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FONDAMENTI DI ELETTRONICA ANALOGICA - unibo.it

Sergio Graffi, Antonio GnudiFONDAMENTI DI ELETTRONICAANALOGICA(21 giugno 2007)iiiiiSergio Graffi dedica questo libroalla memoria dei suoi , 21 giugno GraffiAntonio GnudiIndice1 INTRODUZIONE AI CIRCUITI fisici, modelli, circuiti .. , di un sistema fisico, progetto e analisi.. , elettr(on)ici analogici a parametri concentrati e costanti.. , di un circuito.. , per scrivere le equazioni di un circuito..72 CIRCUITI E .. di riferimento, polarizzazioni .. equivalente per i segnali.. lineare di segnali .. segnali .. non lineare.. di energia e amplificazione..163 CIRCUITI E o monoporta.. , notevoli.. , per piccoli segnali di bipoli notevoli.. , lineari.. n-polari .. o doppi bipoli.. , bipoli notevoli: i generatori dipendenti.. , bipoli lineari autonomi e loro matrici.. , di doppi bipoli e bipoli.. , di rete.. , di segnale con 2-porte lineari in cascata.

11 COMPLEMENTI, ESEMPI, ESERCIZI 140 ... delle relazioni differenziali alle derivate parziali. 2.Si decide di esaminare le propriet`a elettromagnetiche di un sistema fisico, cio e si sceglie` come modello un sistema elettromagnetico (ma per il progetto completo di un circuito

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  Esercizi, Derivate

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1 Sergio Graffi, Antonio GnudiFONDAMENTI DI ELETTRONICAANALOGICA(21 giugno 2007)iiiiiSergio Graffi dedica questo libroalla memoria dei suoi , 21 giugno GraffiAntonio GnudiIndice1 INTRODUZIONE AI CIRCUITI fisici, modelli, circuiti .. , di un sistema fisico, progetto e analisi.. , elettr(on)ici analogici a parametri concentrati e costanti.. , di un circuito.. , per scrivere le equazioni di un circuito..72 CIRCUITI E .. di riferimento, polarizzazioni .. equivalente per i segnali.. lineare di segnali .. segnali .. non lineare.. di energia e amplificazione..163 CIRCUITI E o monoporta.. , notevoli.. , per piccoli segnali di bipoli notevoli.. , lineari.. n-polari .. o doppi bipoli.. , bipoli notevoli: i generatori dipendenti.. , bipoli lineari autonomi e loro matrici.. , di doppi bipoli e bipoli.. , di rete.. , di segnale con 2-porte lineari in cascata.

2 3-porte notevole: l amplificatore operazionale ideale .. , esempi di applicazioni degli amplificatori operazionali..464 VALVOLE elettroniche ideali .. notevoli di valvole elettroniche ideali .. , pi`u semplice degli stadi amplificatori.. , a diodo.. , di corrente.. , di corrente.. , differenziale.. , particolari.. , amplificatore differenziale a transconduttanza con valvole , amplificatore differenziale di tensione con valvole ideali.. , stadi amplificatori fondamentali con una valvola ideale.. , amplificatore con valvola ideale e 2 comune.. , amplificatore con valvola ideale e 1 comune..675 STABILIT`A DEGLI STATI DI caso semplice: i circuiti del primo ordine .. problema .. che pone un problema.. spiegazione .. , complementari.. nei circuiti lineari .. , `a.. , indipendente dalla frequenza.. , interna nei doppi bipoli.

3 827 MODELLI ADINAMICI DI DISPOSITIVI a giunzione p/n .. , adinamici dei diodi.. bipolare a giunzioni ( BJT) .. , adinamici dei transistori bipolari.. , in regime di piccoli segnali (nella regione normale).. , dei modelli utilizzabili per un BJT in regione normale..958 ESEMPI DI CIRCUITI con diodi a giunzione .. , raddrizzatori.. , di tensione.. con transistori a giunzioni .. , a diodo, specchi di corrente, generatori di corrente.. , amplificatori fondamentali con BJT.. , di carichi attivi.. , amplificatori di uscita.. di amplificatori operazionali integrati .. differenziali con guadagno desensibilizzato .. di filtri attivi con opamp .. di applicazioni non lineari con opamp e diodi .. 1299 MODELLI DINAMICI DI DISPOSITIVI dinamici dei diodi p/n.. dinamici dei BJT .. Transistori MOS o MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Tran-sistor).

4 , per transistori MOS.. , in regime di piccoli segnali.. 13811 COMPLEMENTI,ESEMPI, Esprimere correttamente i valori numerici .. Sintetico riferimento per un file di ingresso di PSpice .. Altri esempi di specchi di corrente? .. Complementi sull amplificatore operazionale .. , adinamico non lineare.. , dinamico per piccoli segnali nella regione di alto guadagno. , del modello dinamico per piccoli segnali dell opamp.. , osservazioni sull utilizzo del modello ai piccoli segnali dell o-pamp.. 147 Elenco delle figure149 Indice analitico1551 INTRODUZIONE AI CIRCUITI ELETTRONICISi presentano qui alcuni argomenti di carattere generale che`e bene conoscere per com-prendere appieno quanto seguir`a. Alcuni di essi, che appartengono tradizionalmente ad altrediscipline, vengono richiamati alla memoria vuoi per la loro importanza, vuoi per l opportu-nit`a di esporre qualche complemento, vuoi per riorganizzarli in modo pi`u idoneo alle finalit`adi questo presume comunque che il lettore non sia del tutto inesperto di circuiti elettrici e si consi-glia di rivedere gli argomenti trattati in questo capitolo anche dopo aver acquisito una certafamigliarit`a con quelli dei capitoli del capitolo- Le scienze applicate si occupano sia di osservazioni sperimentali che della creazione.

5 Elabo-razione e verifica dimodelli Questo testo tratta dei modelli matematici detticircuiti elettronici analogici a parametri con-centrati e Tali modelli consistono in relazioni differenziali alle derivate ordinarie rispetto al tempo frafunzioni reali del tempo che rappresentano grandezze Essi possono anche essere rappresentati in modo grafico (schemi elettrici) o in modo alfanu-merico (netlist) secondo opportune convenzioni che occorre Per scrivere sinteticamente le equazioni di un circuito si consiglia di usare come variabili, perquanto possibile, soltanto letensioni di AI CIRCUITI fisici, modelli, circuitiProgettoOsservazioni fisicheModello matematicoAnalisiPrototipoFig. - Rappresentazione schematica delle attivit`a di studio di un sistema fisico. Le freccenere voglio indicare che questo testo si occupa soprattutto di modelli, analisi e criteri di , di un sistema fisico, progetto e analisiLo studio completo di un sistema fisico comprende una fase strettamente fisica consistentein osservazioni esperimenti e misure, una fase fisico-matematica consistente nel determina-re un modello matematico del sistema stesso1 2, e una fase tipicamente matematica consi-stente nell utilizzazione del modello al fine di prevedere il comportamento del sistema fisicoin situazioni anche diverse da quelle originariamente osservate e, di particolare interesse perl ingegnere, di individuare i criteri di progetto per la realizzazione di sistemi fisici dotati di pre-fissate propriet`a (le specifiche di progetto ).

6 Con riferimento alla schematizzazione di , questo testo ha a che fare essenzialmente con le interazioni rappresentate dalle frecce neree si atterr`a, di regola, all uso di modelli quanto pi`u semplici sia possibile, purch e in grado difornire risultati non assurdi, al fine di concentrare l attenzione sugli aspetti concettuali di un sistema fisico, cio`e decidere come va realizzato, pu`o significare sia definirel insieme dei processi tecnologici che conducono allo scopo, sia definire un insieme di sistemipi`u semplici e gi`a noti (dispositivi, componenti, sottosistemi) e di regole per comporli nel si-stema voluto, sia un po di entrambe le cose. In questo testo l aspetto di gran lunga prevalentesar`a il secondo ma si pu`o affermare, includendo nei componenti in senso lato anche i proces-si tecnologici, che lo studente di discipline ingegneristiche deve subito prendere coscienza del1Si pu`o notare che la costruzione di un modello comincia in realt`a nel momento stesso in cui si scelgono lepropriet`a del sistema fisico che debbono essere oggetto di studio: ad esempio, la decisione di studiare un sistemaelettromagnetico piuttosto che un sistema meccanico o un sistema termico pu`o anche riferirsi al medesimo insiemedi oggetti fisici.

7 `E bene anche tener sempre presente che un modello pu`o fallire il suo scopo non soltanto se`etroppo semplice per interpretare con la voluta approssimazione la realt`a fisica che vuole rappresentare, ma anchese`e troppo complicato per poter essere elaborato in modo efficiente al fine di trarne previsioni e quindi criteri diprogetto: il modello migliore`e quello che offre il miglior compromesso fra l accuratezza e la semplicit` desidera ampliare le sue conoscenze sull argomento dei modelli matematici pu`o utilmente :Appunti di Controlli automatici, Soc. Ed. Esculapio, eR. Guidorzi:Multivariable System Identification,Bononia University Press, nei quali`e ampiamente trattato ed interessanti approfondimenti sull importanza dei modelli nella storia e nella filosofia della scienza si consigliala lettura del bellissimo libro diLucio Russo:La rivoluzione dimenticata, ..Sistemi fisici, modelli, circuiti3fatto che per progettare`e essenziale conoscere i componenti e saperne analizzare le interrelazio-ni.

8 Soltanto nell analisi numerica automatica (simulazione) occorre risolvere l intero sistemadi equazioni che descrive un circuito completo (cio`e elettromagneticamente isolato); nelle pri-me fasi del progetto occorre invece operare con carta e penna su strutture e modelli quanto pi`usemplici possibile, altrimenti si perde di vista l influenza dei singoli componenti sul compor-tamento globale, e quindi non si sa come apportare via via le modifiche necessarie. Occorrepertanto aver studiato e conoscere bene le propriet`a di un buon numero di componenti (o sot-tocircuiti) relativamente semplici, saper suddividre il circuito in componenti noti e individuarele equazioni che esprimono i vincoli che la struttura del circuito impone ai suoi componenti. Inparticolare, non esiste progetto significativo che possa essere eseguito semplicemente scriven-do e risolvendo simbolicamente un sistema di equazioni: si richieder`a sempre una successionericorrente di composizione di elementi semplici, analisi, verifiche e modifiche prima di poterottenere il risultato desiderato cio`e il soddisfacimento (teorico) delle specifiche di progetto (lasuccessiva, indispensabile, verifica sperimentale esula dagli scopi di questo testo).

9 Avvertiamo infine lo studente di non lasciarsi troppo turbare dalle approssimazioni usate persemplificare i modelli matematici perch e la congruenza fra modello e sistema fisico pu`o ancheessere ottenuta, in una certa misura, realizzando il sistema in modo che le ipotesi su cui si fondail modello siano adeguatamente , elettr(on)ici analogici a parametri concentrati e costantiNel caso dei circuiti oggetto di questo testo, le idee fondamentali che conducono al modellopossono essere cos` riassunte:1. Si assume che le grandezze fisiche siano rappresentate da funzioni ordinarie3a valorireali, generalmente derivabili pi`u volte, del puntoP(x,y,z)di uno spazio euclideo tridi-mensionale e del tempot. Ci`o definisce unmodello analogico a parametri distribuiti,per il quale si dovranno scrivere, in generale, delle relazioni differenziali alle Si decide di esaminare le propriet`a elettromagnetiche di un sistema fisico, cio`e si scegliecome modello unsistema elettromagnetico(ma per il progetto completo di un circuitoelettronico si dovranno a un certo punto anche fare i conti con problemi, e quindi conmodelli, termici e meccanici).

10 3. Si ritiene che gli effetti quantistici e relativistici possano essere trascurati, scegliendocon ci`o il modello di unsistema elettromagnetico classico. Il modello si fonder`a quin-di sulle equazioni di Maxwell e su quelle che esprimono le propriet`a elettromagnetichemacroscopiche della materia secondo la Fisica Presumendo che le dimensioni fisiche del sistema siano molto minori della lunghezzad onda delle oscillazioni elettromagnetiche, un approssimazione quasi-stazionaria con-sente di trascurare i fenomeni di irradiazione e propagazione del campo elettromagneticoe di esprimere la sua densit`a di energia come somma di una densit`a di energia elettrica edi una densit`a di energia pi`u generali utilizzano funzioni generalizzate (distribuzioni).4 INTRODUZIONE AI CIRCUITI ELETTRONICI5. Con un approssimazione poi di tiporegionale4, l energia elettrica si considera non nullasoltanto in certe regioni, limitate, dello spazio (condensatori), l energia magnetica inaltre (induttori) e in altre regioni ancora si considerano concentrate la dissipazione dienergia elettrica in calore ceduto all ambiente esterno al circuito (resistori) e la cessionedi energia elettrica da parte di sistemi fisici esterni al circuito (generatori indipendenti,di tensione e di corrente).


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