Cos'è ElectroYou | Login Iscriviti

ElectroYou - la comunità dei professionisti del mondo elettrico

adattamento e massimo trasferimento di potenza

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

Moderatori: Foto Utenteg.schgor, Foto UtenteBrunoValente, Foto Utentecarloc, Foto UtenteDirtyDeeds, Foto UtenteIsidoroKZ

0
voti

[1] adattamento e massimo trasferimento di potenza

Messaggioda Foto Utentenovizio » 22 ott 2009, 17:16

Salve.
Spero sia questa la giusta sezione del forum per la discussione che propongo.

Vorrei capire bene la differenza tra massimo trasferimento di potenza e "semplice adattamento" (come ho trovato scritto su un manuale). Da quello che ho capito la prima condizione di funzionamento (massimo trasferimento di potenza) si realizza quando l'impedenza del generatore è pari al complesso coniugato dell'impedenza del carico.
Mentre la seconda condizione (semplice adattamento) richiede che tali impedenze siano eguali (sia in parte reale che immaginaria). Qui si intrecciano diversi concetti (riflessione del segnale, massimo trasferimento della potenza di un generatore sul carico, ecc.) i cui aspetti pratici credo abbiano influenze molto importanti:
a. problema del massimo trasferimento di potenza nelle linee di trasmissione;
b. problema di un carico che diviene improvvisamente aperto rischiando, da ciò che leggo, di danneggiare seriamente, ad esempio, un amplificatore (al quale siano state scollegate le casse acustiche nel corso del funzionamento);
c. o, in modo simile, staccare l'antenna di un trasmettitore mentre questo sta lavorando.

Insomma, mi piacerebbe capire meglio tali questioni (che sui manuali che mi è capitato di avere per le mani vengono appena accennate). Comprendere sia da un punto di vista fisico che matematico. Ad esempio, perché quelle eguaglianze di impedenze cui accennavo prima e come queste si accordino con l'aspetto fisico del fenomeno.

Ho provato a fare qualche ricerca sia all'interno del sito che sul forum, ma non sono stato fortunato.

Grazie.
Avatar utente
Foto Utentenovizio
90 1 5
Expert
Expert
 
Messaggi: 190
Iscritto il: 13 dic 2008, 18:50

0
voti

[2] Re: adattamento e massimo trasferimento di potenza

Messaggioda Foto Utentemir » 22 ott 2009, 17:28

presumo che ti riferisca a questa lettura
http://it.wikipedia.org/wiki/Adattamento_di_impedenza
ricordavo di questo argomento già trattato:
viewtopic.php?f=2&t=11045
Avatar utente
Foto Utentemir
59,7k 9 12 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 20104
Iscritto il: 19 ago 2004, 21:10

2
voti

[3] Re: adattamento e massimo trasferimento di potenza

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 22 ott 2009, 17:53

novizio ha scritto:Vorrei capire bene la differenza tra massimo trasferimento di potenza e "semplice adattamento" (come ho trovato scritto su un manuale). Da quello che ho capito la prima condizione di funzionamento (massimo trasferimento di potenza) si realizza quando l'impedenza del generatore è pari al complesso coniugato dell'impedenza del carico.
Mentre la seconda condizione (semplice adattamento) richiede che tali impedenze siano eguali (sia in parte reale che immaginaria).

Quale manuale? Visto che poi parli di linee, rimango in quell'ambito. Il secondo tipo di adattamento, fatto con sorgente che ha la stessa impedenza reale della linea credo si chiami adattamento di uniformita`. Dato che le linee hanno una impedenza caratteristica reale (o quasi), direi che specificare anche la parte immaginaria non serva.

Invece per l'adattamento energetico, che come dici richiede che le impedenze siano complesse coniugate, lo direi a rovescio. Il carico deve avere una impedenza che e` il complesso coniugato della sorgente. La differenza e` su che cosa puoi agire. Se hai gia` la sorgente e puoi solo cambiare il carico, lavora sul carico in modo da avere l'adattamento energetico.

Se invece hai il carico prefissato e stai progettando la sorgente, molto meglio cambiare strategia, ad esempio facendo una sorgente con bassa resistenza di uscita, eventualmente cancellando la parte reattiva del carico con una reattanza di segno opposto. Se riesci a fare una sorgente di questo tipo, ottieni la potenza che ti interessa in uscita, e un rendimento piu` elevato. Con l'adattamento energetico il rendimento e` del 50% soltanto (*)
novizio ha scritto:Qui si intrecciano diversi concetti (riflessione del segnale, massimo trasferimento della potenza di un generatore sul carico, ecc.) i cui aspetti pratici credo abbiano influenze molto importanti:
a. problema del massimo trasferimento di potenza nelle linee di trasmissione;
b. problema di un carico che diviene improvvisamente aperto rischiando, da ciò che leggo, di danneggiare seriamente, ad esempio, un amplificatore (al quale siano state scollegate le casse acustiche nel corso del funzionamento);
c. o, in modo simile, staccare l'antenna di un trasmettitore mentre questo sta lavorando.

Oltre a quanto detto prima, il punto a, se non si puo` agire ne' sul carico ne' sulla sorgente, consiste nel mettere un adattatore di impedenza. Puo` essere fatto con componenti discreti (LC) oppure pezzi di linea o di microstriscia.

Per il punto b non dovrebbero esserci problemi, dato che l'amplificatore e` aperiodico ed esce a bassa impedenza. Ci sono degli amplificatori particolari per audio che autoscillano se si stacca il carico. Il nome tecnico di quegli amplificatori e` amplificatori delle balle :)

Per quello che riguarda il punto c, questo potrebbe capitare. La ragione e` che questi sono amplificatori accordati e se manca il carico il fattore Q dei circuiti di adattamento sale e possono verificarsi nella sorgente tensioni o correnti pericolose per i transistori. Ogni amplificatore "serio" ha indicato qual e` il massimo range di impedenze di carico con cui puo` lavorare senza danneggiarsi, oppure senza andare in protezione riducendo la potenza di uscita.
Se ti hanno spiegato che se stacchi l'antenna la potenza che viene trasmessa torna indietro e brucia il trasmettitore, tutto sommato e` una spiegazione che non mi piace, anzi la considero parzialmente fuorviante. La ragione per cui dico questo e` che non e` necessaria una linea senza carico alla fine per eventualmente guastare la sorgente. Basta mettere sulla sorgente la stessa impedenza che fa vedere la linea senza carico, e la sorgente si guasta nello stesso modo.

Per ora mi fermo qui, se dici quali sono i manuali e qual e` il tuo background (ad esempio carta di smith) si puo` continuare con piu` precisione.

(*) Questo e` un aneddoto che ho letto tempo fa e non sono piu` riuscito a ritrovare. Qualcuno lo conosce? Vado a memoria, puo` darsi che ci siano dati sbagliati.

Seconda meta` dell'800, in una qualche citta` si voleva fare un servizio di barche azionate da motore elettrico per la navigazione sul fiume. Per avere la massima potenza disponibile gli elettrotecnici avevano fatto dei generatori che avessero la stessa impedenza interna dei carichi, con risultati modesti. Era saltato fuori qualcuno (famoso, tipo Heaviside, ma non credo che fosse lui) che aveva detto "ma no, state sbagliando tutto, se progettate la sorgente non dovete fare l'adattamento energetico", adattamento gia` ben noto a quei tempi. E i grandi elettrotecnici, facendo finta di nulla, avevano scopato la cantonata sotto il tappeto :) e avevano imparato che l'adattamento energetico era meglio usarlo solo in un verso! Qualcuno ricorda l'episodio?
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
Plug it in - it works better!
Il 555 sta all'elettronica come Arduino all'informatica! (entrambi loro malgrado)
Se volete risposte rispondete a tutte le mie domande
Avatar utente
Foto UtenteIsidoroKZ
103,9k 1 3 8
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 18466
Iscritto il: 17 ott 2009, 0:00

0
voti

[4] Re: adattamento e massimo trasferimento di potenza

Messaggioda Foto Utentemir » 22 ott 2009, 18:11

l'aneddoto no, ma la citazione si:
http://www.nntp.it/hobby-elettronica/14 ... ono-2.html
scorrere fino al topic di Franco.. :mrgreen:
Avatar utente
Foto Utentemir
59,7k 9 12 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 20104
Iscritto il: 19 ago 2004, 21:10

1
voti

[5] Re: adattamento e massimo trasferimento di potenza

Messaggioda Foto Utentenovizio » 22 ott 2009, 18:38

Grazie Isidoro, qualcosa me lo hai chiarito, e ti ringrazio. Il mio background, purtroppo, è molto basso: sono un semplice appassionato di tutto ciò che è tecnico e scientifico e, quando posso, mi divoro il testo che mi capita per le mani per capire un po' di più di questo mondo che va sempre più veloce ed è sempre più criptico.
:cry:

Il manuale al quale mi riferivo è un testo di telecomunicazioni che, a proposito delle condizioni di adattamento dei quadripoli, dice che:
- il massimo trasferimento di potenza dal generatore verso il carico si realizza imponendo la condizione di eguale parte reale ed opposta parte immaginaria delle impedenze di generatore e carico;
- l'assenza di potenza riflessa verso il generatore si realizza eguagliando le due impedenze sia in parte reale che immaginaria.

L'origine della mia confusione è proprio questa: nel primo caso ho comunque riflessione del segnale? perché se solo metà della potenza va sul carico vuol dire che l'altra metà va a finire sull'impedenza del generatore. Ma allora viene riflessa. Giusto?
Nel secondo caso, visto che si afferma di assenza di potenza riflessa, vuol dire che tutta la potenza va sul carico. Ora io fatico un po' con i numeri complessi ma mi sembra che questo non sia vero.
E poi mi piacerebbe accordare il tutto con il significato fisico dei fenomeni di cui stiamo discutendo. Che se vuoi è il mio obiettivo finale, visto che desidero capire. :wink:

A questo aggiungi che da qualche altra parte, non ricordo più dove, avevo letto quelle questioni sullo scollegamento improvviso delle casse acustiche da un amplificatore in pieno esercizio o, di un'antenna da un trasmettitore: operazioni da non fare a causa della potenza che, non trovando più un carico, veniva riflessa verso il generatore potendo, in taluni casi, risultare distruttiva.
A quel punto ho pensato di collegare il tutto e dare quindi una spiegazione sia fisica che matematica a tali questioni.

Insomma, ecco qua, non so se sono riuscito a farti comprendere meglio i miei dubbi.
Avatar utente
Foto Utentenovizio
90 1 5
Expert
Expert
 
Messaggi: 190
Iscritto il: 13 dic 2008, 18:50

0
voti

[6] Re: adattamento e massimo trasferimento di potenza

Messaggioda Foto UtenteRenzoDF » 22 ott 2009, 20:07

novizio ha scritto:...Il mio background, purtroppo, è molto basso: sono un semplice appassionato di tutto ciò che è tecnico e scientifico e, quando posso, mi divoro il testo che mi capita per le mani per capire un po' di più di questo mondo che va sempre più veloce ed è sempre più criptico. ...


Caro novizio, scusami ma un "semplice appassionato" di letteratura tecnico-scientifica che per di più "fatica con i numeri complessi", non si mette a leggere un testo di telecomunicazioni che tratta l'adattamento dei quadripoli ... e ci viene a parlare "potenza riflessa" su una linea di trasmissione :!: ... suvvia :!: :?

Si interesserà, forse, del massimo trasferimento di potenza fra un generatore reale di f.e.m. e una resistenza di carico ...no ?

Non sarebbe meglio e più onesto "giocare a carte scoperte" ? ... di che avete paura ?

... cosa vuoi dire con "background molto basso" ?
"Il circuito ha sempre ragione" (Luigi Malesani)
Avatar utente
Foto UtenteRenzoDF
52,8k 8 12 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 12475
Iscritto il: 4 ott 2008, 9:55

0
voti

[7] Re: adattamento e massimo trasferimento di potenza

Messaggioda Foto Utentenovizio » 22 ott 2009, 20:39

Ciao Renzo,
come ho detto mi interesso a tutto ciò che ha a che fare con la matematica e la fisica (nella sezione matematica, se hai tempo e voglia di andare a vedere, qualche giorno fa ho proposto una dimostrazione di geometria euclidea o razionale - credo si dica così - relativa ad un problema di seconda liceo scientifico).

Mi interesso anche di elettronica (qualche tempo fa mi sono messo a giocare con MicroCap dopo aver letto un interessante serie di lezioni proprio su questo sito). Mi piace, che ci posso fare. Però nella vita ho fatto tutt'altro (ora sono quasi in pensione) e quindi ho parecchi buchi.

Mi piace il tema delle energie alternative (grazie a questo sito sono venuto a conoscenza di un'altra comunità dove tanti appassionati (e credo anche operatori del settore) dibattono di eolico, solare, ecc.

Non voglio annoiarti con tutte le altre cose che mi interessano (storia della scienza, scienza dell'alimentazione, economia e finanza, giochi di logica - scacchi, othello, sudoku, go -, cinema italiano, psicologia, ecc.).

C'è una cosa, invece, che proprio non riesce ad appassionarmi: l'attuale dibattito politico italiano. Proprio non mi riesce. Chissà, forse in futuro. :?

Spero questo non sia un ostacolo al mio desiderio di conoscenza. Se lo fosse, comunque, chiedo scusa e mi faccio da parte. Nessun problema. :)
Avatar utente
Foto Utentenovizio
90 1 5
Expert
Expert
 
Messaggi: 190
Iscritto il: 13 dic 2008, 18:50

0
voti

[8] Re: adattamento e massimo trasferimento di potenza

Messaggioda Foto UtenteRenzoDF » 22 ott 2009, 20:56

perché dovresti farti da parte ?

Io direi che dovresti per esempio postare qualche domanda più specifica, magari su un esercizio di quel testo che non hai compreso bene, così ragioniamo su qualcosa di concreto ...no?
"Il circuito ha sempre ragione" (Luigi Malesani)
Avatar utente
Foto UtenteRenzoDF
52,8k 8 12 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 12475
Iscritto il: 4 ott 2008, 9:55

0
voti

[9] Re: adattamento e massimo trasferimento di potenza

Messaggioda Foto Utentenovizio » 22 ott 2009, 21:15

Grazie per la disponibilità. In realtà non ho un esercizio da risolvere. La mia domanda, volendo semplificare e procedere con ordine, è la seguente:
qual è la differenza tra
- massimo trasferimento di potenza
e
- semplice adattamento (uso questa locuzione in quanto così è riportata su questo testo).

Ho compreso le condizioni matematiche che è necessario imporre per ottenere l'uno o l'altro. E questo mi è chiaro. Ciò che vorrei capire è la differenza tra i due fenomeni. Che cosa significa potenza riflessa all'atto pratico (se, poi, c'entra qualcosa con una di quelle affermazioni)? Vi è potenza riflessa sia nel primo che nel secondo caso?

Insomma parlare con esperti come voi di questo argomento per comprendere, come dicevo in uno dei precedenti interventi, che significato attribuire alla frase: "non staccare improvvisamente le casse acustiche di uno stereo altrimenti l'amplificatore potrebbe bruciarsi!". O, analoga avvertenza, per il distacco improvviso dell'antenna da un trasmettitore. E, se non ricordo male, l'autore cercava di spiegare questi fatti con concetti come quello della potenza riflessa.
Ecco, vorrei farmi un'idea per capire meglio queste cose.

Ti ringrazio.
:D
Avatar utente
Foto Utentenovizio
90 1 5
Expert
Expert
 
Messaggi: 190
Iscritto il: 13 dic 2008, 18:50

6
voti

[10] Re: adattamento e massimo trasferimento di potenza

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 23 ott 2009, 1:41

novizio ha scritto: La mia domanda, volendo semplificare e procedere con ordine, è la seguente:
qual è la differenza tra
- massimo trasferimento di potenza
e
- semplice adattamento (uso questa locuzione in quanto così è riportata su questo testo).

Gli adattamenti (potenza, unformita`) si hanno anche senza le linee di trasmissione, basta una sorgente e un carico. Comincio in questa situazione, poi aggiungiamo le linee.

Se hai una sorgente, sulla quale non puoi agire, che ha una prefissata impedenza interna, e un carico su cui puoi lavorare, e vuoi estrarre dalla sorgente la massima potenza disponibile, allora, come sai, devi avere un carico che abbia una impedenza complessa coniugata della sorgente. In questo modo le due componenti reattive, opposte fra di loro, si annullano, e restano due resistenze uguali che danno la condizione di adattamento energetico.

Qui sotto c'e` una ipotesi che normalmente finisce nel dimenticatoio: il segnale erogato dalla sorgente e` una sinusoide a frequenza costante e conosciuta. Se non fosse 1) una sinusoide, o 2) a frequenza fissa, non si potrebbe 1) parlare di reattanza 2) avere due reattanze sempre opposte. Se fai un adattamento energetico e la sorgente cambia frequenza, il carico non e` piu` adattato, in quanto sia la sorgente che il carico cambiano la loro parte reale, ma in direzione opposta.
Il fare l'adattamento energetico vuol dire in pratica far risuonare a una specifica frequenza la reattanza della sorgente con quella del carico e togliersele dai piedi.

Vediamo adesso l'adattamento di uniformita`. Siamo sempre in condizioni di assenza di linea, quindi solo un carico collegato direttamente alla sorgente. L'adattamento di uniformita` prevede che l'impedenza di carico sia uguale a quella di sorgente (stessa parte immaginaria), o, piu` in generale che l'impedenza di carico sia pari a quella della sorgente moltiplicata per una costante. Ad esempio sorgente 50+j40 ohm, carico 25+j20 ohm e` anche un adattamento di uniformita`.

A cosa serve? Se il segnale e` sinusoidale a frequenza costante, non serve a nulla :). Ma se il segnale non e` sinusoidale oppure e` a frequenza variabile, allora le cose cambiano. Succede che se la sorgente ha una impedenza complessa e il carico ad esempio e` resistivo, il trasferimento del segnale da sorgente a carico passa attraverso una specie di filtro dato dalla impedenza di sorgente.

Un filtro attenua e sfasa diversamente le varie frequenze per cui capita che se hai un segnale non sinusoidale, sul carico trovi un segnale filtrato, distorto. Ci vorrebbero un paio di figure, ma non so come farle :(. Provero` a scrivere due formule. Supponiamo di avere una sorgente con impedenza interna Zs=Rs+jwLs e un carico Zl per il momento solo resistivo Zl=Rl. Vediamo cosa capita alla tensione di uscita.

Per trovare la tensione di uscita Vu bisogna fare il partitore fra Zl e Zs che ripartisce la tensione di sorgente Vs.
V_u=V_s\frac{Z_l}{Z_l+Z_s}=V_s\frac{R_l}{R_l+R_s+\text{j}\omega L_s}
Questo e` un filtro passa basso, quando la frequenza aumenta esce meno tensione, lo sfasamento va in ritardo. Se la sorgente genera un'onda quadra, sul carico vedi una cosa che sale e scende con forme d'onda esponenziali. In pratica hai una distorsione lineare del segnale.

Per evitare questo problema bisogna trovare un carico che, insieme con l'impedenza di sorgente, non distorca segnali ad ampio spettro. Si deve avere cioe` che il partitore fra Zs e Zl non deve contenere la frequenza, si deve semplificare.
=\frac{Z_l}{Z_l+Z_s}=k=\text{divido per $Z_l$}=\frac{\frac{Z_l}{Z_l}}{\frac{Z_l+Z_s}{Z_l}}=\frac{1}{1+\frac{Z_s}{Z_l}}

Per avere un fattore k non filtrante, adattamento di uniformita`, si deve avere Zl proporzionale a Zs, sia in parte reale che immaginaria.

L'adattamento di uniformita` e` usatissimo, anzi e` fondamentale, in tutti i laboratori di elettronica. La soluzione e` sotto lo spoiler, se ci volete pensare un momento. Se gli spoiler non fanno parte delle tradizioni di EP, prego un moderatore di toglierlo.

Spoiler
.
.
'
'
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Si chiama partitore compensato ed e` presente in tutte le sonde degli oscilloscopi :)

Notare che tutto cio` non ha nulla a che vedere con le linee di trasmissione, riflessioni...

La trattazione con le linee quando mi riprendo un po' :)
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
Plug it in - it works better!
Il 555 sta all'elettronica come Arduino all'informatica! (entrambi loro malgrado)
Se volete risposte rispondete a tutte le mie domande
Avatar utente
Foto UtenteIsidoroKZ
103,9k 1 3 8
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 18466
Iscritto il: 17 ott 2009, 0:00

Prossimo

Torna a Elettronica generale

Chi c’è in linea

Visitano il forum: Google [Bot] e 25 ospiti