadagno di tensione dell’amplificatore ideale

23 Esempio: amplificatore a 3 stadi

24 guadagno di corrente guadagno di potenza

25 L’amplificatore di corrente
un amplificatore di corrente dovrebbe avere: Ri = 0 (resistenza di input) Ro=  (resistenza di output)

26 Risposta in frequenza vi=Visin t vo=Vosin (t+) 3bB
Misura della risposta in frequenza con un input sinusoidale vi=Visin t vo=Vosin (t+) 3bB

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29 Reti STC (Single Time Constant)

30 Analisi del filtro passa-basso nel dominio delle frequenze
segnali in notazione complessa

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32 Legge di Ohm generalizzata v(t) = Z i(t)

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38 Grafici di Bode Filtro passa-basso 3dB 0 = 1/RC scala log

39 Grafici di Bode del filtro passa-alto
3dB = 1/RC

40 Risposta in frequenza di un amplificatore di tensione
lato input lato output

41 Risposta in frequenza di un amplificatore di tensione
Il modello di amplificatore di tensione ha una risposta un frequenza ideale: Vo/Vi non dipende da  Negli amplificatori reali sono presenti componenti capacitive che modificano la risposta Possibile comportamento tipo filtro passa-basso

42 Un semplice modello consiste nell’introdurre un capacitore C in parallelo con la resistenza di input Ri

43 Analisi della parte sinistra
senza capacitore (vecchia analisi) col capacitore (nuova analisi)

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51 Il guadagno dc (=0) è Abbiamo dunque una risposta tipo passa-basso (riducendo VS a zero, vediamo subito che la resistenza vista da C è Rs||Ri)

52 Esempio Poniamo Rs=20 k, Ri=100k , Ci=60 pF, =144 V/V, Ro=200 ,
RL=1 k. Calcoliamo: il guadagno dc la frequenza a cui il guadagno diventa 0 dB la frequenza 3 dB

53 Classificazione degli amplificatori
Esempio di risposta in frequenza (amplificatore audio) Discesa ad alta frequenza dovuta a capacità interne come nel modello Discesa ad bassa frequenza? Potrebbe essere dovuta a un capacitore posto fra due stadi di amplificazione (coupling capacitor)

54 Spesso è importante mantenere il guadagno anche a basse frequenze
 Amplificatori dc-coupled Risposta in frequenza tipo filtro passa-basso

55 Amplificatori passa-banda