Elettronica per telecomunicazioni - Corsi di Laurea a Distanza - …corsiadistanza.polito.it/on-line/Elettronica_telecomunicazioni/... · Elettronica per le telecomunicazioni 28/11/2003

Elettronica per le telecomunicazioni 28/11/2003

Lezione A0 - DDC 2003 1

1

Elettronica per telecomunicazioni

2

Cosa c’è nell’unità


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

ovcin

Elettronica per telecomunicazioni Presentazione

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© 2004 Politecnico di Torino 1



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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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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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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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Sviluppare capacità di analisi a livello circuitostruttura interna dei moduli

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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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Tipologia e utilizzo del materiale didatticoLezioni web/CDTesto su carta

Materiale aggiuntivo

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Descrivere l’applicazione di riferimentostrutture di RX e RTX

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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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Presentazione del moduloObiettivi, prerequisiti, contenutimateriale didatticosistema di riferimento:


dove e quali tipi


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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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dove e quali tipi


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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


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.


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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dove e quali tipi


40

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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dove e quali tipi


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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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Tensione di uscita:


Correnti di ingresso nulleI+, I- = 0

I+

VU= Ad Vd

Ad

I-

Vd

V1

V2

+

-

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Tensione di uscita:



Guadagno Ad → ∞

I+

VU= Ad Vd

Ad

I-

Vd

V1

V2

+

-

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Tensione di uscita:



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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La reazione permette di controllare i parametri di un moduli con elementi passivi

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Quattro configurazioni base di reazione:V/V, V/I, I/V, I/I

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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

54




Resistenza di ingresso Ricorrente nulla nel morsetto di ingresso: Ri → ∞

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Resistenza di uscita Rula frazione di tensione di uscita riportataall’ingresso non dipende dal carico: Ru = 0

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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

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