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Esercitazione in laboratorio: Amplificatore retroazionato

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[11] Re: Esercitazione in laboratorio: Amplificatore retroazionat

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 10 nov 2013, 23:34

pierinter ha scritto:Ma......la retroazione, dov'è ?


R_4 (e anche R_5 e C_3) ;-)
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[12] Re: Esercitazione in laboratorio: Amplificatore retroazionat

Messaggioda Foto Utentepierinter » 10 nov 2013, 23:46

La considerate una retroazione quella ?
mmmm .. io lo vedo come un semplice stadio con degenerazione d'emettitore, con il condensatore di bypass che permette di ridurre la degenerazione ad alte frequenze per aumentare un po' il guadagno rispetto alle basse.
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[13] Re: Esercitazione in laboratorio: Amplificatore retroazionat

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 10 nov 2013, 23:55

pierinter ha scritto:La considerate una retroazione quella ?


Più che la consideriamo, lo è: in particolare, è una retroazione di corrente-serie (la rete sull'emettitore campiona la corrente di uscita). La degenerazione (del guadagno) che si ottiene è proprio uno degli effetti di tale retroazione.
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[14] Re: Esercitazione in laboratorio: Amplificatore retroazionat

Messaggioda Foto Utentepierinter » 11 nov 2013, 0:01

Ok, allora non ne sono io a conoscenza.
Mi piacerebbe però capire come funziona.

Nel senso che ok, il fatto della degenerazione e della variazione del guadagno in frequenza è abbastanza semplice.

Mi sembra assurdo che arrivato al 4° anno della laurea in ing elettronica, non siamo a conoscenza di cose come queste, sicuramente banali.
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[15] Re: Esercitazione in laboratorio: Amplificatore retroazionat

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 11 nov 2013, 0:29

Guardiamo il circuito equivalente per le variazioni a centro banda:



Si ha

v_\text{be} = v_\text{s} - R_4i_\text{e}

La retroazione è tutta lì, in quel segno meno al secondo membro: R_4 campiona la corrente i_\text{e}.

Quali metodi vi sono stati insegnati per studiare la retroazione? Rosenstark (guadagno asintotico) l'avete fatto?
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[16] Re: Esercitazione in laboratorio: Amplificatore retroazionat

Messaggioda Foto Utentepierinter » 11 nov 2013, 0:39

Per retroazione io (noi, in università) intendiamo un qualsiasi circuito che riporti il segnale in uscita in ingresso, adeguatamente attenuato (nella maggior parte dei casi).
Quindi noi prendiamo in considerazione il Gloop , ne valutiamo le singolarità e vediamo quando questo è sufficientemente alto e quando invece diventa troppo piccolo e la retroazione smette di fare il suo mestiere.
Fatto ciò e calcolato il Gloop, spesso in frequenza, abbiamo la possibilità di valutare come la retroazione migliori le resistenze di ingresso/di uscita, come varia il guadagno reale, come cambia la stabilità, e tutto il resto.

Ora, tutte queste cose che ho elencato non le riesco a ritrovare in quel circuito.
L'errore probabilmente c'è ma non me ne accorgo.

Diciamo che non riesco a ritrovare una sorta di guadagno d'anello, oppure, per dirla in altro modo un ramo di andata e uno di ritorno.
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[17] Re: Esercitazione in laboratorio: Amplificatore retroazionat

Messaggioda Foto UtenteLucaJk » 11 nov 2013, 2:19

pierinter , sembra strano anche a me che non abbiate mai analizzato questo "caso".
Sono anch'io studente di ing.Elettronica, e durante il corso di elettronica analogica l'abbiamo visto proprio come esempio tipico di retroazione serie-serie (prelievo in corrente, confronto in tensione).

Forse se sei/siete abituati a ragionare sui doppi bipoli ideali, dove c'è il blocco A che dà il guadagno di anello aperto, e il blocco β che riceve in ingresso l'uscita Vo e la sottrae (attenuandola) all'ingresso del blocco A, capisco che possa non essere immediato vedere la retroazione in questi casi: io ho avuto la stessa perplessità a riguardo quando ho cominciato a studiare la retroazione in elettronica (dove certe astrazioni sarebbero approssimazioni eccessive) uscendo dal corso di controlli automatici.

Ma è una retroazione a tutti gli effetti: la corrente di uscita, attraverso la resistenza Re, agisce su una grandezza di ingresso (la tensione Vbe), e se ne vedono gli effetti sul guadagno, banda e resistenze di ingresso e uscita. Il calcolo del guadagno di anello è comunque immediato se ad esempio si utilizza il metodo del taglio.

Ti consiglio la lettura di questo bellissimo articolo, che, sebbene avessi già intuito quanto il concetto di controreazione sia ben più generale di quel che "lo schema di principio a blocchi" faccia pensare, mi ha ulteriormente "aperto la mente" sulla questione :ok:
http://www.electroyou.it/admin/wiki/isi ... roreazione
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[18] Re: Esercitazione in laboratorio: Amplificatore retroazionat

Messaggioda Foto Utentebanjoman » 11 nov 2013, 3:46

Probabilmente le tecniche di analisi degli amplificatori reazionati vengono insegnate oramai poco e male, oppure in maniera poco intuitiva. Il metodo che uso io da tempo immemorabile sarà anche desueto, ma consente di ottenere ottimi risultati, specialmente per chi è agli inizi (e a volte non solo). Io lo appresi nel lontano 1977 e trovo che dia sempre risultati validissimi se ben applicato, anche se esistono metodi di analisi ben più sofisticati che però richiedono molta più destrezza e molti più calcoli.

Consideriamo il circuito nella figura che segue:

current-source-feedback-reduced.jpg
current-source-feedback-reduced.jpg (112.27 KiB) Osservato 3301 volte


in (a) vi è un amplificatore monostadio con reazione corrente-serie se l'uscita è presa sul collettore.
Per decidere quale tipo di reazione è presente, occorre determinare quale grandezza è campionata in uscita (corrente o tensione) e che tipo di confronto avviene nella porzione di segnale riportata in ingresso (corrente o tensione).

Nel nostro circuito il confronto con il segnale d'ingresso avviene nella maglia d'ingresso: il segnale di reazione Xf appare ai capi di Re ed è in opposizione con il segnale di ingresso Vi. E' una reazione riportata in serie al segnale di ingresso (series mixing).

Per quanto concerne la grandezza di uscita campionata, poniamo V_0 = 0 (immaginiamo di collegare il collettore a massa). Così facendo la corrente di collettore NON si annulla, quindi nemmeno la tensione ai capi di Re si annulla: non è quindi un caso di voltage sampling.
D'altra parte, se immaginiamo di porre I_0=0 aprendo la maglia d'uscita, annullando la corrente di collettore, allora la c.d.t. su Re si annulla a sua volta. Pertanto il circuito campiona la corrente (current sampling).

In base a tutto ciò si può concludere che il circuito ha una reazione corrente-serie, e pertanto la grandezza stabilizzata è la transconduttanza G_M=I_0/V_i.

Per analizzare l'amplificatore occorre costruire il circuito con reazione annullata, ma tenendo conto degli effetti di carico della rete di reazione (nel nostro caso Re) nel circuito di ingresso e di uscita.

Per annullare la reazione immaginiamo di "tagliare" la maglia di uscita nel punto indicato nel disegno con "CUT". La resistenza R_e appare ovviamente nella maglia di ingresso nella maniera usuale. Dopodiché ricaviamo il circuito di uscita, immaginando aprire la maglia di ingresso scollegando il generatore V_s: la R_e appare anche nella maglia di uscita, come rappresentato nel circuito (b).
Si noti bene che in tale circuito NON è riportato il simbolo di GND: se lo ponessimo, accoppieremmo nuovamente l'uscita con l'ingresso tramite Re reintroducendo la reazione.

Il circuito (c) è lo stesso di (b) avendo al posto del BJT sostituito il circuito a parametri ibridi semplificato classico. Si è evidenziata la tensione V_f di feedback sulla R_e della maglia di USCITA (si noti la polarità evidenziata), che consente di ricavare beta così:

\beta = V_f/I_o = - {I_0R_e\over I_0} = -R_e

Il segnale di ingresso SENZA feedback è ovviamente Vs, pertanto:

G_M = I_0/V_i = - {h_{fe}I_b\over V_s}=-{h_{fe}\over R_s+h_{ie}+R_e}

Procedendo, possiamo ricavare il desensitivity factor

D = 1+\beta G_M = {1+{h_{fe}R_e\over R_s+h_{ie}+R_e}}={R_s+h_{ie}+(h_{fe}+1)R_e\over R_s+h_{ie}+R_e}}
E infine
G_{Mf} = {G_M\over D} = {-h_{fe}\over R_s+h_{ie}+(h_{fe}+1)R_e}}

Dato che usualmente interessa il guadagno in tensione, lo possiamo allora ricavare come:
A_{Vf}={I_0R_L\over V_s}={G_{Mf}R_L}={-h_{fe}R_L\over R_s+h_{ie}+(h_{fe}+1)R_e}
Non sorprendentemente è la stessa espressione che si ricava analizzando il circuito con l'analisi nodale classica, senza considerare se esso abbia una reazione o meno.E' la formula classica normalmente conosciuta.

Si noti che se
(h_{fe}+1)R_e\gg R_s+h{ie}
essendo normalmente h_{fe}\gg1
Il guadagno può essere approssimato con:
A_{Vf}\approx {-R_L\over R_e}
Che è la classica formula approssimata che si ritrova in tutti i libri di testo.

Ho volutamente ridotto all'osso la mia esposizione, ma spero di essere stato abbastanza chiaro. Conoscendo G_M e D del circuito a reazione annullata si possono anche calcolare con facilità gli effetti sulla risposta in frequenza del circuito con reazione, ma mi fermo qui per non eccedere nella lunghezza di questo post.

Un'analisi completa dei circuiti reazionati richiederebbe un articolo lungo e complesso, ma è tutto materiale che già dovrebbe trovarsi sui libri di testo. Oppure mi sbaglio? Forse l'analisi e il progetto dei circuiti reazionati basati su componenti discreti è un'altra arte che sta andando persa?
Se funziona quasi bene, è tutto sbagliato. A.Savatteri/M.Mazza
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[19] Re: Esercitazione in laboratorio: Amplificatore retroazionat

Messaggioda Foto Utenteburica » 11 nov 2013, 7:30

Vista l' ora buongiorno a tutti!

Io di elettronica non so quasi nulla ma se dovessi calcolare un circuito come questo per prima butterei la una soluzione semplicistica
tipo quella che metto, per in seguito capire tutti i dettagli,
invece importanti approfondendo i problemi.

Il BC108 generalmente ha una hfe maggiore di 100 e questo già mi basta per questo calcolo che incomincio.

In corrente continua la resistenza di emettitore vista dalla base varrà circa
hfe*(220+180)= 40k

Valore più di 10 volte maggiore di quello del partitore di base, e dunque trascurabile,
(essendoci per tutti i valori standard resistivi sempre una tolleranza non indifferente)
Pertanto la tensione sul partitore varrà VBB=12/(r1+r2)*r2= 12/(22000+3900)*3900= 1.8 V

Sottraendo gli 0.6 volt di caduta tipica (circa) tra base ed emettitore di un transistor tipo questo,
sull' emettitore ci misurerò: 1.8-0.6=1.2 V
e quindi la corrente che circola tra emettitore e collettore varrà Ic=1.8/(R4+R5)=1.8/(220+180)=4.5mA
mentre la tensione ai capi della resistenza di collettore: V(r3)=1.8k *4.5mA = 8.1V


In alternata l' impedenza d' ingresso non verrà significativamente influenzata da quella di emettitore, vista dalla base (R4*100=220*100=22k)
ne dalla R1 del partitore (in alternata da considerare in parallelo) rispetto alla resistenza di 3900 ohm tra base e massa,
da prendere allora come valore d' impedenza d' ingresso.

Pertanto sceglierò dei valori di sorgente (Vs) con impedenza minore di 1/10 *3900=390 ohm...mentre per il carico (Rl) all' uscita sarebbero
preferibili valori maggiori di 1.8 *10=18 k ...proprio per non influenzare le caratteristiche dell' amplificatore.

L' amplificazione in tensione del circuito varrà R3/R4=1800/220= 8 volte circa
la tensione massima amplificabile...[12-8.1-1.5(ginocchio)]/8= 0.3 volt picco picco (!?)

La banda passante in basso comincerà ad attenuarsi quando il valore di zc=[1/(omega*c)]...(omega=2*pigreco*f) salirà verso valori sempre più
prossimi all' impedenza d' ingresso, o nell' altro condensatore, d' uscita.

Un calcolo così fatto sarà un po sballato e da verificare con il tester durante il montaggio, però secondo me rende facile capire nell' immediato
le cose anche a dei dilettanti come me...
oppure no... (come possano esistere controreazioni non lo so spiegare)
Spero di non aver aggiunto solo confusione
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[20] Re: Esercitazione in laboratorio: Amplificatore retroazionat

Messaggioda Foto UtenteEnChamade » 11 nov 2013, 8:35

pierinter ha scritto:Mi sembra assurdo che arrivato al 4° anno della laurea in ing elettronica, non siamo a conoscenza di cose come queste, sicuramente banali.

:shock: :shock: :shock:
Ma che libri usate per il corso di analogica? Oppure, non avete un corso di progettazione di circuiti integrati analogici, quel corso in cui vi insegnano a progettare tipo un operazionale? Quando ero studente, circa 5 anni fa, queste cose le vedavamo non in un corso ma in almeno 3...

banjoman ha scritto:Oppure mi sbaglio? Forse l'analisi e il progetto dei circuiti reazionati basati su componenti discreti è un'altra arte che sta andando persa?

Ti sbagli. A me l'hanno insegnata, e anche molto bene (a meno dei parametri h, ovviamente :mrgreen: :mrgreen: :mrgreen: ).

caribu ha scritto:Spero di non aver aggiunto solo confusione

No, la confusione è inevitabile in questo tipo di argomenti. Più che altro, il povero Foto UtenteBubino si potrebbe perdere in queste pagine... ops, forse mi sa che si è già perso. Allora, lo recuperiamo iniziando ad impostare la soluzione in forma utile a lui.
Ti avevo chiesto come era il circuito equivalente in continua. Bene, in continua sai che i condensatori possono essere considerati circuiti aperti e quindi il circuito equivalente è

Ora, come avevo chiesto nel punto due, applicando Thévenin come indicato dalla freccia blu abbiamo

dove ho anche sostituito la serie di R_4 e R_5 con l'equivalente R_{E}.
Questo è quello che mi aspettavo che facessi seguendo i miei "suggerimenti". Ti torna fino a qui?
Allora, ora:
1) Controlla sul datasheet l'h_{FE} del transistor in uso.
2) Scrivi Kirchhoff nella maglia indicata dalla freccia blu. Quanto vale la V_{BE} del transistor?
3) Maneggiando l'equazioni scritta sulla maglia in questione, potrai ricavare sia la I_{CQ} che la V_{BB}.

Mi aspetto che questa volta prosegua tu. ;-)
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