Elettronica per telecomunicazioni - Corsi di Laurea a Distanza -...
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Elettronica per le telecomunicazioni 28/11/2003
Lezione A0 - DDC 2003 1
1
Elettronica per telecomunicazioni
2
Cosa c’è nell’unità
Elettronica per telecomunicazioni
0: presentazione (questa lezione)
A: amplificatori, filtri, oscillatori, mixer
B: circuiti ad aggancio di fase (PLL)
C: sistemi di conversione A/D e D/A
D: sistemi e circuiti digitali
Cosa c’è nel corso
Elettronica per le telecomunicazioni 28/11/2003
Lezione A0 - DDC 2003 2
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Elettronica per telecomunicazioni
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Cosa c’è nell’unità
Unità A:Amplificatori e circuiti nonlineari
A.0 – PresentazioneA.1 – Amplificatori operazionaliA.2 – Filtri attiviA.3 – Amplificatori a transistoriA.4 – Oscillatori e mixer
Cosa c’è nell’unità A
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Lezione A0 - DDC 2003 3
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Elettronica per telecomunicazioni
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Indice della lezione A0
Presentazione del moduloObiettivi, prerequisiti, contenutimateriale didattico sistema di riferimento:
catene RX/TXamplificatori:
dove e quali tipi
Richiami su AO idealicircuiti base con reazione
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Lezione A0 - DDC 2003 4
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Ruolo di questo corso
Elettronica nella laurea in telecomunicazioni: Sistemi elettroniciDispositivi, tecnologie, circuiti
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Ruolo di questo corso
Elettronica nella laurea in telecomunicazioni: Sistemi elettroniciDispositivi, tecnologie, circuiti
Elettronica per le TelecomunicazioniSistemi, moduli e circuiti elettronici per applicazioni di telecomunicazioni
parametri ed erroricircuiti usati nei modulianalisi ed esempi di progetto
orientato all’utilizzo consapevole
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Obiettivi di questo corso
Con riferimento a moduli e circuiti per telecomunicazioni:
Sviluppare capacità di progetto a livello sistemadalle richieste di una applicazione a struttura e specifiche dei moduli
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Obiettivi di questo corso
Con riferimento a moduli e circuiti per telecomunicazioni:
Sviluppare capacità di progetto a livello sistemadalle richieste di una applicazione a struttura e specifiche dei moduli
Sviluppare capacità di analisi a livello circuitostruttura interna dei moduli
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Obiettivi di questo corso
Con riferimento a moduli e circuiti per telecomunicazioni:
Sviluppare capacità di progetto a livello sistemadalle richieste di una applicazione a struttura e specifiche dei moduli
Sviluppare capacità di analisi a livello circuitostruttura interna dei moduli
Impostare ed eseguire una verifica, attraversosimulazione e misure.
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Organizzazione di questo corso
Lezioniflusso principale navigabile con audio + cartellimateriale su finestre richiamate da hotword
Esercizitest al termine di ciascuna lezioneesercizi abbinati a ciascuna lezioneesempi di scritti d’esame risolti
Laboratorioguide per lo svolgimento delle esercitazioni(anche in autonomia)
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Obiettivi di questa lezione
Organizzazione, contenuti e caratteristiche del modulo
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Obiettivi di questa lezione
Organizzazione, contenuti e caratteristiche del modulo
Tipologia e utilizzo del materiale didatticoLezioni web/CDTesto su carta
Materiale aggiuntivo
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Obiettivi di questa lezione
Organizzazione, contenuti e caratteristiche del modulo
Tipologia e utilizzo del materiale didatticoLezioni web/CDTesto su carta
Materiale aggiuntivo
Descrivere l’applicazione di riferimentostrutture di RX e RTX
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Obiettivi di questa lezione
Organizzazione, contenuti e caratteristiche del modulo
Tipologia e utilizzo del materiale didatticoLezioni web/CDTesto su carta
Materiale aggiuntivo
Descrivere l’applicazione di riferimentostrutture di RX e RTX
Primo argomento: amplificatori operazionali
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Prerequisiti per il modulo
Elettronica applicata, comunicazioni, calcolatori:da Sistemi ELN + Dispositivi e Circuiti ELN
amplificatori operazionali, transistori bipolari e MOScircuiti digitali (porte, flip-flop, registri, contatori, …)
da Teoria dei segnalianalisi di segnali, spettri in frequenza, modulazioni.
Per le esercitazioni di laboratorio:semplici montaggi, uso della strumentazione base trattamento di dati sperimentali
test prerequisiti
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Contenuti
Argomenti raccolti in Unità (4-5 lezioni)
0: presentazione, sistema di riferimento, A.O.(questa lezione)
A: amplificatori, filtri, oscillatori, mixer
B: circuiti ad aggancio di fase (PLL)
C: sistemi di conversione A/D e D/A
D: sistemi e circuiti digitali
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Elementi caratterizzanti
Approccio top-down: Ogni argomento viene affrontato nella sequenza:
descrizione funzionale e identificazione,
analisi dei circuiti utilizzati criteri di progetto e principali cause degli errori
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Elementi caratterizzanti
Approccio top-down: Ogni argomento viene affrontato nella sequenza:
descrizione funzionale e identificazione,
analisi dei circuiti utilizzati criteri di progetto e principali cause degli errori
Per ogni argomento o unità:Elementi base di teoria (modelli matematici)Esempi di applicazioneEsercizi di analisi e di progettoEsercitazione di laboratorio
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Elettronica per telecomunicazioni
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Indice della lezione A0
Presentazione del moduloObiettivi, prerequisiti, contenutimateriale didatticosistema di riferimento:
catene RX/TXamplificatori:
dove e quali tipi
Richiami su AO idealicircuiti base con reazione
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Materiale didattico
Testo su carta:ELETTRONICA PER TELECOMUNICAZIONID. Del Corso, McGraw Hill, 2002
contiene un CD-ROM con materiale complementare (simulatori, note applicative, …)utilizzati i cap. 1, 2, 3, 4, parte del cap. 5
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Materiale didattico
Testo su carta:ELETTRONICA PER TELECOMUNICAZIONID. Del Corso, McGraw Hill, 2002
contiene un CD-ROM con materiale complementare (simulatori, note applicative, …)utilizzati i cap. 1, 2, 3, 4, parte del cap. 5
Sito web per corso in presenzalucidi, manuali, guide, esercizi, SW, simulatori, ...errata corrige e aggiornamenti al testoraggiungibile da qui o dal sito della teledidattica
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Laboratorio
È parte essenziale di un corso progettuale
Obiettivi:verificare la corrispondenza tra modelli e casi realiverificare la correttezza dei progettiabituare al lavoro coordinato
Sono disponibili, nel testo e sul sito web, manualie guide per le esercitazioni e le relazioni
Richiede attività di preparazione:progetti, simulazioni precedenti le misure
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Materiale su CD-ROM - 1
Il CD-ROM abbinato al testo contiente materiale didattico complementare:
Indice grafico degli argomenti
GlossarioFigure attive e SimulatoriEsempi di esercizi risoltiNote applicativeData sheet
Parte di questo materiale viene usata nelle lezioni
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Elettronica per telecomunicazioni
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Indice della lezione A0
Presentazione del moduloObiettivi, prerequisiti, contenutimateriale didatticosistema di riferimento:
catene RX/TXamplificatori:
dove e quali tipi
Richiami su AO idealicircuiti base con reazione
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Sistema di riferimento
Principale applicazione di riferimento:sistema radio ricevente e trasmittente
telefono cellulare, interfaccia wireless LANsistema complesso (anche 100.000.000 transistori),usa i moduli descritti nel corsoutilizza tecnologie diversificateforte integrazione
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Sistema di riferimento
Principale applicazione di riferimento:sistema radio ricevente e trasmittente
telefono cellulare, interfaccia wireless LANsistema complesso (anche 100.000.000 transistori),usa i moduli descritti nel corsoutilizza tecnologie diversificateforte integrazione
altra applicazione di riferimento:sistema wireline (LAN, …)
problemi similicanale e parametri diversi
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Ricevitore elementare
Filtro, Amplificatore e Demodulatore a frequenzavariabile.
La sintonia si eseguespostando la frequenza di risonanza del filtro fA.
Vu
ANT.
DEMOD.Va
f
fA
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Principio del ricevitore eterodina
Il segnale di ingresso vienetraslato a una frequenza fissafi = fa - fo.
La sintonia si ottiene variandofo
Filtro di ingresso(F variabile)
XO
DEMOD.VaVu
Filtro e AmplificatoreFI (F fissa f i = fa - fo)
f
fa fOfi = fa - fo
fa
fO
Circuito a doppia conversione
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Introduciamo il digitale - 1
Molte applicazioni utilizzano datiespressi in forma numerica.
XO
Va
Amplificatore FI (F fissa)
Demodulatoreanalogico
DEMOD. A/D
Filtro di ingresso(F variabile)
canale FI
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Introduciamo il digitale - 2
Il demodulatore numerico può usare algoritmi complessiÈ possibile cambiare facilmente modulazione
Il convertitore A/D deve operare a frequenza elevata.
XO
Va
Amplificatore FI (F fissa)
A/D
Demodulatorenumerico
DEMOD.
Filtro di ingresso(F variabile)
canale FI
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Anticipiamo il digitale
Il filtro FI numerico aumenta le richieste computazionali, ma permette di cambiare a SW le caratteristiche del canale FI.
È possibile dividere il segnale FI in due rami: fase/quadratura
Filtro e Amplificatore di ingressobasso rumore, ampia dinamica: LNA
XO
canale FI
A/D
Filtro FI e Demodulatorenumerici
DEMOD.Va
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Canali I/Q
Il segnale viene scomposto nelle componenti in fase e in quadratura. Il demodulatore calcola modulo e fase.
esempio di struttura RTX reale
Amplificatoredi ingresso(LNA)
Ramo segnale I
VIX A/D
DEMOD.
XO
A/D
π/2
VQRamo segnale Q
|V|, ∠V
Va
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SDR: Software Defined Radio
Le funzionalità numeriche sonorealizzate da componentiprogrammabili (DSP, logicheprogrammabili, ….)
DSP O
DEMOD.A/D
A/D criticoper:- velocità- rumore- dinamica- linearità
Componenteanalogico:LNA (+ filtro)
Va
Struttura SDR con canali I/Q
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Elettronica per telecomunicazioni
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Indice della lezione A0
Presentazione del moduloObiettivi, prerequisiti, contenutimateriale didatticosistema di riferimento:
catene RX/TXamplificatori:
dove e quali tipi
Richiami su AO idealicircuiti base con reazione
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Amplificatori: dove e quali
L’applicazione determina il tipo di amplificatore
Bassa frequenza (audio, seconda FI, …)possibile e conveniente usare A.O.
filtriampificatori di condizionamento
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Amplificatori: dove e quali
L’applicazione determina il tipo di amplificatore
Bassa frequenza (audio, seconda FI, …)possibile e conveniente usare A.O.
filtriampificatori di condizionamento
Radiofrequenza e FIfrequenze elevate, rumore, rendimentonon è possibile usare A.O.
amplificatori accordati con BJT e MOSstadi nonlineari (mixer, oscillatori)
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Elettronica per telecomunicazioni
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Indice della lezione A0
Presentazione del moduloObiettivi, prerequisiti, contenutimateriale didatticosistema di riferimento:
catene RX/TXamplificatori:
dove e quali tipi
Richiami su AO idealicircuiti base con reazione
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Amplificatore Operazionale ideale
Tensione di uscita:
VU = Ad Vd = Ad (V1 - V2)
I+
VU= Ad Vd
Ad
I-
Vd
V1
V2
+
-
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Amplificatore Operazionale ideale
Tensione di uscita:
VU = Ad Vd = Ad (V1 - V2)
Correnti di ingresso nulleI+, I- = 0
I+
VU= Ad Vd
Ad
I-
Vd
V1
V2
+
-
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Amplificatore Operazionale ideale
Tensione di uscita:
VU = Ad Vd = Ad (V1 - V2)
Correnti di ingresso nulleI+, I- = 0
Guadagno Ad → ∞
I+
VU= Ad Vd
Ad
I-
Vd
V1
V2
+
-
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Amplificatore Operazionale ideale
Tensione di uscita:
VU = Ad Vd = Ad (V1 - V2)
Correnti di ingresso nulleI+, I- = 0
Guadagno Ad → ∞
I+
VU= Ad Vd
Ad
I-
Vd
V1
V2
+
-
Vd = VU/Ad = 0
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Circuiti base con A.O.
Gli elementi attivi (transistori, operazionali) hanno parametri poco controllabili
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Circuiti base con A.O.
Gli elementi attivi (transistori, operazionali) hanno parametri poco controllabili
La reazione permette di controllare i parametri di un moduli con elementi passivi
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Circuiti base con A.O.
Gli elementi attivi (transistori, operazionali) hanno parametri poco controllabili
La reazione permette di controllare i parametri di un moduli con elementi passivi
Quattro configurazioni base di reazione:V/V, V/I, I/V, I/I
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Circuiti base con A.O.
Gli elementi attivi (transistori, operazionali) hanno parametri poco controllabili
La reazione permette di controllare i parametri di un moduli con elementi passivi
Quattro configurazioni base di reazione:V/V, V/I, I/V, I/I
Più usati in questo modulo:Amplificatore di tensione non invertente
Amplificatore invertente o di transresistenza
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Amplificatore di tensione con A.O.
La reazione permette di realizzare un amplificatoredi tensione con guadagnoassegnato (AR)
Ri alta, Ru bassa
2
21
I
UR
21
2
RRR1
VV
A
RRR
+=
β==
+=β
R2
R1
Ad
V I
-
+
VU
Vd
VE
AR, Ri, RuVI VU
Calcoli dettagliati
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Effetto della reazione sui parametri
circuito di riferimento
Il guadagno Ar dipende solo da R1/R2
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Effetto della reazione sui parametri
circuito di riferimento
Il guadagno Ar dipende solo da R1/R2
Resistenza di ingresso Ricorrente nulla nel morsetto di ingresso: Ri → ∞
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Effetto della reazione sui parametri
circuito di riferimento
Il guadagno Ar dipende solo da R1/R2
Resistenza di ingresso Ricorrente nulla nel morsetto di ingresso: Ri → ∞
Resistenza di uscita Rula frazione di tensione di uscita riportataall’ingresso non dipende dal carico: Ru = 0
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Effetto della reazione sui parametri
circuito di riferimento
Il guadagno Ar dipende solo da R1/R2
Resistenza di ingresso Ricorrente nulla nel morsetto di ingresso: Ri → ∞
Resistenza di uscita Rula frazione di tensione di uscita riportataall’ingresso non dipende dal carico: Ru = 0
Amplificatore di tensione con guadagno notoindipendente da carico e sorgente
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Amplificatore invertente
Questa configurazionepermette di realizzareamplificatori invertenti o di transresistenza
Ri = R1, Ru bassa
1
2
I
UR
21
I21U
1
I1
RR
VV
A
RRV
RIV
RV
I
−==
−=−=
=
AR, Ri, Ru
V I VU
R1
VI
-+
VU
R2
Vd =0
I1
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Generalizzazione con Z
Quanto visto con R vale per Z qualsiasi:
varie tipologie
Z1
AO 1
-
+
Z2
I1
2U V
ZZV ⋅−=
I2
21U V
ZZZ
V+
=
Z1
AO 1VI
-+
VU
Z2
VU
VI
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Vari tipi di amplificatori
Caratteristiche degli amplificatori:
ingresso in tensione:ZI alta
uscita in corrente:ZU bassa
uscita in tensione:ZU alta
ingresso in corrente:ZI bassa
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Sommario della lezione A0
Presentazione del moduloObiettivi, prerequisiti, contenutimateriale didattico sistema di riferimento: catene RX/TX, ...amplificatori: dove e quali tipi
Richiami su AO idealiamplificatori di tensione invertenti e noninv.esempio/esercizio con Z complessa
Verifica
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Verifica lezione A0
Quali sono Ri e Ro ottimali per amplificatori:V → I, V → V, I → I, I → V
In quali parti di un sistema RX/TX non è possibileusare amplificatori fatti con A.O. reazionati?
Quali sono le differenze tra SDR e strutture radio tradizionali?
Quali sono i vantaggi dei ricevitori a eterodina?
Quali sono gli obiettivi delle esercitazioni di laboratorio in questo corso?
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Prossima lezione (A1)
Amplificatori operazionali realierrore di guadagnorisposta in frequenza, slew rateAmplificatori AC con OperazionaliStabilità
Esempio: amplificatore AC
Riferimenti nel testoRichiami su A.O.: 2.1.1
Amplificatori AC: 2.1.2