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Riassunto di elettronica        

Negli attuali sistemi elettronici, si utilizzano ormai prevalentemente apparecchiature e componenti digitali che hanno buone prestazioni e una maggiore affidabilità rispetto ai componenti analogici.
L'elaborazione numerica delle informazioni, però richiede, che i segnali siano dapprima acquisiti e digitalizzati e, quindi, una volta elaborati siano di nuovo riconvertiti nella loro forma continua (analogica) per attivare i sistemi di comando che permettano il controllo della grandezza fisica acquisita.

L'elettronica analogica è quel settore dell'elettronica che si occupa dell'elaborazione dei segnali analogici.
Il mondo fisico è analogico da cui, si deduce l'importanza di questa disciplina.
I settori principali di cui si occupa l'elettronica analogica sono:
• Elaborazione dei segnali: amplificazione, filtraggio, conversione, operazioni di carattere matematico quali somma, sottrazione,integrazione, ecc.
• Generazione dei segnali.
• Trasmissione dei segnali.


Elaborazione dei segnali  
         

Amplificazione:dispositivi amplificatori
Filtraggio:dispositivi filtri.
Operazioni matematiche:
somma:circuito sommatore.
integrazione: circuito integratore.
derivata: circuito derivatore.
comparazione: circuito comparatore.
Conversione analogico-digitale:convertitori ADC.
Conversione digitale analogico:convertitori DAC .
Generazione dei segnali              

Generatori di segnali sinusoidali:oscillatori.
Generatori di segnali rettangolari:multivibratori.

I componenti elettronici in grado di compiere elaborazioni fondamentali sui segnali elettrici sono realizzati con i materiali semiconduttori. Materiali semiconduttori sono il silicio e il germanio.
Il silicio è il materiale più utilizzato per la costruzione di circuiti integrati digitali e analogici e della maggior parte di componenti discreti.

Componenti analogici discreti              

Diodo ( interruttore elettronico, raddrizzatore)

I=corrente
V=tensione
Io=corrente inversa di saturazione
k=costante di Boltzmann 1,38×10-23 J/°K
q=carica dell'elettrone 1,6×10-19 C

Raddrizzatore a una semionda.

Raddrizzatore a doppia semionda.

Il raddrizzatore a doppia semionda viene usato durante le operazioni di raddrizzamento della corrente elettrica alternata. Esso è costituito dal circuito a ponte di diodi (ponte di Graetz). Si nota che durante il funzionamento, la resistenza al centro del ponte viene percorsa dalla corrente sempre nella stessa direzione, quindi la caduta di tensione ai suoi capi ha sempre lo stesso segno. L'effetto è che la tensione sinusoidale in ingresso viene replicata sulla resistenza, ma la semionda negativa viene invertita di segno.

Transistor amplificatore

Transistor interruttore

Amplificatore              

E' un circuito elettronico che modifica l'ampiezza di un segnale elettrico, conservandone la forma, sia esso di tensione che di corrente. L'amplificatore può essere studiato come un quadripolo I suoi parametri sono:
• Guadagno di tensione: Vo/Vi (oppure Io/Ii)
• Ri: resistenza di ingresso (deve avere valore elevato)
• Ro:resistenza di uscita (deve avere valore piccolo)
• Banda passante(BW)
Tutte le frequenze in centro banda (fra fL ed fH) devono essere amplificate in modo uniforme dall'amplificatore.

Dove serve un amplificatore?
Esempio: il controllo della temperatura di un ambiente deve essere rilevato, acquisito , elaborato, confrontato e visualizzato. Il rilevamento è svolto da dispositivi (sensori) che trasformano la grandezza fisica temperatura in corrente/tensione molto piccole che è necessario sottoporre ad amplificazione .
Ad es. nel caso di un semplice termostato domestico:

Gli amplificatori utilizzano i componente attivi: transistor (BJT; FET; MOS) e gli amplificatori operazionali (A.O.) in grado di aumentare la potenza del segnale, amplificandolo.
Non è possibile amplificare un segnale usando solo componenti elettrici passivi:resistenze, condensatori, induttanze.

Amplificatore operazionale      

E' un amplificatore ad elevato guadagno (Vo/Vi) realizzato in un unico circuito integrato alimentato in modo singolo (+Vcc) o in modo duale (±Vcc). il suo nome deriva dalla possibilità di realizzare operazioni matematiche.

Amplificatore operazionale in configurazione invertente.

     

Amplificatore operazionale in configurazione non invertente.

Altra applicazione con A.O. è il comparatore.
Un comparatore è un circuito che ha due possibili valori d'uscita, mediante i quali segnala il risultato del confronto delle tensioni sui due ingressi. L'amplificatore operazionale ad "anello aperto" costituisce un comparatore semplice. Un tipico comparatore è il rilevatore di passaggio per lo zero.

Segnali analogici e segnali digitali      

La digitalizzazione, è il processo che consente di trasformare una grandezza analogica in una corrispondente grandezza digitale. Un segnale viene detto analogico ( o continuo) se la forma d'onda che lo rappresenta è una funzione continua nel tempo, cioè se può assumere in ogni istante un qualsiasi valore compreso tra un massimo ed un minimo.

Un segnale viene detto discreto se, ad istanti prefissati , può assumere un determinato valore tra una serie di valori possibili detti livelli. Essendo possibile associare un valore numerico ad ogni livello, i segnali discreti vengono chiamati anche numerici o segnali digitali (digit≡cifra).

Il processo di digitalizzazione, avviene in tre fasi: campionamento, quantizzazione e codifica.

Tc=tempo di conversione
Ts=tempo di campionamento

La conversione A/D è svolta dai convertitori ADC che sono circuiti integrati I convertitori ADC sono dispositivi che convertono le grandezze elettriche analogiche in grandezze elettriche digitali

Uno schematico convertitore a due bit (xy) con risoluzione      è qui sotto rappresentato

La conversione D/A è svolta dai convertitori DAC che sono circuiti integrati che svolgono l'operazione opposta.

come, ad esempio, il DAC a resistori pesati, disegnato qui sotto.

Oscillatori            

Gli oscillatori sono dispositivi in grado di fornire in uscita un segnale senza che all'ingresso sia applicato nessun segnale specifico, sfruttando solo la tensione di alimentazione.
Certamente il segnale privilegiato è quello sinusoidale che riveste una particolare importanza negli sviluppi teorici ( teorema di Fourier) ed applicativi dell'elettronica e delle telecomunicazioni.
Il generatore di segnali sinusoidali si chiama oscillatore sinusoidale

Multivibratore astabile

E' un circuito che, senza alcun segnale di ingresso produce in uscita segnali rettangolari; di fatto è un oscillatore che produce onde quadre

Multivibratore monostabile 

E' un circuito che permettono di generare un impulso di durata fissa quando in ingresso arriva un segnale Vi (detto segnale di trigger) .