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Introduzione al corso

• Obiettivi e descrizione del corso.

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Richiami

• Corrispondenze fra schema elettrico, equazioni e schema a blocchi.

• Schemi a retroazione: esempi generici, rete RC.

• Modello dell’amplificatore operazionale. Limitazioni del modello ideale a tre terminali (somma delle correnti non nulla).

• Spice: modelli dei componenti e possibili fonti di errore.

• Diagrammi di Bode: Scale logaritmiche e dB

• Calcoli sui diagrammi logaritmici

• Le unità di misura nelle equazioni

• Risposta in frequenza e metodo delle costanti di tempo. Circuiti connessi e circuiti non connessi

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Retroazione

• Effetti della retroazione sulle principali non idealità di un amplificatore.

• Definizione di Sensibilità di una funzione rispetto ad un parametro.

• Valutazione della sensibilità per amplificatori in cascata

• Rappresentazione di un circuito a retroazione tramite un N-bipolo

• Determinazione del guadagno d’anello T(s) tramite valutazione di Tv e Ti. *

• Invarianza del guadagno d’anello rispetto alla rappresentazione a blocchi e al generatore di segnale di ingresso

• Schema a blocchi completo di un circuito a retroazione: FdT di pre-processo, Loop interno, FdT di post-processo.

• Jaeger: Cap.18, (* Par.9)

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Circuiti elettronici a retroazione

• Schematizzazione dei quattro tipi di retroazione per circuiti generici
• Definizione di tipo di confronto e tipo di prelievo.
• Metodi generali di determinazione del confronto e del prelievo
• Schematizzazione a doppi bipoli.
• Applicazione della retroazione ai circuiti a componenti discreti
• Schematizzazione a doppio bipolo della rete di retroazione
• Semplificazione con doppio bipolo unidirezionale
• Effetti della retroazione sulle resistenze di ingresso e di uscita.
• Analisi degli stadi CE con Rcb, CC, CER.
• Retroazione multi-anello
• Considerazioni sulla risposta in frequenza di circuiti a retroazione
• Considerazioni sull’andamento di Zout al variare della frequenza.
• Vantaggi dei circuiti a retroazione
• Retroazione dipendente dalla frequenza
• Esempio di layout di un amplificatore e formazione di retroazione positiva.
• Diagrammi di Bode di T(s), A(s), AF(s)
• Esempi di determinazione di T(s)
• Analisi della FdT dell’errore e problematiche di non linearità dello stadio di ingresso
• Effetti della retroazione sui circuiti non lineari**
• Retroazione comprendente circuiti attivi
• Retroazione positiva

 

• Esempio: vedi esercizio 1.
• Gray-Meyer: Cap. 8
• Sedra-Smith: Cap.8
• Millman-Grabel: Cap.12
• Jaeger: Cap.18,

   

• Retroazione e distorsione di stadi amplificatori CE e CER (**)
• Estensione del principio di sovrapposizione degli effetti ai circuiti con generatori dipendenti

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Circuiti ad amplificatori operazionali. Metodo generale di determinazione della FdT

• Tecniche di determinazione della Funzione di Trasferimento (FdT) di circuiti con amplificatori operazionali (OpAmp) ideali.
• Stadi invertenti a ingresso singolo
• Stadi invertenti multi-ingresso
• Stadi invertenti a retroazione multipla
• Considerazioni su tecniche di determinazione della Funzione di Trasferimento (FdT) di circuiti con amplificatori operazionali (OpAmp) reali.
• Definizione di Noise Gain.

• Esempio: Circuito derivatore con rete passa basso RC in retroazione.

• Amplificatori operazionali e reti RC (Texas Instruments) (Cap.2)

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Stabilità dei circuiti a retroazione

• Concetti di stabilità degli amplificatori retroazionati
• Il guadagno d'anello come mappa da C a C
• Definizione di retroazione positiva e negativa (sul cerchio a raggio unitario centrato in -1).
• Criterio di Nyquist e margini di stabilità
• Margini di fase e di guadagno.
• Diagramma di Bode con Aol e A_teorico (noise gain): considerazioni su stabilità e rapporto di chiusura e di apertura.
• Tecniche di compensazione in frequenza
• Tecniche di compensazione: a polo dominante
• Compensazione polo-zero (noise gain compensation.)***
• Compensazione mista
• Dimensionamento ottimale della rete di compensazione
• Anelli di retroazione annidati
• Effetti dell’impedenza di ingresso di un amplificatore operazionale
• Esempi di calcolo di reti di compensazione
• Determinazione della FdT di pre-processo dal diagramma di Bode e determinazione della FdT complessiva.
• Criterio del cerchio
• Amplificatori operazionali con carico capacitivo***
• Amplificatori totalmente o parzialmente compensati
• Struttura interna di un amplificatore operazionale: Capacità di compensazione e limiti di slew rate
• Stadio di guadagno di tensione e problema di latch-up
• Stadio amplificatore e valutazioni sul collegamento del sistema di alimentazione

• Esempio: Circuito derivatore ad Amplificatore Operazionale
• Esempio: vedi esercizio 2

 

• Gray-Meyer: Cap. 9
• Sedra-Smith: Cap.8
• Millman-Grabel: Cap.13
• *** APEX: AN19

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Oscillatori e Generatori di Forme d'Onda

• Funzionamento teorico di un oscillatore
• Criteri di Barkhausen
• Oscillatore a ponte di Wien
• Stabilizzazione dell'ampiezza dell'oscillazione **
• Valutazione dell'amplificazione delle armoniche e circuito a bassa distorsione
• Oscillatore sin/cos
• Analisi vettoriale deell'integratore e dell'amplificatore invertente
• Compensazione dell'eccesso di sfasamento
• FdT dell'integratore reale

 

•  Esempio: vedi esercizio 3

• Sedra-Smith: Cap.12
• Millman-Grabel: Cap.15
• Jaeger: Cap.18

• Stabilizzazione_ampiezza_dell'oscillazione nel ponte_di_Wien (**)

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Filtri attivi

• Definizioni generali sui filtri (banda passante, banda attenuata,attenuazione in banda passante -Amax- e in banda attenuata -Amin-, banda di transizione, ecc.)ù
• Stima dell'ordine del filtro
• Filtri di Butterworth
• Considerazioni sulla cascata di celle del secondo ordine
• Struttura del filtro a variabili di stato
• Realizzazione a guadagno costante per il passa basso e passa alto
• Realizzazione a guadagno costante per il passa banda
• Derivazione delle funzioni di trasferimento passa alto e passa banda dalla funzione di trasferimento del passa basso
• Celle di Sallen Key. Funzione di trasferimento ed impedenza di ingresso per uno stadio passa basso
• Limitazioni del fattore di smorzamento nei casi di imposizione a priori dell'uguaglianza fra le resistenze o fra le capacità.
• Concetti di stabilità della FdT impedenza di ingresso o ammettenza di ingresso.
• Pilotaggio in tensione e pilotaggio in corrente. Funzionamento a morsetti di ingresso aperti.
• Celle di Rauch (filtro a retroazione multipla). Funzione di trasferimento della configurazione generale e per la struttura passa basso
• Circuito di Antoniou per la sintesi di impedenze
• Filtro Notch a doppio T. Determinazione della FdT.
• Circuito di aumento del fattore di merito Q.
• Filtro Notch a sfasamento

• Millman-Grabel: Cap.16

• Amplificatori operazionali e reti RC (Texas Instruments) (Cap. 3,4)

• Filtri attivi (National Semiconductors): AN-779: A Basic Introduction to Filters - Active, Passive and Switched-Capacitor
• Sensibilità (National Semiconductors): OA-28: OA-28 Low-Sensitivity, Bypass Filter Design with Tuning Method
• Sensibilità (National Semiconductors): OA-29: OA-29 Low-Sensitivity, Bypass Filter Design with Parasitic Compensation
• Dimensionamento di Filtri Attivi (Burr Brown): Filter2.exe
• (*) Filtro notch (National Semiconductors): LB-5: High Q Notch Filter
• MF10 (National Semiconductors): AN-307: Introducing the MF-10: A Versatile Monolithic Active Filter Building Block

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Amplificatori di potenza

• Classificazione degli amplificatori di potenza
• Definizione di efficienza
• Definizione dei diagrammi normalizzati di potenza
• Rette di carico statica e dinamica
• Strutture degli amplificatori in classe A
• Schemi ad accoppiamento capacitivo e ad accoppiamento induttivo.
Ottimizzazione del punto di lavoro
• Schemi a trasformatore
(push-pull). Struttura ed equazioni principali di un trasformatore ideale
• Modello di un trasformatore reale
• Amplificatori su carico reattivo: ellisse di carico, efficienza
• Analisi della stabilità termica di un amplificatore di potenza in classe A
• Struttura e calcolo dell'efficienza per gli amplificatori in Classe B
• Guadagno di uno stadio in classe B e AB
• Strutture e calcolo dell'efficienza per gli amplificatori in Classe G
• Calcolo dell'efficienza, delle rette di carico e dei diagrammi di potenza per i vari schemi
• Amplificatori in classe H
• Strutture a ponte
• Amplificatore stereofonico a bassa dissipazione
• Amplificatori in classe D
• Modulatore PWM seno/triangolo. Considerazioni sulla risposta al gradino.
• Effetto dei tempi morti.
• Commutazione di un mosfet su carico induttivo
• Struttura di un MOSFET di potenza e definizione della SOA

• Debiasi-Offelli: Cap.7,8,9
• Offelli Cap.16, 17
• Gray-Meyer: Cap.5
• Sedra-Smith: Cap.9
• Millman-Grabel: Cap.16

• Amplificatori in classe A con accoppiamento capacitivo

• F.H.Raab: "Average efficiency of class G power amplifiers". IEEE Transaction on Consumer Electronics, Vol.CE-32, No.2, May 1986, pp.145-160
• J.A.Dutra: "Digital amplifier for analog signal". IEEE Transaction on Consumer Electronics, Vol.CE-24, No.3, August 1978, pp.308-317
• K.van der Wolf: "TDA1560Q. Power lifting amplifier" Philips semiconductor application note NBA/AN9206, 1994, pp.1-30

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Aspetti termici negli amplificatori di potenza

• Modello equivalente elettrico del comportamento termico di un dispositivo

• Definizione di resistenza termica e di impedenza termica

• Dimensionamento di un sistema di dissipazione

• Il problema della fuga termica

• Valutazione della stabilità termica di un amplificatore in classe A.

• Aspetti dinamici del loop di controllo della polarizzazione