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Principi di elettronica generale

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Differenza di potenziale o tensione

• La differenza di potenziale o tensione si misura Volt [V] e indica la differenza di potenziale elettrico. Una carica elettrica si muove tra un punto a potenziale più alto al punto a potenziale più basso.

per convenzione a muoversi sono le cariche positive anche se in realtà si muovono quelle negative (elettroni)

Corrente elettrica

• È costituita da un flusso di cariche elettriche che si spostano dal punto a potenziale più alto al punto a potenziale più basso. Si misura in Ampere [A].

La resistenza

• Si oppone al passaggio di corrente. Rappresenta il carico elettrico che colleghiamo alla batteria. La resitenzadissipa energia sotto forma di calore.

Si misura in ohm [Ω]

R

simbolo

Resistenzaelettronica(0,25Watt)

ResistenzaElettrica lavatrice(1950 Watt)

La legge di Ohm

• Se ad una resistenza applichiamo una tensione su di essa passerà una corrente che può essere calcolata con la seguente formula

R

VI =Corrente [A]

Tensione [V]

Resistenza [Ω]

Esempio: calcolo corrente

][2,110

12A

R

VI ===

V=12 VR=10 ohmTrovo corrente I

Calcolo tensione

I=2 AR=10 ohmTrovo tensione V

][20210 V

IRV

=⋅=

⋅=

I=2 A

10 Ω

Calcolo resistenza

V=12VI=2 A

Trovo resistenza R

][62

12Ω===

I

VR

V=12V

I=2 A

Resistenze in serie

• Date 2 o più resistenze in serie, la resistenza totale è la somma delle resistenze.

21 RRRs +=

Resistenze in parallelo

• Date 2 o più resistenze in parallelo, la resistenza totale si calcola con la seguente formula.

21

21

2

1

1

1

1

RR

RRRp

RR

Rp

+

⋅=

+

= Formula generale, valida per qualsiasi numero di resistenze

Formula semplificata, valida per 2 resistenze

esercizio

• Date tre resistenze in serieR1=30Ω, R2=20Ω, R3=40ΩTrovo la resistenza totale Rs

Rs=R1+R2+R3=30+20+40=90Ω

Esercizio usando formula generale

• Date tre resistenze in paralleo

R1=30Ω, R2=20Ω, R3=12ΩTrovo la resistenza totale Rp

Ω===++

=

++

=

++

=

610

60

60

10

1

60

532

1

12

1

20

1

30

1

1

3

1

2

1

1

1

1

RRR

Rp

Stesso esercizio usando formula semplificata

Ω==+

⋅=

+

⋅=

Ω==+

⋅=

+

⋅=

624

144

1212

1212

312

312

1250

600

2030

2030

21

2112

RR

RRRp

RR

RRR

Generatori (batterie) in serie

• Dati 2 generatori in serie, la tensione totale è data dalla somma delle singole tensioni

1

2

Vs=V1+V2-

-

Generatori (batterie) in parallelo

• Mettere in parallelo più batterie serve ad avere a disposizione più corrente per piùtempo. Le batterie devono avere la stessa tensione.

I1

Ip=I1+I2

--

I2

Generatore reale di tensione

• Viene rappresentato come un generatore di tensione Eg con in serie una resistenza Rg

Eg

Rg

Generatore reale di corrente

• Viene rappresentato da un generatore di corrente Ig con in parallelo una resistenza Rg

Ig Rg

NB: utilizzando il teorema di Thevenin/Norton posso trasformare un generatore di tensione in un generatore di corrente

Ig=Eg/RgEg=Rg·Ig

Esercizio

AR

VI

VV

AR

VI

VVV

VIRV

AItotI

VIRV

AItotI

ARtot

EtotItot

RRRtot

RR

RRR

4,020

8

2

22

122

4,020

8

1

11

8121

48,05333

8,03

88,010121212

8,012

8,015

12

15510

312

1040

400

2020

2020

21

2112

===

=

===

==

=⋅=⋅=

==

=⋅=⋅=

==

===

Ω=+=

+=

Ω==+

⋅=

+

⋅=

Itot

Etot Itot

Itot

Il condensatore• È costituito da 2 lamine di metallo dette

armature separate da uno strato di materiale isolante (plastica, aria, ceramica) detto dielettrico.

Caratteristiche condensatore

• Il condensatore è in grado di accumulare carica elettrica. Questa sua caratteristica è chiamata capacità ed è data dal rapporto tra la carica del condensatore e la tensione ai suoi capi.

La capacità C si misura in Farad [F].La tensione V si misura in Volt [V].La carica elettrica Q si misura in Coulomb [C].

V

QC =

Caratteristiche del condensatore

• La capacità C del condensatore dipende dalla superficie S delle armature e dalla loro distanza. Dipende inoltre dal tipo di isolante tra le armature.

La capacità C si misura in farad [F]La superficie si misura in [m2 ]La distanza d si misura in [m]La costante ɛ dipende dal tipo di isolante tra le armature

d

SC ε=

Condensatori in parallelo

• La capacità di condensatori in parallelo èdata dalla somma delle singole capacità

Cp=C1+C2

Condensatori in serie

• Per i condensatori in serie si usa la seguente formula

• Se i condensatori sono 2 posso usare la seguente formula semplificata

2

1

1

1

1

CC

Cs

+

=

21

21

CC

CCCs

+

⋅=

Carica del condensatore

• Applicando una tensione ad un circuito costituito da una resistenza R e un condensatore C, il condensatore si carica con andamento esponenziale.

Vo

Scarica del condensatore

• Se ad un condensatore carico collego una resistenza, esso si scarica in maniera esponeziale

Tipi di condensatore

Il segnale

• È una grandezza elettrica (Tensione o Corrente) che può contenere un’informazione.

Vo

tempo

Segnali periodici

• Si ripete uguale a intervalli di tempo regolare detti periodi. Il periodo si indica con T e si misura in secondi [s]

Frequenza: è il numero di volte che il segnale si ripete in un secondo e si misura in Hertz [Hz]

][

1][

1][

sTHzf

fsT

=

=

Onda quadra

• È un segnale periodico utilizzato soprattutto in elettronica digitale e nel controllo di attuatori (valvole, motori, inverter)

100% ⋅=T

tondc

Duty Cicle

Es:trasmissione dato digitale

Onda triangolare

T

Onda sinusoidaleVp: tensione di picco

L’onda sinusoidale è molto importante perché, oltre a essere usata come alimentazione (es:220V ac), permette di rappresentare tutti gli altri tipi di segnali

Il teorema di Fourier

• Questo teorema dimostra che qualsiasi segnale elettrico può essere scomposto in sinusoidi

Spettro di un segnale

• È la rappresentazione delle sinusoidi che compongono un segnale nel dominio

della frequenza. Si utilizza lo spettro perché è più facile da disegnare.

Spettro di una sinusoide

Spettro di un segnale (costituito da infinite sinusoidi) della voce

Amplificatore di tensione (preamplificatore)

• Amplifica la tensione che riceve in ingresso

Av=2

Vi=1V Vo=2V

Guadagno Av=Vo/Vi=2V/1V=2

Guadagno AvdB=20log10(Av)=6dB

Alimentazione singola e duale

+1,5V

0V

SINGOLAIl circuito ha solo tensioni positive

0V

+1,5V

-1,5V

DUALEIl circuito ha tensioni positive e negative

Filtri

• Sono dispositivi che lasciano passare determinate frequenze e ne eliminano altre.

Tipi di filtro

• Filtro passa basso: lascia passare le frequenze inferiori ad un determinato valore detto frequenza di taglio fT

fT fT

Simbolo

Circuito semplice filtro passa basso

Capacitivo Induttivo

NB: questi circuiti sono 2 tra i più semplici; esistono circuiti più complessi che svolgono una funzione migliore di filtro. Questi 2 circuiti inoltre sono passivi, cioè non hanno bisogno di alimentazione

Tipi di filtro

• Filtro passa alto: lascia passare le frequenze superiori ad un determinato valore detto frequenza di taglio fT

fT fT

Simbolo

Circuito semplice filtro passa alto

Capacitivo Induttivo

Tipi di filtro

• Filtro passa banda: lascia passare le frequenze comprese tra un valore minimo e un valore massimo

Simbolo

fmin fmax fmin fmax

Tipi di filtro

• Filtro escludi banda: elimina le frequenze comprese tra un valore minimo e un valore massimo

Simbolo

fmin fmax fmin fmax

IL Silicio

• È un materiale molto diffuso in natura (lo si trova ad esempio nella sabbia). Il suo atomo è quadrivalente, cioè può avere 4 legami. Il silicio puro elettricamente è un materiale cristallino isolante.

SiSi

Si Si

Drogaggio del silicio• Aggiungendo al silicio una piccola quantità di Boro, si creano

delle cariche positive e il silicio diventa conduttore; si dice drogato di tipo P

• Aggiungendo al silicio una piccola quantità di arsenico, si creano delle cariche negative e il silicio diventa conduttore; si dice drogato di tipo N

BSi

Si Si

AsSi

Si Si

+

-

La giunzione PN• Unendo tra loro una parte di silicio di tipo P e

una di tipo N, nel punto di giunzione le cariche positive si ricombinano con quelle negative creando una bariera isolante detta ZONA DISVUOTAMENTO

+ + + + ++ + + + ++ + + + ++ + + + ++ + + + ++ + + + +

- - - - -- - - - -- - - - -- - - - -- - - - -- - - - -

Aanodo

Kcatodo

Aggiungendo alla struttura due morsetti ottengo un componente chiamato DIODO

A K

simbolo

A KDiodo al silicio

Diodo polarizzato direttamente

• Polarizzando direttamente il diodo, la zona di svuotamento si restringe e lascia passare la corrente; idealmente il diodo si comporta come un interruttore chiuso, in realtà ai suoi capi ho una tensione che varia a seconda del tipo di diodo e tipicamente è di 0,6V

Corrente mAkohm

VI 2,1

10

12=≅

Diodo polarizzato inversamente

• Polarizzando inversamente il diodo, la zona di svuotamento si allarga e non lascia passare la corrente; idealmente il diodo si comporta come un interruttore aperto e ai suoi capi ho la tensione di alimentazione

Corrente mAI 0=

Raddrizzatore a una semionda

• Applicando in ingresso al circuito una sinusoide, in uscita ottengo solo le semionde positive. Invertendo il diodo, vengono fatte passare solo le semionde negative.

ViVo+ + + +

- -

Raddrizzatore a doppia semionda (ponde diodi o di gratz)

• Questo circuito fa passare le semionde positive e raddrizza quelle negative. In uscita ho tutte semionde positive. Le semionde positive passano dai diodi D1 e D3, le negative da D2 e D4.

Vi+ +

- -+ +-

+

+ -

-

Alimentatore non stabilizzato

+

-

Vo

Mettendo un condensatore in parallelo all’uscita, filtro le semionde e ottengo una tensione continua, il cui valore non è stabile e dipende dalla resistenza di carico RL.

Il ripple

• Il residuo di ondulazione che rimane in uscita viene chiamato Ripple ed è un disturbo. Viene espresso come percentuale.

Vo=5V Ripple=±0,2VRipple%=(Ripple/Vo)·100=±4%

Il trasformatore

• Questo dispositivo viene inserito prima dell’alimentatore per trasformare la tensione alternata di rete (220V) in una tensione più bassa e meno pericolosa (es 12V) più adatta a essere trasformata in tensione continua

220V~ 12V~

Regolatore di tensione

• È un dispositivo integrato in grado di trasformare una tensione continua non stabile in una tensione continua stabile di un valore desiderato.

LM78H05

Vo tensione di uscita

Corrente massima di uscita

Uscita positiva o negativa

Tipo di contenitore

Circuito• Applicando in ingresso una tensione non stabile compresa tra 8 e

30 V, col 7805 ottengo in uscita una tensione stabile di 5V. I condensatori nello schema sono opzionali e migliorano ulteriormente le caratteristiche della tensione di uscita.

Tipi di diodo

• Diodo al silicio per piccoli segnali(Vmax=50 V Imax=1 A)

• Diodi di potenza(Vmax=migliaia di V Imax=decine di A)

• Diodo ledQualche V, alcune decine di mA

A K

Diodo zener

• Polarizzato direttamente si comporta come un normale diodo (VAK=0,6V) e lascia passare la corrente.

• Se polarizzato inversamente comincia a condurre ad un certo valore di tensione che dipende dal modello di diodo.

(es: Vka=4V)

Diodo schottky

• Diodo “veloce” in commutazione ma delicato con correnti elevate.

Diodo tunnel

• Usato in telecomunicazioni

Ponte diodi

• Raddrizzatore a doppia semionda