esplicazione Tipicamente, un amplificatore separatore viene impiegato nel trasferimento di una tensione da un primo circuito, ad elevato livello d impedenza, ad un secondo circuito, a livello d impedenza inferiore. L amplificatore separatore interposto impedisce che il secondo circuito sovraccarichi il primo circuito e ne alteri il suo funzionamento. Se la tensione viene trasferita inalterata, l amplificatore separatore è un amplificatore a guadagno unitario: noto pure come inseguitore di tensione. realizzazioni ad amplificatore operazionale L amplificatore separatore a guadagno unitario può venire realizzato molto semplicemente riportando il segnale in uscita di un amplificatore operazionale alla sua entrata invertente , ed applicando il segnale in ingresso alla sua entrata non-invertente. image:opampfollowing.png alla configurazione di Darlington a transistori I medesimi risultati, ottenuti attraverso l uso degli amplificatri operazionali, sono ottenuti facendo ricorso alla configurazione circuitale di Darlington, con l impiego di due transistori: configurazione specifica per gli amplificatori a CC ad altri elementi attivi Altri elementi attivi possono venire utilizzati nella configurazione fondamentale di Darlington, quali i transistori ad effetto di campo, le valvole eletrroniche, ect, opportunamente adeguata alle nuove esigenze delle differenti unità costituenti. note Tutti gli amplificatri separatori presentano di fatto un guadagno inferiore all unità, ma lo scarto dall unità è talmente trascurabile che consente di considerare il guadagno dei medesimi come unitario. Benché il guadagno di tensione dell amplificatore separatore sia unitario essi apportano normalmente un notevole guadagno di corrente e quindi un notevole guadano di potenza: pertanto è errato affermare che il suo guadagno sia di 0dB. Risposta in frequenza dell amplificatore separatore: normalmente sono consentiti all ingresso segnali che vanno dalla corrente continua a quella alternata di alcuni kHz: tuttavia, alle frequenze molto basse il guadagno in dB diventa leggeremente negativo. Voci correlate Raddrizzatore di precisione o Super diodo è un elemento circuitale composito unitario.Indice 1 notazioni 2 configurazione alternativa struttura La struttura basilare che realizza detta combinazione è la seguente: super diode in cui RL può essere qualunque carico. principio di funzionamento Se la tensione in ingresso è negativa, pure quella sul diodo è negativa, cosicche esso opera come un circuito aperto e non vi è corrente attraverso il carico e la tensione in uscita è zero. Ne risulta della corrente nel carico e, per effetto della retroazione, la tensione in uscita è uguale alla tensione in entrata. Di fatto la tensione di soglia del super diodo non è veramente zero, come dovrebbe esserlo per risultare simile a quella di un diodo ideale, ma uguaglia il valore di soglia del diodo normale diviso per il guadagno dell amplificatore operazionale, diventando quasi zero. notazioni Il Raddrizzatore di precisione nella configurazione basica ha un problema e perciò non viene comunemente usata: quando il segnale d ingresso diventa negativo, l uscita dell amplificatore operazionale può facilmente diventare maggiore della sua propria tensione di alimentazione, inducendone così la saturazione.configurazione alternativa La seguente è una configurazione alternativa con risposta di frequenza soddisfacente: super diode improved In questo caso, quando la tensione in ingresso è maggiore di zero, D2 è attivo e D1 è inattivo, cosicché l uscita è zero. Quando l ingresso è minore di zero, D2 è inattivo e D1 è attivo e l uscita assume il valore dell entrata moltiplicata per -.super diode improved Questa configurazione ha il vantaggio che l amplificatore non va in saturazione, cosicché gli unici fattori che influenzano la sua risposta è l amplificazione medesima ed il prodotto guadagno-larghezza di banda. ulteriori applicazioni Simile circuiteria può essere usata per realizzare dei circuiti raddrizzatori per alimentatori a corrente continua. Il Gain BandWidth Product , o GBWP, per un amplificatore è il prodotto del guadagno ad anello aperto e la sua frequenza per un guadagno di 3dB. Questa quantità, solitamente specificata per ciascun amplificatore, è estremamente importante in fase di sviluppo in quanto, essendo costante per qualsiasi frequenza, permette al progettista di determinare il massimo guadagno ottenibile da uno strumento ad una determinata frequenza e vice versa. Ad esempio un op-amp con un GBWP di 1MHz avrà una frequenza di taglio di 1Mhz .Applicazioni degli amplificatori operazionali. Una notazione schematica semplificata è usata, ed al lettore viene ricordato che molti dettagli quali la scelta dei dispositivi e le connessioni delle alimentazioni non sono mostrate.I resistrori impiegati in queste configurazioni sono tipicamente dell ordine dei kO.È importante rendersi conto che le equazioni mostrate di sotto, che hanno attinenza con ciascun tipo di circuito, hanno come presupposto che gli amplificatori siano ideali.Indice 1 Amplificatori differenziali 1.1 Differenza amplificata 1.2 Amplificatore di differenza 2 Amplificatore invertente 3 Amplificatore non invertente 4 Amplificatore inseguitore 5 Amplificatore sommatore 6 Amplificatore integratore 7 Amplificatore differenziatore 8 Amplificatore comparatore 9 Amplificatore strumentale 10 trigger di Schmitt 11 Gyrator di induttanza 12 Zero voltage detector 13 Convertitore di impedenza negativa 1 raddrizzatore di precisione 2 logaritmi 3 esponenziali Applicazioni a circuiti lineari Amplificatori differenziali Il circuito mostrato è usato per trovare la differenza di due tensioni ciascuna moltiplicata per una qualche costante . Il nome amplificatore differenziale non deve essere confuso col differenziatore , pure mostrato in questa pagina Amplificatore differenziale V out V 2 left R g left R 1 right -V 1 left Differenza amplificata Quando R1 R2 e Rf Rg V out frac R f R 1 left Amplificatore di differenza Quando R1 R2 e R2 Rg Amplificatore invertente Inverte ed amplifica una tensione .V out -V in left Amplificatore non invertente non-inverting amplifier V out V in left Amplificatore inseguitore È usato quale amplificatore separatore, per eliminare gli effetti di carico o come impedenza di interfaccia . inseguitore di tensione Vout Vin Amplificatore sommatore Addiziona varie tensioni pesate. summing amplifier V out -R f left V out - left left V out - left Amplificatore integratore integrating amplifier V out int 0 t- frac V in RC dt V 0 dove Vin e Vout sono funzioni del tempo e V0 è la tensione in uscita al tempo t 0. Amplificatore differenziatore Esegue la derivata rispetto al tempo del segnale in ingresso. Il termine differenziatore non dovrebbe venire confuso col termine differenziale, pure mostrato in questa pagina. differentiating amplifier V out -RC d frac V in dt dove Vin e Vout sono funzioni derivabili del tempo. Amplificatore comparatore Compara due tensioni ed esplicita uno di due stati, VH e VL a seconda del risultato del confronto. comparator amplifier Amplificatore strumentale Combina una impedenza d entrata elevata ed altre peculiari caratteristiche che riducono il rumore di fondo ed asicurano una accuratezza elevata nelle misurazioni instrumentation amplifier È costituito aggiungendo a ciascun ingresso di un amplificatore differenziale un amplificatore separatore non invertente per aumentare l impedenza d ingresso. trigger di Schmitt Il trigger di Schmitt è un circuito comparatore particolare. Quando la tensione applicata si trova al disotto di una data soglia, l uscita è alta, mentre diventa bassa quando essa si trovaa al disopra di una soglia a livello più elevato.schmitt trigger Gyrator di induttanza Simula un induttore image:gyrator.png Zero voltage detector Riferimento di tensione a diodi Zener a partitore. Convertitore di impedenza negativa Configurazione per la realizzazione di un carico negativo per qualsiasi generatore di segnali negative impedance converter Analizziamo il circuito. Con un amplificatore ideale i terminali e - sono allo stesso potenziale, cosicché la corrente I2 è data semplicemente da I 2 frac V s R 1 Ora, considerando la rete R3,R2,R1 è possibile scrivere leftI 2 R 3 I s-V s 0 Sostituendo la relazione precedente e riordinandosi ottiene V s -I s R 3 frac R 1 R 2 da cui si ottiene la resistenza d ingresso frac V s I s R in -R 3 frac R 1 R 2 configurazioni non lineari raddrizzatore di precisione Si comporta, nei confronti del carico,come un diodo ideale.super diode logaritmi La relazione tra la tensione in ingresso Vin e quella in uscita Vout è la seguente V out -V gamma ln left in cui Is è la corrente di saturazione del diodo. logarithmic configuration Dato per idealizzato l amplificatore, il suo terminale positivo è a massa, cosicche la corrente attraverso il resistore R ed il diodo è I d frac V in R , in cui Id è la corrente che attraversa anche il diodo. La relazione tra la corrente in un diodo e la tesione Vd ad esso applicata è nota essere I d I s left che diventa, per valori di Vd superiori allo 0, approssimativamente I d I s e frac V d v gamma , Posto Vd Vout , uguagliate le equazioni e , l inversa della equazione ottenuta V in R I s e frac V out V gamma fornisce il valore di Vout. esponenziali La relazione tra la tensione in ingressao e quella in uscita èdata da V out -R I s e frac V in V gamma dove Is è la corrente di saturazione del diodo. exponential configuration Prendendo in considerazione un amplificatore operazionale ideale l attacco positivo si trova virtualmente a massa, cosicché la corrente di diodo viene data da I d I s left Quando la tensione Vd è maggiore di zero il valore della corrente è dato approssimativamente da I d I s e frac V d V gamma . La tensione d uscita è V out -R I s e frac V d V gamma . Un amplificatore da strumentazione è un amplificatore operazionale particolarmente adatto per l uso nel campo delle misure elettroniche e nelle strumentazioni professionali . La sua struttura può pensarsi derivata dall amplificatore differenziale: rispetto a questo presenta due operazionali in più che migliorano l impedenza di ingresso e permettono di variare l amplificazione del segnale differenziale d ingresso Vin variando un solo componente Rgain. Normalmente viene fornito come un unico chip con due pin a cui va connesso il resistore Rgain. Su strumentazione di classe elevata, quando le specifiche dei componenti in commercio sono insufficienti per le prestazioni che il costruttore vuole ottenere dallo strumento, il costruttore stesso progetta il circuito, e ne affida la realizzazione a case specializzate, questo tipo di chip prende il nome di Custom e pertanto non sarà in commercio.I field emission display sono una nuova tecnologia di display che fa uso di fosfori per emettere luce. Concettualmente il principio sul quale si basano è simile a quello dei tubi a raggi catodici. Vi è sempre la presenza di un cannone elettronico pilotato da un campo magnetico in modo tale da colpire i fosfori voluti. La differenza è che non vi è un unico cannone elettronico ma un cannone elettronico per ogni pixel: il cannone elettronico essendo rappresentato da una moltitudine di nanotubi di carbonio.I FED possono essere costruiti in questo modo: substrato, catodo comune, ballast resistor, isolante , gate ed un altro substrato accoppiato al primo su cui sono presenti i fosfori e gli anodi. Pilotanto opportunamente i triodi, produciamo l emissione di elettroni dai nanotubi per effetto del campo elettrico; questi elettroni andranno a colpire i fosfori corrispondenti generando così luce. Oggi il problema maggiore è posizionare i nanotubi di carbonio nelle desiderate via hole con un processo a bassa temperatura: nelle tecniche odierne la temperatura dei nanotubi può superare anche i 700 C. Il codificatore, o encoder, è un dispositivo elettronico digitale avente un numero i di ingressi e un numero n di uscite, con i 2n. Funzionamento Il funzionamento del dispositivo è tale che attivando una linea in ingresso, l uscita assume una delle 2n configurazioni possibili. Per evitare che questo accada, i codificatori in commercio sono con priorità : se si attiva più di una linea in ingresso, l uscita assumerà la configurazione associata all ingresso con più priorità, tra quelli attivati. Image:Encoder.JPG La tabella della verità permette di capire meglio cosa si intende per priorità. La seconda riga presenta l ingresso I1 attivato, e le uscite codificano la configurazione 1 binario qualsiasi sia lo stato logico degli ingressi precedenti. L ingresso I1 ha quindi maggior priorità rispetto all ingresso I0; I2 ha maggiore priorità di I1 e I0 e così via sino all ultima linea in ingresso. Il display a sette segmenti è un dispositivo elettronico in grado di visualizzare le cifre numeriche più alcune lettere alfabetiche e simboli, attraverso l accensione di combinazioni di sette segmenti luminosi. Cifre esadecimali su display a sette segmenti Ingrandisci Cifre esadecimali su display a sette segmenti Un primo brevetto di questa idea fu depositato nel 1908, ma il suo impiego non divenne comune fino agli anni 70 con l avvento dei LED e dei display LCD. Il display a sette segmenti tradizionale è infatti costituito da diodi LED disposti a formare un figura simile ad un 8. Un opportuno circuito elettronico, formato di solito da un decoder da BCD a 7 segmenti , accende questi LED in modo da fare apparire simboli riconoscibili come cifre numeriche. Alcune lettere alfabetiche possono essere chiaramente visualizzate mentre alcune possono essere equivoche , vi sono due grandi famiglie di diplay a 7 segmenti, quelli a catodo comune, o ad anodo comune, e a seconda dei casi, i singoli segmenti possono essere illuminati, da uno 0 logico o un 1 logico.Questi display sono presenti per esempio in alcuni orologi, in strumenti di misura, nei sistemi di prenotazione usati negli uffici pubblici e nei negozi. Il concetto alla base del display a sette segmenti è implementato anche in altri dispositivi, per esempio nei display a cristalli liquidi, al plasma o a filamento incandescente.Esistono anche implementazioni di tipo non elettrico, per esempio cartellini segnaprezzo in cui i segmenti stampati in bianco devono essere anneriti con un pennarello per comporre la cifra. Con il termine display si intende un quadrante o schermo video che rappresenta visivamente i dati forniti o elaborati da un apparecchiatura elettronica .I display più semplici sono i display a segmenti, formati da pochi elementi che accendendosi compongono uno dei simboli predefiniti.I tipi di display più comuni per i computer sono invece gli schermi a matrice di pixel, detti anche monitor. Le caratteristiche principali che caratterizzano questo tipo di schermi sono la risoluzione, la luminosità, il contrasto, il tempo di risposta, e l angolo di visuale. Il tempo di risposta, espresso in millisecondi, è la somma del tempo per accendere un pixel e del tempo per spegnerlo .L angolo di visuale è l angolo massimo tra la linea di vista e la perpendicolare allo schermo, oltre il quale la luminosità o la cromaticità dell immagine risultano alterati. Il diodo varicap o varactor è un particolare tipo di diodo a semiconduttore la cui caratteristica principale è di variare la capacità di giunzione al variare della tensione di polarizzazione inversa.Tipo circuito implementativo con due diodi varicap.Ingrandisci Tipo circuito implementativo con due diodi varicap.Il diodo viene polarizzato inversamente in modo che non vi sia flusso di corrente. In queste condizioni nella giunzione viene a formarsi una zona di deplezione in cui non sono presenti elettroni liberi e lacune, che agisce come il dielettrico di un condensatore.Tutti i diodi a semiconduttore presentano in qualche misura questo fenomeno, che è spesso negativo in molte applicazioni. Nel varicap, ed in alcuni più di altri, la progettazione mira ad aumentare invece l effetto, aumentando la superficie di giunzione e drogando opportunamente il semiconduttore.Non tutti i varicap sono diodi. Nella realizzazione di circuiti integrati in tecnologia CMOS è possibile implementare un varicap ponendo una regione fortemente drogata positivamente all interno di una regione leggermente drogata positivamente .I varicap sono impiegati in amplificatori, oscillatori e negli Oscillatori controllati in tensione facenti parte di un circuito PLL. Il diodo è un componente elettronico resistivo non lineare a due terminali , la cui funzione ideale è quella di permettere il flusso di corrente elettrica in una direzione e di bloccarla nell altra, la qual cosa viene realizzata ponendo dei vincoli alla libertà di movimento e di direzione dei portatori di carica. Il simbolo circuitale del diodo esprime chiaramente questa funzione: il triangolo indica la direzione che permette il flusso di corrente elettrica considerato convenzionalmente positivo , mentre la sbarra ne indica il blocco. Da questa struttura iniziale si sono evoluti nel tempo sia componenti con struttura più complessa basati su un principio differente, come i diodi a tempo di transito, sia nuovi dispositivi a tre terminali, come gli SCR e i Triac, che hanno abbandonato il nome di diodo . Indice 1 Diodo varicap 2 Diodo Schottky 3 Diodo Zener 4 Diodo LED 5 Diodo Laser 6 Diodo tunnel 6.1 Diodo inverso 1 Diodo Gunn 2 Diodo IMPATT 2.1 Diodo TRAPATT 3 Diodo BARITT Diodo Ideale La caratteristica tensione-corrente di un diodo ideale potrebbe essere approssimata con quella di un dispositivo resistivo lineare a tratti, operante in due regioni distinte e separate. In una di queste regioni, al di sotto di una data differenza di potenziale tra i due terminali, il diodo ideale può essere pensato come una sorta di circuito aperto, o meglio ancora come un resistore dotato di resistenza elettrica infinita, mentre al di sopra di questa il diodo ideale inizierà a permettere il flusso della corrente elettrica, e potrà essere considerato come una sorta di cortocircuito, quindi come un resistore dotato di resistenza nulla. Caratteristica tensione corrente del diodo ideale Ingrandisci Caratteristica tensione corrente del diodo ideale La figura a lato mostra a confronto le caratteristiche di un diodo ideale ipoteticamente realizzato tramite un dispositivo a semiconduttore, chiamato diodo a giunzione, a sinistra ed una sua approssimazione lineare a tratti a destra. Quando la differenza di potenziale ai capi del diodo ideale è maggiore di 0 , questo è detto essere polarizzato in diretta, mentre quando la differenza di potenziale è minore di 0, questo è detto essere polarizzato in inversa.Diodo a giunzione Articolo principale: Diodo a giunzione I diodi a giunzione p-n sono realizzati con cristalli di silicio e la loro caratteristica tensione corrente è approssimabile tramite l equazione del diodo ideale di Shockley. Essi vengono costruiti per presentare una perdita di potenziale pari a circa 0,7 V a temperatura ambiente quando polarizzati in diretta, per cui viene detto che la loro tensione di lavoro è pari appunto a 0,7 V. In corrispondenza della tensione di lavoro, vi è ovviamente un unica corrente elettrica di lavoro, il che implica che il diodo deve essere correttamente dimensionato quando utilizzato nei circuiti elettronici, per far sì che la corrente elettrica ai capi del dispositivo non superi mai la massima corrente elettrica prevista per quello specifico diodo, parametro spesso denominato intensità di corrente nominale. I diodi a giunzione p-n reali hanno una caratteristica tensione corrente analoga a quella ideale, con alcune differenze: quando polarizzati inversamente, invece di impedire completamente il passaggio di corrente presentano una piccolissima corrente di perdita, in genere dell ordine del miliardesimo di Ampere, che rimane costante con l aumentare della tensione inversa fino ad un certo valore , oltre il quale tale corrente aumenta molto rapidamente: tale regime di funzionamento, detto regime di valanga o di breakdown per il modo di generazione degli elettroni di conduzione all interno del diodo, non è dannoso per il componente finché la potenza dissipata rimane nei limiti tollerati: i diodi Zener per esempio sono progettati espressamente per funzionare in regime di valanga. Tuttavia, vista la caratteristica molto ripida, il funzionamento in valanga nei normali diodi è molto pericoloso e porta in genere alla rottura del componente. La tensione di lavoro dei diodi non è sempre pari a circa 0,7 V a temperatura ambiente, come nella maggior parte dei diodi a giunzione p-n, ma può variare dai 0,2 V del diodo Schottky o dei vecchi diodi al germanio, agli 0,5 V dei diodi ad arseniuro di gallio ai 4 V dei diodi LED azzurri. Diodo varicap Tipo circuito implementativo con due diodi varicap Ingrandisci Tipo circuito implementativo con due diodi varicap Durante la polarizzazione inversa, si accumula carica elettrica ai due lati della zona di giunzione, in cui si crea un forte campo elettrico dando origine ad una certa capacità parassita: in pratica il diodo si comporta come se fosse in parallelo ad un piccolo condensatore.I diodi varicap sono studiati appositamente per sfruttare questo fenomeno e si comportano in tutto come dei condensatori variabili controllati in tensione: la capacità massima è di circa 500 pF nei modelli maggiori, ma può scendere fino a 1pF. La legge di dipendenza capacità-tensione dei diodi varicap non è lineare, ma si linearizza in combinazione con un induttore in un circuito LC come quello qui a lato, rendendo la frequenza di risonanza del circuito proporzionale alla tensione di controllo Vc. Le applicazioni dei diodi varicap sono in generale negli stadi di sintonia dei ricevitori radio e negli oscillatori controllati in tensione . Diodo Schottky Nel diodo Schottky la barriera di potenziale non si crea fra due zone di semiconduttore drogate diversamente ma fra un metallo e il semiconduttore: il vantaggio di questa struttura è che si elimina parte della zona svuotata intrinseca che in questi diodi è molto più sottile del normale. Questo permette ai diodi Schottky di commutare molto rapidamente, riuscendo a raddrizzare tensioni alternate fino a frequenze di oltre 300 MHz. Presenta una caratteristica corrente-tensione simile a quella dei diodi al silicio standard ma è caratterizzato da una tensione di soglia minore, intorno a 0,35 V. Diodo Zener Il diodo Zener è costruito appositamente per sfruttare il funzionamento in valanga del diodo.In questo stato la tensione ai capi del diodo rimane approssimativamente costante al variare della corrente, perciò il diodo può fornire una tensione di riferimento relativamente costante: lo zener è un diodo ottimizzato per questo uso, in cui la tensione di zener è resa il più possibile insensibile alla corrente di valanga, anche se comunque una tensione inversa eccessiva porta il diodo alla rottura. Il motivo della brusca pendenza della corrente INVERSA è dovuta principalmente da due casi: l effetto valanga e l effetto zener . L aumento della tensione inversa provoca un accelerazione degli elettroni che, aumentando la loro energia, ionizzano il reticolo cristallino ; ma possono anche spezzare i legami covalenti in modo da estrarre elettroni . Tuttavia, per quanto lieve, la dipendenza dalla corrente è sempre presente, e peggio ancora la tensione di zener varia sensibilmente con la temperatura ambientale: per questo motivo gli zener vengono utilizzati soprattutto per generare tensioni di polarizzazione e stabilizzazione di alimentatori e non come campioni di tensione. Poiché i diodi zener vengono utilizzati in polarizzazione inversa, si ha un effetto capacitivo associato alla zona di svuotamento in prossimità della giunzione, questa capacità detta di transizione varia tra valori trascurabili e qualche nF ed è rilevante per i diodi di elevata potenza in quanto condiziona la massima frequenza di lavoro. Diodo LED Colore Tensione diretta Infrarosso 1,3 V Rosso 1,8 V Arancio 2,0 V Verde 2,0 V Azzurro 3 V Articolo principale: Light emitting diode Questi diodi emettono luce visibile se polarizzati direttamente: di solito vengono usati per segnalazione su pannelli di controllo e come spie luminose, oppure come trasmettitori per telecomandi e fibre ottiche. Di recente sono stati sviluppati modelli ad alta luminosità adatti per illuminotecnica, e già oggi esistono in commercio numerosi apparecchi di illuminazione che utilizzano i LED come sorgenti in alternativa alle tradizionali lampade ad incandescenza e alle lampade fluorescenti, con grossi vantaggi in termini di risparmio energetico e durata. La loro tensione di polarizzazione diretta varia a seconda della lunghezza d onda della luce che emettono, ed emettono tanta più luce quanta più corrente li attraversa: in genere è necessario una corrente minima di 4 mA perché possano emettere luce in quantità percettibile.Diodo Laser Immagine generata al computer di un diodo laser Ingrandisci Immagine generata al computer di un diodo laser Come i diodi LED; anche i diodi laser emettono luce tramite la ricombinazione di elettroni e lacune nella zona di barriera del diodo: la differenza fondamentale è che questa emissione è stimolata dalla luce stessa, e che la luce emessa è coerente. Questo viene ottenuto con una struttura del diodo a sandwich con tre zone drogate in modo diverso che presentano anche un diverso indice di rifrazione ottico: in pratica, le zone di confine n-p e p-p si comportano come due specchi che riflettono la luce emessa nel diodo e la confinano al suo interno. In questo modo i fotoni in viaggio nel diodo stimolano gli elettroni e le lacune negli atomi di semiconduttore a ricombinarsi emettendo un altro fotone con la stessa lunghezza d onda e la stessa fase di quello incidente, cioè stimolano una emissione coerente. Normalmente i diodi laser sono realizzati in arseniuro di gallio o in arseniuro di gallio e alluminio, per ottenere una differenza di indici di rifrazione fra le tre zone che sia il più possibile alta. L emissione laser si instaura polarizzando il diodo portandolo in conduzione diretta, e solo quando si oltrepassa una corrente di soglia variabile a seconda dei modelli dai 20 ai 30 mA. Diodo tunnel Caratteristica I del diodo tunnel Ingrandisci Caratteristica I del diodo tunnel In questi diodi il drogaggio dei due semiconduttori p-n è tanto forte da farli degenerare in due conduttori, separati da una barriera di potenziale estremamente alta e stretta: in queste condizioni alcuni elettroni però riescono ugualmente a passare, attraverso il fenomeno quantistico dell effetto tunnel, quando il dispositivo è polarizzato con una tensione diretta, ma ancora insufficiente a portare il diodo in regime di conduzione classica: aumentando la tensione, la corrente tunnel diminuisce fino ad un minimo, oltre il quale subentra il meccanismo di conduzione termica del diodo normale e la corrente riprende a salire. Questo tratto di caratteristica a pendenza negativa permette al diodo di trasferire energia ai segnali che lo attraversano: tipici impieghi dei diodi tunnel sono nel campo delle microonde da 30 MHz a 300 GHz in circuiti a bassa potenza come oscillatori locali e PLL a microonde. Diodo inverso In questo particolare diodo tunnel uno dei due semiconduttori è meno drogato e si trova al limite del caso degenere: questo fa sì che il diodo inverso si comporti come un normale diodo se polarizzato direttamente, ma conduca anche se polarizzato inversamente; in effetti il diodo inverso conduce molto meglio in polarizzazione inversa che in polarizzazione diretta.Diodo PiN Ingrandisci Il diodo PiN è un dispositivo elettronico che appartiene alla categoria dei dispositivi elettronici di potenza.-N. Il diodo PiN è caratterizzato dalla capacità di sopportare tensioni inverse elevate ed è in genere capace di condurre elevate correnti dirette . La struttura del diodo PIN presenta una regione molto spessa, non drogata o con drogaggio molto debole, detta regione intrinseca ed indicata dalla i nella sigla del dispositivo, e interposta fra le due zone P ed N, da cui il nome; tale regione intrinseca è necessaria per aumentare la tensione di rottura. In linea di principio la regione intrinseca essendo poco drogata dovrebbe opporre una forte resistenza al passaggio di corrente che renderebbe il diodo inutilizzabile. Non è così invece, perché durante la fase di conduzione diretta le regioni P ed N iniettano portatori di carica che riducono enormemente la resistenza della regione intrinseca. Caratteristiche peculiari che differenziano il diodo PiN dal diodo a giunzione PN, sono i fenomeni di reverse recovery e di forward recovery. Questo tipo di diodi è usato in circuiti che lavorano a tensioni elevate e che gestiscono rilevanti quantità di energia. Vengono anche impiegati nei primi stadi RF dei ricevitori radio professionali come attenuatori di segnale, eventualmente facenti parte di un circuito automatico di guadagno . Diodi a tempo di transito Questi dispositivi sono chiamati diodi impropriamente, perché non sono basati sull effetto barriera e non hanno la struttura p-n dei diodi, ma sono costituiti da tre o più zone con vari drogaggi a varie intensità; sono costruiti su semiconduttori compositi, in genere fosfuro di indio o arseniuro di gallio. Diodo Gunn Questi diodi hanno struttura n - n - n : sono anche detti TED perché il loro funzionamento si basa sul trasferimento intermittente di pacchetti di elettroni da un capo all altro della struttura, sfruttando i campi elettrici fra regioni drogate che al passaggio di elettroni generano un effetto valanga transitorio che interrompe la conduzione: in questo modo i diodi Gunn possono generare segnali a microonde molto potenti nella gamma da 1 GHz a 100 GHz. La caratteristica corrente-tensione è analoga a quella dei diodi ad effetto tunnel e presenta una zona di resistenza negativa a bassa tensione in polarizzazione diretta. Il loro impiego principale è negli allarmi volumetrici a microonde per abitazioni e negozi, ma sono usati anche nei sistemi radar e negli apparati di misure per microonde. Diodo IMPATT IMPATT è l acronimo di IMPact ionization Avalanche Transit Time. Più precisamente viene polarizato molto vicino alla sua tensione di Zener, solitamente di un centinaio di volt, e racchiuso in una cavità risonante nella gamma delle microonde:l inizio dell effetto valanga nel diodo causa un impulso radio che viene riflesso nella cavità e modula il successivo passaggio di cariche attraverso il diodo. Il movimento disordinato dei portatori nell effetto valanga genera un rumore di fondo molto alto che si somma al segnale utile, limitando il campo di utilizzazione alle sole sorgenti a microonde di potenza nella gamma fino a 300 GHz, con un rendimento del 30 a 10 GHz che decresce con la frequenza, in cui peraltro gli IMPATT si comportano egregiamente. Diodo TRAPATT TRAPATT è l acronimo di TRApped Plasma Avalanche Transit Time. Sono diodi IMPATT particolari, in cui la cavità risonante è ricavata direttamente nel diodo: i campi eletromagnetici interni alla regione di valanga sono perciò tanto intensi da far parlare di un plasma di elettroni e lacune all interno della regione intrinseca. Questi diodi riescono a superare le limitazioni in frequenza degli IMPATT normali arrivando a generare frequenze fino a 1000 GHz, al limite dello spettro infrarosso. Diodo BARITT BARITT è l acronimo di BARrier Injection Transit Time. È un derivato del diodo IMPATT, di struttura , che offre una minore efficienza e potenza, ma anche un minor livello di rumore generato, poiché il suo funzionamento si basa sul tempo di transito dei portatori di carica attraverso una barriera e non sull effetto valanga: il diodo BARITT lavora in polarizzazione diretta. Grazie alla minore rumorosità e alla maggiore stabilità della frequenza generata, i BARITT sono usati in oscillatori locali e rivelatori Doppler per microonde. Fotodiodo Lo scopo dei fotodiodi è di rivelare la radiazione luminosa che colpisce il corpo del diodo stesso. La struttura interna di un fotodiodo è molto simile a quella dei diodi PIN: la zona intrinseca è progettata per reagire alla luce generando una coppia di portatori che contribuiscono al passaggio di corrente attraverso il diodo. Si usano in polarizzazione inversa: in questa condizione, la corrente che attraversa il diodo è dovuta esclusivamente alla luce incidente, ed è proporzionale all intensità luminosa. Superdiodo Ingrandisci A differenza dei precedenti, questo non è un componente semplice ma un circuito composto da un diodo e da un amplificatore operazionale: in pratica l operazionale amplifica lo stato di conduzione del diodo.Questo circuito viene usato nei raddrizzatori di precisione, nei circuiti per misure elettriche e in quei casi dove il segnale da raddrizzare ha una ampiezza minore degli 0,7 volt che rappresentano la soglia di conduzione dei diodi normali.Il DIAC fa parte dei dispositivi a semiconduttore ed è utilizzato solitamente per innescare il gate di un TRIAC.Dal punto di vista funzionale può essere pensato come l accoppiamento di due diodi Zener in antiparallelo oppure anche come uno scaricatore a gas. In pratica il DIAC presenta elevata impedenza fino ad un valore soglia di differenza di potenziale oltre il quale l impedenza crolla, permettendo un elevato flusso di corrente.Il Digital Analog Converter , in italiano Convertitore digitale-analogico, è un componente elettronico in grado di produrre una determinata differenza di potenziale in funzione di un valore numerico che viene caricato; ad esempio, ad un valore pari ad 1 corrisponderà una tensione di uscita di 0,1 V, ad un valore di 2 avremo 0,2 V e così via. La tabella di conversione dal valore digitale a quello analogico prende il nome di LUT e può avere caratteristiche proporzionali , o può seguire un andamento del tutto arbitrario, a seconda del suo impiego. Una larga diffusione ad uso domestico dei DAC si ha nei riproduttori digitali di suoni, nel controllo dell apertura del diaframma nelle macchine fotografiche, nei controlli digitali dei televisori e in tutte quelle situazioni nelle quali un informazione numerica deve controllare una grandezza di tipo analogico. Le caratteristiche del DAC hanno più o meno rilevanza a seconda dell impiego; ad esempio la risoluzione è estremamente importante per le misure di precisione e la riproduzione di brani musicali ad alta fedeltà, e la qualità sarà tanto più alta, quanto maggiore sarà la grandezza massima riproducibile sul suo ingresso digitale. Si va dagli 8 bit dei DAC più semplici , ai 12 bit per i controlli di precisione , ai 16 bit per i riproduttori musicali ad alta fedeltà , fino ad arrivare al DVD che, con i suoi 24 bit di risoluzione, consente una dinamica teorica di ben 144 dB. All aumentare della risoluzione, però, corrisponde un maggior numero di elaborazioni per ottenere la tensione d uscita; in altre parole, più è elevata la risoluzione del DAC e più la sua elaborazione ne risulterà rallentata.Analog to Digital Converter , in italiano convertitore analogico-digitale, è un componente elettronico in grado di convertire una grandezza continua in una serie di valori discreti .Indice Risoluzione La risoluzione di un convertitore indica il numero di valori discreti che può produrre. Per esempio, un ADC che codifica un ingresso analogico in 256 livelli discreti ha una risoluzione di 8 bit, essendo 28 256. La risoluzione in volt di un ADC è uguale alla minima differenza di potenziale tra due segnali che vengono codificati con due livelli distinti adiacenti. o La differenza di potenziale tra due livelli adiacenti è 10 V 4096 0.00244 V 2.44 mV o La differenza di potenziale tra due livelli adiacenti è 20 V 16384 0.00122 V 1.22 mV Nella pratica, la risoluzione di un convertitore è limitata dal rapporto segnale rumore del segnale in questione. Anche se l ADC produrrà un valore, questo non sarà accurato essendo i bit meno significativi funzione del rumore e non del segnale.Tipi di risposta La maggior parte degli ADC sono lineari, il che significa che sono progettati per produrre in uscita un valore che è funzione lineare del segnale di ingresso. Un altro tipo comune di ADC è quello logaritmico, che è usato in sistemi di comunicazioni vocali per aumentare l entropia del segnale digitalizzato. L istogramma di un segnale di vocale ha la forma di due curve esponenziali inverse, e l ADC non lineare cerca di approssimare questo con una funzione di densità di probabilità quadrata come a-law o -law, funzioni logaritmiche. Il segnale distorto ha un range dinamico inferiore, e la sua quantizzazione aggiunge meno rumore al segnale originale rispetto a quanto farebbe un quantizzatore lineare con la stessa risoluzione in bit. Accuratezza L accuratezza dipende dall errore della conversione. Questi errori sono misurati con un unità chiamata LSB ed indica fino a che punto i bit rappresentano segnale e quanti siano solo rumore. In un ADC a 8 bit, un errore di 1 LSB è pari ad un errore di 1 256 ossia circa del 0.4 ; è un modo per dire che l ultimo bit è causale. In un ADC a 16 bit con un errore di 4LSB significa che soli 12 bit rappresentano segnale e gli ultimi 4 sono eliminabili senza perdita di informazione. L errore di quantizzazione è dovuto alla risoluzione finita dell ADC ed è una imperfezione intrinseca di tutti i tipi di ADC.Tutti gli ADC soffrono di errori di non-linearità causati da imperfezioni fisiche, facendo deviare la loro l uscita da una funzione lineare .Parametri importanti per la linearità sono non-linearità integrale e non linearità differenziale . Sampling rate Il segnale analogico è tempo-continuo ed è necessario convertirlo in un flusso di valori discreti.L idea chiave è che un segnale di banda limitata che varia con continuità può essere campionato e poi riprodotto ESATTAMENTE dai valori tempo discreti con un algoritmo di interpolazione se la frequenza di campionamento è almeno pari al doppio della banda del segnale .Poiché nella pratica un ADC non può effettuare una conversione istantanea, il valore d ingresso deve necessariamente rimanere costante durante il tempo che il convertitore esegue la conversione . Un circuito d ingresso chiamato sample hold svolge questo compito - spesso si usa un condensatore per immagazzinare il voltaggio del segnale in input e un interruttore elettronico per disconnettere il condensatore dall ingresso.Aliasing Tutti che il valore del segnale sia rimasto compreso tra i valori campionati. L output di conseguenza è un immagine incompleta dell input e non c è modo di sapere, guardando soltanto l output, che valori abbia assunto l input tra due istanti di campionamento adiacenti. Se è noto che l ingresso variava lentamente se confrontato con la frequenza di campionamento, allora si può assumereesso variava velocemente questa assunzione non è più valida. Il risultato diretto che si osserva riproducendo un segnale campionato ad una frequenza inferiore della sua banda è che le componenti del segnale a frequenze superiori verranno riprodotti a frequenza diverse, inferiori alla frequenza di campionamento.5 kHz un onda sinusoidale a 2 KHz verrà trasformata in una onda a 500 Hz . Il problema del aliasing può essere osservato anche visivamente, basta far caso che in televisione o al cinema , oggetti in rotazione a frequenza superiori, come pale di elicottero o ruote di automobili, spesso ci appiano girare lentamente, o addirittura al contrario, rispetto a quanto ci si aspetterebbe. Per eliminare l aliasing, l ingresso di un ADC deve essere filtrato con un passa-basso per rimuovere le frequenze superiori a quelle di campionamento.Dither Dithering di un segnale costante Ingrandisci Dithering di un segnale costante Consiste nell introdurre artificialmente del rumore nel segnale di ingresso al fine di migliorare la qualità di conversione superando la limitazione di una risoluzione finita. Anche se può sembrare assurdo che del rumore possa migliorare la qualità si può mostrare come questo sia vero con un semplice esempio numerico.34 Volt e che il nostro convertitore abbia una risoluzione di 0.1 Volt.3 V, il livello più vicino del quantizzatore.1 V avremo che il segnale oscillerà ora tra 0.24 V e 0.44 V con il risultato che i campioni avranno i valori di 0.2, 0.3 o 0.4 Volt.3Volt, sarà di 0.34 V: in pratica il rumore ha annullato l errore medio. Osservando la figura, è chiaro come l errore in assenza di dither si sommi nel tempo essendo le due linee spesse parallele mentre la linea sottile, oscillando attorno al valore esatto, lo approssima in valor medio sempre di più al passare del tempo. Strutture ADC In elettronica ci sono cinque modi comuni di implementare un ADC: Un ADC a conversione diretta o flash ADC ha un comparatore per ognuno dei livelli di voltaggio riconosciuti dal quantizzatore. Il segnale di ingresso arriva a tutti i comparatori, ma solo uno di essi attiverà la propria uscita, quello del livello corrispondente. I convertitori flash sono i più veloci in assoluto e sono usati per campionare segnali in alta frequenza, fino a diversi GHz. Poiché il numero di comparatori necessari cresce esponenzialmente con il numero dei bit richiesti, i convertitori flash raramente hanno più di 8 bit di risoluzione. Un ADC ad approssimazioni successive usa un comparatore e un DAC, ad ogni passaggio l ADC prova a impostare un bit, partendo dal MSB e usando il DAC confronta il segnale campionato con il segnale di ingresso in feedback. Questo convertitore individua un bit ad ogni iterazione in una sorta di ricerca binaria e la risoluzione è limitata solo dalle esigenze di sample-rate e dal rumore in ingresso. Un comparatore confronta il segnale di uscita del DAC con il segnale di ingresso e interrompe il conteggio quando i valori sono abbastanza vicini tra loro. Questi convertitori sono usati spesso per leggere grandezze fisiche che non variano con elevata velocità ma che devono essere lette con molta precisione. Un ADC a doppia rampa produce un segnale a dente di sega che sale, per poi cadere velocemente a zero. Questo tipo di ADC è sensibile alla temperatura poiché può alterare il clock usato per segnare il tempo o alterare il voltaggio di riferimento per la rampa e deve essere ricalibrato spesso. Un ADC a pipeline è simile al ADC ad approssimazioni successive ma invece di individuare un bit alla volta individua un blocco di bit; in un primo passo avviene una conversione grezza del segnale che viene poi riconvertito da un DAC; quindi si quantizza la differenza tra il segnale originario e quello campionato, eventualmente si può procedere a quantizzazioni sempre più fini con passi successivi. Se ad esempio supponiamo di avere un quantizzatore a 4-bit che operi con un range di e un altro quantizzatore a 4-bit che operi però tra con una risuluzione di 0.1 V. Dopo aver quantizzato il segnale di ingresso con il primo quantizzatore la differenza tra il segnale quantizzato e quello di ingresso sarà al massimo quello della risoluzione, e può essere letto dal secondo quantizzatore.50 V, il primo campionatore indentificherà il livello 15 , che corrisponde ad un valore di 2.48 V, la differenza di 0.2 V viene quantizzata dal secondo con il livello 2 ; unendo i codici si ottiene 1110 0010 ossia un valore a 8 bit. Il condensatore o capacitore è un componente elettrico che immagazzina l energia in un campo elettrostatico, accumulando al suo interno una certa quantità di carica elettrica. Nella teoria dei circuiti il condensatore è un componente ideale che può mantenere la carica e l energia accumulata all infinito, se isolato , oppure scaricare la propria carica ed energia in un circuito a cui è collegato. Nei circuiti in regime sinusoidale permanente esso determina una differenza di fase di 90 gradi fra la tensione applicata e la corrente che lo attraversa. In queste condizioni di funzionamento la corrente che attraversa un condensatore ideale risulta in anticipo di un quarto di periodo rispetto alla tensione che è applicata ai suoi morsetti. Vari tipi di condensatori Ingrandisci Vari tipi di condensatori Indice 1 La capacità 2 L energia 3 In un circuito 3.1 La corrente 3.2 La reattanza 3.3 L impedenza 3.4 In serie e in parallelo 3.5 Qualità del condensatore 1 Applicazioni in elettrotecnica 2 Applicazioni in elettronica 1 A dielettrico solido 2 Elettrolitici 3 Condensatori variabili Leggi fisiche Un condensatore è generalmente costituito da una qualsiasi coppia di conduttori separati da un isolante . Poiché ogni piastra immagazzina una carica uguale ma di segno opposto una rispetto all altra, la carica totale nel dispositivo è sempre zero.La capacità Struttura di un condensatore Ingrandisci Struttura di un condensatore Se si applica una tensione tra le armature, le cariche elettriche si separano e si forma un campo elettrico all interno del dielettrico. La carica è proporzionale alla tensione applicata e la costante di proporzionalità è una caratteristica di quel particolare condensatore che si chiama capacità e si misura in farad: La capacità di un condensatore piano è proporzionale al rapporto tra la superficie A di una delle armature e la loro distanza d. La costante di proporzionalità e è una caratteristica dell isolante interposto e si chiama costante dielettrica assoluta e si misura in farad m. Ora, poiché la costante dielettrica del vuoto vale epsilon 0 8.85 times 10 -12 frac F m ;, il rapporto tra la costante dielettrica assoluta di un isolante e quella del vuoto è un numero puro chiamato costante dielettrica relativa. La capacità di un condensatore piano a facce parallele è quindi: L energia L energia immagazzinata in un condensatore è pari al lavoro fatto per caricarlo. Per muovere un piccolo elemento di carica dq da una piastra all altra sotto l azione della differenza di potenziale V q C, il lavoro necessario è dW: Integrando questa equazione, infine, si può determinare l energia potenziale immagazzinata dal condensatore. W carica int 0 Q frac q C , operatorname d q frac 1 2 frac Q 2 C frac 1 2 C , V 2 E immagazzinata In un circuito La corrente Gli elettroni non riescono a passare direttamente da una piastra all altra attraverso il dielettrico, proprio per le qualità di isolante del materiale utilizzato; quando viene applicata una differenza di potenziale ad un condensatore utilizzando un circuito esterno, la corrente viene indotta da un piatto all altro, mentre i due si caricano di una quantità Q uguale in modulo ma di segno opposto. Intanto, nel dielettrico, si assiste al fenomeno della polarizzazione: le molecole si dispongono a formare un dipolo elettrico che consente il passaggio della corrente nel condensatore. Questa corrente, però, è influenzata dalla quantità di carica presente nell elemento elettronico, ovvero essa dipende dalle variazioni di potenziale misurato sul condensatore.dove I è la corrente, mentre dV dt è la derivata temporale del voltaggio. La reattanza Nel caso di voltaggio costante , si raggiunge presto una situazione di equilibrio, dove la carica sui piatti corrisponde precisamente alla caduta di potenziale applicata attraverso la relazione Q CV; non c è, infine, alcun flusso di corrente all interno del circuito, in particolare la corrente continua. D altra parte la corrente alternata produce cambi di potenziale, ad ognuno dei quali i piatti si caricano e scaricano, generando una corrente variabile. La quantità di resistenza che un condensatore oppone alla corrente alternata è nota come reattanza capacitiva e dipende dalla frequenza della AC: dove XC è la reattanza capacitiva, misurata in ohm, f è la frequenza della AC misurata in hertz e C la capacità, in farad. Dalla formula si possono fare alcune interessanti osservazioni: La reattanza è così chiamata poiché il condensatore non dissipa potenza, ma semplicemente accumula energia.L impedenza Vediamo, ora, quanto vale l impedenza di un condensatore: dove j è l unità immaginaria. La reattanza capacitiva fa sì che, applicando al condensatore una tensione sinusoidale, la corrente che scorre in esso risulta sfasata in anticipo di 90 . È anche significativo che l impedenza è inversamente proporzionale alla capacità, a differenza dei resistori e degli induttori per cui le impedenze sono linearmente proporzionali a resistenza e induttanza rispettivamente. Questo è il motivo per cui le formule delle serie e dei paralleli sono inverse rispetto al caso delle resistenza: le impedenze si sommano in serie, le capacità si sommano in parallelo. In un circuito sintonizzato, come un radio ricevitore, la frequenza selezionata è una funzione della serie tra l induttanza L e la capacità C: Questa è la frequenza alla quale si trova la risonanza in un circuito RLC. In serie e in parallelo Per approfondire, vedi la voce circuiti in serie e in parallelo. Quando si montano n condensatori in parallelo su ognuno di essi si misurerà la medesima caduta di potenziale.Condensatori in parallelo Condensatori in parallelo Quando si montano n condensatori in serie, attraverso ognuno di essi passerà la stessa carica istantanea , mentre la caduta di potenziale sarà differente da condensatore a condensatore; in particolare, essendo Q C times V ;, a parità di Q la tensione maggiore sarà localizzata ai morsetti della capacità minore.Condensatori in serie Condensatori in serie Qualità del condensatore Come descritto sopra, la reattanza del condensatore fa sì che la corrente sia sfasata in anticipo di 90 gradi rispetto alla tensione. Entrambi tendono a 0 per f che tende al valore ideale di 90 , quindi quanto più sono piccoli, tanto migliore è la qualità del condensatore. Applicazioni Il condensatore ha molte applicazioni, quasi tutte nei campi dell elettronica e dell elettrotecnica. A seconda delle caratteristiche di capacità e tensione desiderate, e dell uso che ne deve essere fatto, esistono diverse categorie di condensatori: in mylar, al tantalio, condensatori elettrolitici, ceramici, variabili in aria, diodi varicap, ecc. I condensatori elettrolitici si basano sulla passivazione dell alluminio, cioè sulla pellicola isolante di ossido, estremamente sottile, che fa da dielettrico fra il metallo e una soluzione elettrolitica acquosa: per questo essi hanno una polarità ben precisa che deve essere rispettata pena la possibilità di esplosione del condensatore.Applicazioni in elettrotecnica La più importante sono senz altro i condensatori di rifasamento per bilanciare l induttanza degli avvolgimenti dei motori elettrici ed abbassare quindi lo sfasamento fra corrente e tensione che questi generano: per questo vengono collegati in parallelo agli avvolgimenti in modo da formare un circuito LC accordato sulla frequenza della tensione di alimentazione. Vengono, inoltre usati come condensatori di avviamento per permettere la partenza dei motori asincroni monofase, che presenterebbero, senza di essi, una coppia di spunto uguale a zero. In tal caso il condensatore, sfasando la corrente di 90 gradi rispetto alla tensione, alimenta un avvolgimento ausiliario: si forma un campo magnetico rotante con coppia motrice diversa da zero, permettendo quindi l avviamento del motore.Applicazioni in elettronica Applicazioni del condensatore Ingrandisci Applicazioni del condensatore Nei circuiti elettronici il condensatore è sfruttato moltissimo per la sua peculiarità di lasciar passare le tensioni variabili nel tempo, ma di bloccare quelle costanti: tramite un condensatore si può fare in modo di unire o separare a volontà i segnali elettrici e le tensioni di polarizzazione dei circuiti, usando i condensatori come bypass o come disaccoppiamento.Tipi di condensatori Nei condensatori reali, oltre alle caratteristiche ideali si deve tenere conto di fattori quali la tensione massima di funzionamento, determinata dalla rigidità dielettrica del materiale isolante, della resistenza ed induttanza parassite, della risposta in frequenza e delle condizioni ambientali di funzionamento . La corrente di perdita è invece la corrente che fluisce attraverso il dielettrico, che in un condensatore ideale è invece nulla. Sono disponibili in commercio molti tipi di condensatori, con capacità che spaziano da pochi picofarad a diversi farad e tensioni di funzionamento da pochi volt fino a molti Kv.Il valore nominale della capacità è soggetto ad una tolleranza, ovvero un margine di scostamento possibile dal valore dichiarato.I condensatori sono classificati in base al materiale con cui è costituito il dielettrico, con due categorie: a dielettrico solido e a ossido metallico . A dielettrico solido Un condensatore ceramico Ingrandisci Un condensatore ceramico 7 pF e 0.047 F, 5 .33 F, 10 .01 F - 2.2 F, 20 . o a chip ceramico: Accuratezza dell 1 e capacità fino a 1 F, realizzati tipicamente in titanato di piombo-zirconio, una ceramica piezoelettrica. Carta - molto comuni in vecchi apparati radio, sono costituiti da fogli di alluminio avvolti con carta e sigillato con cera. Versioni con carta impregnata di olio possono avere tensioni fino a 5000 volt e sono usati per l avviamento di motori elettrici, rifasamento e applicazioni elettrotecniche. a circuito stampato: due aree conduttive sovrapposte su differenti strati di un circuito stampato costituiscono un condensatore molto stabile. É prassi comune nell industria riempire aree di circuito non utilizzate di uno strato con aree collegate a massa e di un altro strato con l alimentazione, realizzando un condensatore distribuito e nel contempo allargare le piste di alimentazione. Elettrolitici Condensatori elettrolitici Ingrandisci Condensatori elettrolitici Nei condensatori elettrolitici non è presente un materiale dielettrico, ma l isolamento è dovuto alla formazione e mantenimento di uno sottilissimo strato di ossido metallico sulla superficie di una armatura. A differenza dei condensatori comuni, la sottigliezza dello strato di ossido consente di ottenere molta più capacità in poco spazio, ma per contro occorre adottare particolari accorgimenti per conservare l ossido stesso. In particolare è necessario rispettare una precisa polarità nella tensione applicata, altrimenti l isolamento cede e si ha la distruzione del componente. Per consentire l utilizzo dei condensatori elettrolitici in corrente alternata si usa connettere due condensatori identici in antiserie, ovvero connessi in serie ma con polarità opposta. La capacità di un condensatore elettrolitico non è definita con precisione come avviene nei condensatori a isolante solido.Esistono diversi tipi di condensatori elettrolitici: 000.000 F con tensioni di lavoro da pochi volt a centinaia di volt. Su un lungo periodo di tempo tendono a seccarsi andando fuori uso, e costituiscono una delle più frequenti cause di guasto in diversi tipi di apparecchi elettronici. al tantalio: rispetto ai condensatori ad alluminio hanno una capacità più stabile e accurata, minori corrente di perdita e bassa impedenza alle basse frequenze. A differenza dei primi però, i condensatori al tantalio non tollerano i picchi di sovratensione e possono danneggiarsi, a volte esplodendo violentemente, cosa che avviene anche qualora vengano alimentati con polarità invertita o superiore al limite dichiarato. Le armature del condensatore al tantalio sono differenti: Il catodo è costituito da grani di tantalio sinterizzati ed il dielettrico è formato da ossido di titanio. In una versione migliorata l ossido di manganese è rimpiazzato da uno strato di polimero conduttivo che elimina la tendenza alla combustione in caso di guasto. Supercondensatori o elettrolitici a doppio strato: sono condensatori con capacità estremamente elevate, che possono arrivare a decine di farad, ma a bassa tensione. L alta capacità è dovuta alla grande superficie dovuta a batuffoli di carbone attivo immerso in un elettrolita, e con la tensione di ogni batuffolo tenuta al di sotto di un volt. Ultracondensatori o ad aerogel: hanno valori di capacità fino a centinaia di farad, simili ai supercondensatori ma basati su un aerogel di carbonio che costituisce un elettrodo di immensa superficie. Condensatori variabili Condensatori variabili Ingrandisci Condensatori variabili Nei condensatori variabili la capacità può essere variata intenzionalmente e ripetutamente entro un intervallo caratteristico di ogni dispositivo.Esistono due categorie di condensatori variabili: Alcuni sono usati nei circuiti radio e manovrati direttamente dall operatore attraverso una manopola o un rinvio meccanico, altri più piccoli sono montati direttamente sul circuito stampato e servono per calibrare finemente il circuito in fabbrica, dopodiché non vengono ulteriormente alterati. quelli in cui la variazione di capacità è data dalla variazione di sensore della zona di deplezione di un diodo a semiconduttore, prodotta dal variare della tensione di polarizzazione inversa. Tutti i diodi presentano questo effetto, ma alcuni sono ottimizzati per questo scopo, con giunzioni ampie e un profilo di drogaggio volto a massimizzare la capacità, e sono chiamati varicap. La variazione di capacità è sfruttata anche in alcune applicazioni per convertire un dato fisico in un segnale elettrico: nel microfono a condensatore una membrana che costituisce un armatura è posta in vibrazione dei suoni, e la variazione di distanza dall armatura fissa provoca una corrispondente variazione di capacità e quindi di tensione ai capi del condensatore. Questo principio è sfruttato nei sensori di prossimità capacitivi, in alcuni sensori di livello di liquidi in cisterne e alcune spolette di proiettili per determinare l avvicinamento al bersaglio. A partire dal 1930 è stato introdotto un sistema di identificazione delle valvole elettroniche Mullard che ha avuto grande diffusione in Europa. Detta codifica consiste in due o più lettere seguite da due numeri ; esistono le valvole EM4 la cui sigla è seguita da un solo numero in quanto lo zero precedente il quattro è sottointeso. Un circuito integrato è un dispositivo elettronico costituito dall integrazione di un circuito elettronico su di un substrato che può essere ceramico o semiconduttore . Il costo di fabbricazione di un circuito integrato varia molto poco al crescere della sua complessità, per cui è molto più economico sviluppare circuiti complessi, composti di una serie di stadi interni interconnessi fra loro e con l esterno, che accentrino tutte le funzioni necessarie ad una specifica apparecchiatura. Per questo, l industria microelettronica offre relativamente pochi tipi di IC generici ma decine di migliaia di IC specializzati, ognuno progettato per uno scopo specifico. Il primo circuito integrato venne costruito nel 1958 da Jack St.Indice 1 Scala di integrazione 1 Selezione 2 Componenti integrabili Tipi di circuiti integrati Interno di un circuito integrato Ingrandisci Interno di un circuito integrato I circuiti integrati si dividono principalmente in due grandi categorie: analogici e digitali, esistono tipologie di circuito che non rientrano in queste due, sono funzioni particolari, di uso meno diffuso, ad esempio gli Active Filter o i sample and hold, i produttori le raggruppano in sottocategorie specializzate. Quelli analogici sono concepiti per elaborare segnali analogici , mentre quelli digitali sono creati per trattare con segnali digitali binari, che possono assumere soltanto due valori legittimi diversi. Un esempio di IC analogico generico è l amplificatore operazionale, mentre esempi di IC digitali sono le porte logiche i multiplexer e i contatori. Storicamente i primi circuiti integrati furono digitali, sviluppati per i primi computer. Questi IC adottavano schemi elettrici interni di tipo RTL , cioè integravano una serie di resistenze su semiconduttore per le polarizzazioni interne: successivamente le resistenze vennero sostituite con diodi ottenendo schemi DTL , e circa trent anni fa anche i diodi sono stati eliminati, ed oggi tutti gli integrati digitali in commercio sono TTL o Transistor Transistor Logic. A seconda del tipo di transistor utilizzato, i circuiti integrati si dividono poi ulteriormente in Bipolari se usano transistor bipolari classici o CMOS se usano transistor MosFET. Negli anni 90 la Intel mise a punto una nuova tecnologia ibrida per i suoi microprocessori, detta BiCMOS, che permette di usare entrambi i tipi di transistor sullo stesso chip. Scala di integrazione Il numero di transistor contenuti in un IC definisce la sua scala di integrazione: 000 000 Fabbricazione di un circuito integrato Disegno di un ipotetico circuito integrato Ingrandisci Disegno di un ipotetico circuito integrato Il materiale di partenza è una fetta circolare di semiconduttore, detta substrato: questo materiale, in genere già debolmente drogato, viene drogato ulteriormente per impiantazione ionica o per diffusione termica per creare le zone attive dei vari dispositivi; poi vengono depositati, cresciuti per epitassia oppure termicamente una serie di sottili strati di materiali diversi: La geometria delle zone che devono ricevere il drogaggio e quella dei vari strati è impressa sul substrato con un processo di fotolitografia: ogni volta che il circuito integrato in lavorazione deve ricevere un nuovo strato o una nuova impiantazione di droganti, viene ricoperto di un sottile film fotosensibile, che viene impressionato attraverso un negativo fotografico ad altissima definizione. Le zone del film illuminate divengono solubili e vengono asportate dal lavaggio, lasciando scoperto il chip sottostante, pronto per la prossima fase di lavorazione, rimozione selettiva o drogaggio delle aree prive del film fotosensibile. Una volta terminata la creazione dei chip sul substrato, questi vengono testati, il substrato viene tagliato e i chip incapsulati nei packages con cui verranno montati sui circuiti stampati. Selezione Come avviene per molti componenti elettronici compresi diodi e transistor, anche i circuiti integrati vengono commercializzati in due o più versioni, aventi ciascuna prestazioni elettriche e termiche differenti. Dato che i chip non hanno tutti caratteristiche elettriche perfettamente identiche, il produttore opera una selezione, dividendo in due o più fasce prestazionali, lo stesso circuito. I parametri principali interessati alla selezione sono generalmente due, il valore della tensione di alimentazione, e il range della temperatura di lavoro garantita, ma possono essere anche altri. I range di temperatura di lavoro garantita sono in genere due, ormai standardizzati: -25 75 C per uso consumer , -55 125 C per impieghi più impegnativi , ovviamente i costi sono differenti. Componenti integrabili In un circuito integrato si possono integrare facilmente transistor e diodi: è possibile creare su semiconduttore anche piccole resistenze e condensatori, ma in genere questi ultimi componenti occupano molto spazio sul chip e si tende ad evitarne l uso, sostituendoli quando possibile con reti di transistor. Non è possibile invece integrare degli induttori, dei trasformatori, che devono quindi essere collegati esternamente al circuito integrato: lo stesso vale per i condensatori di media e grande capacità. Formato dei circuiti integrati Integrati in package DIP plastico Ingrandisci Integrati in package DIP plastico Esternamente, la forma di questi componenti varia molto: può però essere ricondotta ad alcuni tipi standardizzati, elencati di seguito. Il package può essere in metallo, resine plastiche o ceramica. Una categoria di integrati chiamati custom cioè fuori standard, sono circuiti progettati dal produttore stesso dell apparecchiatura in cui vengono impiegati e pertanto essendo proprietari, non sono in commercio; il package ha una forma e una piedinatura unica, ne fanno largo impiego i produttori di strumenti di misura di classe elevata. Negli ultimi dieci anni si è affermato presso i produttori l uso di versioni SMD dei componenti elettronici e dei circuiti integrati, perché sono più piccoli e risparmiano la necessità di forare la basetta portacomponenti, semplificando molto le operazioni di montaggio eseguite su linee di produzione robotizzate. In ingegneria del software, l espressione componente COTS o componente OTS, in inglese Off-the-Shelf component, si riferisce a componenti hardware e software disponibili sul mercato per l acquisto da parte di aziende di sviluppo interessate a utilizzarli nei loro progetti. L uso di componenti COTS hardware rappresenta una possibilità consolidata; la stessa espressione COTS applicata al software viene usata più per riferirsi a una lacuna dell ingegneria del software, ovvero a un obiettivo dell ingegneria del software come disciplina: arrivare a sviluppare gli strumenti tecnologici, concettuali e pragmatici necessari per creare un mercato dei componenti reale. Un prodotto COTS può essere adoperato in alternativa a componenti sviluppati internamente all azienda. Nell ambito di progetti di sviluppo hardware e software, questa pratica è spesso una strategia volta a contenere i costi di sviluppo e manutenzione. Nel caso di componenti hardware, spesso anche i costi di produzione unitari del prodotto finale sono ridotti, dato che i componenti COTS sono ottimizzati e prodotti su scala più vasta rispetto a componenti equivalenti componenti dedicati sviluppati internamente. Driver ASIO: Studiati per ottenere e gestire i flussi audio in entrata e uscita con un buffer piccolo di memoria. In questa memoria avviene lo scambio del flusso trasformazione dal digitale analogico tramite la CPU interna alla scheda, di modo che il tempo di reattività ai cambiamenti via midi, risultino maggiori durante l esecuzione del brano e al contrario dall analogico al digitale per la registrazione e quindi la latenza risulta minore. Con una DAW realizzata in maniera ottimale e una scheda audio di fascia alta, si possono raggiungere latenze al di sotto degli 8 millisecondi. Un amplificatore operazionale è un amplificatore differenziale, accoppiato in continua e ad elevato guadagno . Simbolo circuitale e circuiti applicativi: inseguitore , amplificatore non invertente , amplificatore invertente , Sommatore , pinout di un amplificatore operazionale integrato Ingrandisci Simbolo circuitale e circuiti applicativi: inseguitore , amplificatore non invertente , amplificatore invertente , Sommatore , pinout di un amplificatore operazionale integrato Il nome è dovuto al fatto che con esso è possibile realizzare circuiti elettronici in grado di effettuare numerose operazioni matematiche: la somma, la sottrazione, la derivata, l integrale, il calcolo di logaritmi e di antilogaritmi.Indice 1 Amplificatore non invertente 2 Inseguitore 3 Amplificatore invertente 4 Sommatore invertente 5 Amplificatore differenziale 6 Oscillatore 7 Filtro attivo 8 Integratore derivatore 9 Comparatore 10 Comparatore con isteresi Descrizione In generale il circuito presenta due ingressi: uno definito invertente, indicato con il simbolo - , l altro definito non invertente, indicato con il simbolo , ed una uscita . L impedenza di ingresso presenta un valore molto elevato, teoricamente infinito, mentre l impedenza di uscita ha valore basso, idealmente nullo. Nella pratica questi valori, così come la banda passante e la frequenza massima di lavoro, sono determinati dalle caratteristiche costruttive dei singoli modelli di circuiti integrati. La maggior parte degli amplificatori operazionali è progettata per lavorare con una tensione di alimentazione duale, cioè con un valore positivo ed uno negativo simmetrici rispetto ad una massa, che può essere reale oppure virtuale. Le due tensioni non necessariamente debbono avere lo stesso valore: ad esempio la tensione positiva potrebbe essere di 15 Volt, quella negativa di 7 Volt. Il valore della tensione in uscita può spaziare tra la coppia di tensioni d alimentazione, a meno di un piccolo margine d errore che può variare a seconda del modello fisico adottato. Quando gli ingressi sono posti allo stesso valore di tensione , l uscita dovrebbe idealmente assumere il potenziale della massa. In realtà il valore diverge verso un estremo e la differenza di potenziale che deve essere applicata tra gli ingressi per azzerare l uscita, è detta tensione di offset.Dal punto di vista costruttivo, l amplificatore operazionale può essere realizzato con transistor bipolari bjt oppure mosfet, che lavorano a frequenze maggiori, con una impedenza di ingresso più elevata e un minore consumo energetico. Applicazioni Esistono circuiti integrati con operazionali adatti per applicazioni audio, in radiofrequenza, in corrente continua ; si possono anche avere modelli ottimizzati per ottenere massima precisione, velocità di risposta, stabilità rispetto alla variazione di temperatura o anche altre caratteristiche. Schema interno In figura riportiamo lo schema interno di un tipico amplificatore operazionale evidenziandone i blocchi funzionali.Ingrandisci Applicazioni circuitali Amplificatore non invertente Ciò che rende un amplificatore operazionale non invertente, è il fatto che la tensione in ingresso Vi è applicata sul morsetto contraddistinto dal segno . Il guadagno dell amplificatore è il rapporto tra la tensione di uscita e la tensione di ingresso, che è sempre maggiore o uguale a 1 ed è determinato dal valore delle resistenze che costituiscono un partitore di tensione, secondo la formula: G frac Vo Vi 1 frac R2 R1 Inseguitore La configurazione di figura B corrisponde ad un amplificatore di tensione di guadagno unitario , e si ha pertanto Vo Vi. L impedenza di ingresso è molto elevata, mentre quella di uscita è bassa, pertanto viene impiegato come disaccoppiatore di impedenza tra circuiti. Può essere considerato come un caso particolare dell amplificatore non invertente ponendo R1 infinito e R2 0, in questo modo si ottiene G 1. Amplificatore invertente Ciò che rende un amplificatore operazionale invertente, è il fatto che la tensione in ingresso Vi è applicata sul morsetto contraddistinto dal segno -.G frac Vo Vi - frac R2 R1 La resistenza di ingresso dell amplificatore risulta pari a R1, in quanto l ingresso invertente è virtualmente collegato a massa.Sommatore invertente La semplice aggiunta all amplificatore invertente di uno o più ingressi con il rispettivo resistore consente di realizzare un circuito che effettua la somma, cambiata di segno, dei segnali applicati, questo circuito è detto sommatore invertente . Come nel caso dell amplificatore tenendo conto della massa virtuale al terminale invertente si può dire che l impedenza vista dal primo generatore è uguale a R1A, quella vista dal secondo generatore è R1B, quella vista dal generatore X è uguale a R1X; inoltre la corrente I2 IA1 IA2 ...Vo -R2I2 - R2 left Ponendo R2 R1A R1B R1X si ha: Vo - Scegliendo invece opportunamente il valore di R2 è possibile amplificare la somma dei segnali di ingresso di un fattore arbitrario.Amplificatore differenziale Schema di un amplificatore differenziale Ingrandisci Schema di un amplificatore differenziale L amplificatore differenziale è rappresentato in figura. Esso è la combinazione di un amplificatore non invertente e uno invertente, infatti se v1 vale zero il circuito si comporta come un amp.Ponendo frac R4 R3 frac R2 R1 allora l amplificazione differenziale dello stadio vale Vo frac R2 R1 . Quando l amplificazione dello stadio è notevole è opportuno scegliere resistori di precisione al fine di minimizzare il cmrr, allo scopo può essere inserito un trimmer in serie a R4 , quindi applicare in ingresso un segnale modo comune, ossia a entrambi gli ingressi, e regolare il trimmer per il minimo della tensione in uscita. differenziale sono: stadio d ingresso per linee bilanciate, blocco di confronto in sistemi retroazionati o comunque tutte quelle applicazioni in cui sia necessario rilevare la differenza tra due grandezze. Oscillatore Come per qualunque amplificatore, riportando parte del segnale in uscita opportunamente sfasato all ingresso, si può realizzare un circuito oscillatore.Filtro attivo L amplificatore operazionale, configurato con opportune reti reattive, permette di ottenere filtri passa alto, passa basso, passa banda e arresta banda con buone caratteristiche di taglio, alta impedenza di ingresso e bassa in uscita. Integratore derivatore Integratore Derivatore Introducendo un condensatore nel circuito di retroazione si ottiene un amplificatore in grado di eseguire operazioni di integrazione o derivazione. La frequenza minima del segnale è limitata entro determinati valori dai parametri dei componenti usati , ed in particolare dal tempo di carica della rete RC, t RC.Operazione di integrazione: Nel caso in cui all ingresso venga applicato un segnale sinusoidale, si rileverà in uscita un segnale sempre sinusoidale ma sfasato di 90 .Comparatore Sfruttando il guadagno elevatissimo presentato dall amplificatore operazionale in assenza di retroazione, si può facilmente ottenere un comparatore di tensione. Applicando i due segnali da confrontare ai due ingressi, l uscita assumerà un valore di tensione prossimo alla tensione positiva di alimentazione se l ingresso non invertente ha tensione maggiore dell invertente.Comparatore con isteresi Introducendo una moderata retroazione sull ingresso non invertente, a sommarsi con il segnale entrante, si può ottenere un comparatore con isteresi o trigger di Schmitt. In pratica la tensione di riferimento non è costante ma dipende dallo stato dell uscita, in modo tale che la soglia di commutazione verso l alto è superiore di un certo margine rispetto alla soglia di commutazione verso il basso.Uno dei problemi che al momento ostacolano l ampia diffusione di questa tecnologia, energeticamente molto efficiente, è che i PHOLED rossi ed i PHOLED gialli durano anche alcune decine di migliaia di ore in più di un PHOLED blu. Questo rende le immagini sugli schermi distorte troppo presto rispetto a quanto sarebbe necessario per rendere la tecnologia idonea ad un dispositivo commerciale. Il VCO è un dispositivo elettronico con lo scopo di produrre un oscillazione periodica, il cui periodo, e di conseguenza la frequenza, è determinata dal valore assoluto di una tensione applicata ad un ingresso di controllo. L impiego di VCO si ha prevalentemente nei sistemi PLL e nei sintetizzatori musicali di tipo analogico. La caratteristica più critica del VCO consiste nella linearità della corrispondenza fra la tensione di ingresso e la frequenza in uscita. In un circuito elettronico di tipo analogico, giocano un fattore determinante le caratteristiche spurie delle forme d onda, poiché introducono un ritardo pressoché costante al variare della frequenza, causando una non-linearità nel controllo in tensione. Per ovviare a questo problema, il VCO viene impiegato all interno di un intervallo di funzionamento, nel quale si conosce l errore introdotto e si può applicare una correzione complementare. Come tutti i dispositivi analogici, il funzionamento del VCO risente in modo vistoso delle variazioni di temperatura e della tensione di alimentazione; particolare attenzione, quindi, viene prestata nella loro realizzazione. L NE555 è un circuito integrato che può implementare una vasta gamma di applicazioni timer e multivibratori. Deve il suo nome al fatto di avere al suo interno tre resistori collegati in serie ciascuno del valore di 5 KO che forniscono, tramite il principio del partitore di tensione, i potenziali di riferimento di 1 3 e 2 3 della tensione di alimentazione ai comparatori interni al dispositivo. Il timer 555 è uno dei più popolari e versatili circuiti integrati mai prodotti; diversi editori, tra cui il gruppo editoriale Jackson, nelle loro collane tecniche, hanno pubblicato veri e propri manuali con schemi di progetto pratici, orientati a svariate applicazioni di questo dispositivo. Include 23 transistors, due diodi e 16 resistori su un chip di silicio inserito in un contenitore mini dual in-line da 8 pin. Un esempio è il 7555, che richiede leggere differenze nel montaggio, con il risparmio di componenti e quindi minor consumo di energia. Il 555 ha tre modalità operative: Bistabile: il 555 si comporta come un flip-flop, se il pin DIS non viene connesso e non si impiega il condensatore.In elettronica, un multiplexer o mux o selettore è un dispositivo capace di selezionare un singolo segnale elettrico fra diversi segnali in ingresso in base al valore degli ingressi di selezione.Per esempio, un multiplexer a 2 ingressi è una semplice porta logica la cui uscita Y assume il valore di uno dei due ingressi A o B in base al valore del terzo ingresso di selezione S.Y or Che può essere espressa dalla seguente tabella di verità: A B S Y ------ -- 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 oppure come mappa di Karnaugh: Y S AB 00 0 0 Sono comuni multiplexer con molte porte. I segnali di ingresso sono numerati da X0 a X7, e gli ingressi di selezione sono numerati S2, S1 e S0.Demultiplexer Il dispositivo complementare, il demultiplexer, ha un solo ingresso e diverse uscite. Esso è quindi una rete combinatoria con k ingressi e m 2k uscite, ciascuna delle quali è attiva soltanto in corrispondenza di uno dei 2k valori di ingresso. Per esempio, un demux a otto uscite ha un segnale di ingresso , tre ingressi di selezione , e otto uscite . Se per esempio S2 e S0 sono a 1 e S1 è a 0 , l uscita A5 sarà uguale ad X e tutte le altre uscite saranno messe a 0. Telecomunicazioni Semplice multiplexer e demultiplexer telefonico a divisione di tempo Semplice multiplexer e demultiplexer telefonico a divisione di tempo Nelle telecomunicazioni, il multiplatore o multiplexer è il dispositivo che permette di far condividere la capacità disponibile di un unico collegamento fra più canali trasmissivi .In ricezione, il dispositivo complementare si chiama demultiplexer o demux e permette di separare i diversi canali trasmissivi originali. Il multiplexing può essere a divisione di tempo o a divisione di frequenza. Su un generico mezzo i due metodi sono incompatibili e richiedono una scelta esclusiva, anche se in teoria possono essere combinati tra loro in modo gerarchico . Entrambe le tecniche sono abbinabili sia a un segnale analogico che a un segnale digitale. Tuttavia, storicamente esiste un abbinamento preferenziale fra multiplexing a divisione di tempo e segnale digitale, e tra multiplexing a divisione di frequenza e segnale analogico. Tecniche di multiplexing Le tecniche più utilizzate per ottenere il multiplexing di più canali sono la multiplazione a divisione di tempo e a divisione di frequenza .In una tipica applicazione telefonica digitale, con multiplexing a divisione di tempo sullo stesso mezzo vengono trasmessi a intervalli regolari di tempo segnali di 30 canali diversi, più due canali di controllo.Il segnale telefonico viene campionato alla frequenza di 8 KHz, quindi un singolo segnale telefonico è costitiuto da un campione sonoro di 8 bit ogni 125 ms.Il gestore invece di posare 30 doppini dedicati, ne posa uno con caratteristiche elettriche migliori per tutti risparmiando quasi 10 volte sui costi di cablaggio. Nel multiplexing a divisione di frequenza si utilizzano 10 frequenze diverse in modo che la portante conduca delle sottoportanti, ossia dove transita un segnale ne transitano 10 con frequenze abbastanza distanti da non interferire.Una applicazione ancora popolare della multiplazione a divisione di frequenza è l ADSL, dove su un doppino vengono multiplati un segnale analogico , e i due segnali digitali della connessione internet.Il microfono dinamico è un microfono che opera mediante un sistema di induzione elettromagnetica, è concettualmente simile ad un altoparlante. Al diaframma è collegato un avvolgimento di filo chiamato bobina mobile, la quale è sospesa all interno di un campo magnetico generato da un magnete permanente. Il movimento della bobina mobile nel campo magnetico, genera ai capi della bobina una corrente elettrica che tramite il cavo arriva alla consolle o agli outboard. Il microfono a condensatore è un tipo di microfono che sfrutta l effetto capacitivo. Le due lamine che compongono la capsula sono sollecitabili dalla variazione di pressione che un suono provoca nel mezzo di propagazione . La sua figura polare può essere omnidirezionale, bidirezionale o unidirezionale . Il microfono a condensatore può essere ritenuto qualitativamente migliore perché più sensibile ai transienti e alle sollecitazioni, tuttavia la capsula non ha un grande rendimento per cui viene aggiunto nel corpo del microfono un preamplificatore che ne alza il segnale ma che abbisogna di alimentazione . Il preamplificatore rappresenta però anche il punto debole di un microfono a condensatore perché se di bassa qualità può indurre saturazioni, distorsioni e rumori di fondo . L alimentazione può essere separata o viaggiare sul cavo del microfono e di solito è di 48 volt ma può essere specifica per ogni microfono . Uno dei costruttori storici più apprezzati è Neumann, l esperienza cinquantennale di questa casa nella trasduzione elettromeccanica del suono, fa sì che venga preferita nella scelta dei microfoni da utilizzare negli studi di registrazione.Il magnetron è un tipo di valvola termoionica ad alta potenza destinata alla produzione di microonde coerenti. Il magnetron è anche un sistema in grado di accoppiare un campo magnetostatico ed una radiofrequenza ai fini di depositare film sottili di dielettrici o metalli non magnetici, impiegato industrialmente e per scopi di ricerca negli apparati di deposizione fisica detti sputtering. Indice 1 Radar 2 Riscaldamento e cottura Struttura e funzionamento Sezione schematica di magnetron Sezione schematica di magnetron Il magnetron è costituito da una camera con sezione circolare circondata da lobi, in cui è stato effettuato il vuoto. Al centro è collocato un filo mantenuto incandescente, il catodo, e ad un potenziale elettrico negativo molto elevato, costante o impulsivo.Gli elettroni emessi per effetto termoionico dal filamento tendono a muoversi verso le pareti della camera, mantenute a potenziale zero e costituiscono l anodo. La presenza del campo magnetico però causa una curvatura nella loro traiettoria per effetto della forza di Lorentz, portandoli a seguire un percorso a spirale. Sul perimetro della camera sono ricavate delle aperture opportunamente spaziate e comunicanti con delle cavità. Gli elettroni, raggiungendo il bordo delle cavità si riuniscono in fasci che vibrano e producono un campo elettromagnetico ad alta frequenza. Una parte di questo campo è prelevato da una speciale antenna connessa ad una guida d onda , e da questa inviato al carico utilizzatore, che sia la camera del forno a microonde oppure una antenna trasmittente. Nell immagine a destra è rappresentato il moto che un elettrone uscente dal filo centrale avrebbe in assenza di campo magnetico e quello che assume all interno del magnetron .La dimensione delle cavità determina la frequenza di risonanza e quindi la frequenza delle onde radio prodotte.Impieghi Radar Un magnetron di forno a microonde Ingrandisci Un magnetron di forno a microonde Nei sistemi radar la guida d onda è connessa con una antenna, che può essere una scanalatura nella guida oppure un allargamento a cono puntante su un riflettore parabolico. Il magnetron è alimentato con brevi impulsi di alta tensione, in modo da emettere rapidi impulsi di microonde, che vengono irradiati dall antenna. Qui un dispositivo indirizza il segnale verso un sensibile ricevitore radio e quindi visualizzato su uno schermo a raggi catodici oppure elaborato digitalmente. Riscaldamento e cottura Nel forno a microonde la guida d onda si collega con la camera di cottura attraverso una finestra chiusa da un materiale trasparente alle microonde, che ha la funzione di proteggere il magnetron dalla sporcizia.Se le onde non vengono assorbite subiscono una riflessione. Le onde stazionarie che si creano, dissipano la loro energia innescando un arco di plasma in prossimità dell antenna del magnetron, distruggendola. Per questo motivo è importante non fare funzionare il forno a vuoto, e se si devono scaldare piccole quantità di materiale è opportuno collocare all interno della camera anche un bicchiere contenente acqua. Storia Un primo modello di magnetron a due poli fu sviluppato intorno al 1920, ma la potenza prodotta era molto limitata rispetto alle versioni con cavità. La ricerca ebbe una ripresa durante la seconda guerra mondiale per la necessità di sviluppare rapidamente un generatore di microonde nella banda di 10 cm adatto per il radar. Nel 1940, all università inglese di Birmingham, John Randall e Harry Boot realizzarono un prototipo funzionante di magnetron a cavità risonanti, riuscendo successivamente ad aumentarne di un fattore 100 la potenza emessa. Una prima versione da 3 kw fu costruita dalla G.E.C.Questo tipo di magnetron fu largamente utilizzato durante la seconda guerra mondiale dando agli Alleati una notevole superiorità sui mezzi equivalenti in dotazione agli eserciti nazisti e giapponesi, influendo così sul decorso degli eventi bellici. In particolare i tedeschi non riuscivano a capire come facessero gli inglesi a prevedere con largo anticipo l arrivo dei loro aerei e portare in cielo i caccia della RAF in tempo. Da allora sono stati costruiti milioni di magnetron, alcuni per i radar ma la maggior parte per una applicazione insospettata agli inizi: il forno a microonde. Sicurezza Pericolo: microonde ad alta potenza Ingrandisci Pericolo: microonde ad alta potenza I rischi dovuti all utilizzo del magnetron sono quelli legati all esposizione alle microonde, quindi essenzialmente ustioni e opacizzazione della cornea. La sperimentazione su apparati impieganti il magnetron richiede particolari attenzioni e preparazione, poiché i fasci di microonde sono invisibili e possono riflettersi in modo insidioso. Un altro pericolo associato al magnetron è costituito dalla elevata tensione di funzionamento. Il chip VIC-II , noto come MOS Technology 6567 8562 8564 , 6569 8565 8566 , è un microchip che aveva lo scopo di generare grafica Y C video composito, utilizzato dai computer Commodore 64 e Commodore 128. Erede del VIC , il VIC-II fu una delle cause del grande successo del C64, come modello di computer più venduto di tutti i tempi. Indice 1 Programmazione 2 Colori 3 Il VIC-II E Storia Il chip VIC-II fu progettato da Al Charpentier e Charles Winterble alla MOS Technology come successore del VIC . Il team alla MOS Technology aveva fallito la progettazione di due chip grafici detti MOS Technology 6562 per il Commodore TOI computer, e il MOS Technology 6564 per il Color PET, a causa della lentezza della memoria. Per progettare il VIC-II, Charpentier e Winterble fecere un indagine di mercato sui computer e videogiochi per scoprire quali caratteristiche fossero più richieste.Il lavoro sul VIC-II fu completato nella seconda metà del 1981, mentre Robert Yannes stava lavorando sul chip SID. I due chip, come il Commodore 64, furono completati in tempo per la fiera Consumer Electronics Show nella prima settimana del 1982. Caratteristiche Dettagli tecnici Programmazione Immagine:Supratechnic Demo.gif Supratechnic, a type-in program published by COMPUTE! s Gazette in November 1988, showcases the careful use of raster interrupts to display information outside of the standard screen borders . Il VIC-II era programmato per manipolare i suoi 47 registri di controllo , mappati in memoria nell intervallo D000 D02E dello spazio di indirizzamento del C64.Si poteva riprogrammare il chip per generare più di 8 sprite contemporaneamente con una tecnica nota come sprite multiplexing. Colori Nel modo multicolore i caratteri erano di 4 8 pixel e 4 colori su 16. Il quarto colore era identico per tutto lo schermo mentre gli altri 3 potevano essere impostati per ogni area da 4 8 pixel. s Gazette, sovrapponevano due srpite ad alta risoluzione per ottenere due colori ad alta risoluzione senza sacrificare la risoluzione orizzontale .Il VIC-II E Il chip 8564 8566 VIC-II E nel Commodore 128 utilizzava 48 pin e aveva due registri in più, uno per accedere al tastierino numerico e gli altri tasti extra, e l altro per far cambiare la frequenza del clock da 1 MHz al 2 MHz e viceversa: al clock più alto il video composito del VIC-II era disattivato, permettendo l uso della modalità a 80 colonne del C128 utilizzando il chip RGB 8563 VDC. Elenco delle versioni del VIC-II Il latch è un circuito elettronico utilizzato per immagazzinare informazioni nei sistemi a logica sequenziale asincrona. Spesso i latch sono usati in gruppi, alcuni dei quali hanno nomi speciali come il quad latch e l octal latch . Molti tipi di display a 7 segmenti o alfanumerici contenenti il circuito di decodifica, dispongono di un pin collegato a questo circuito, il quale permette tramite il cambio del livello logico, di stoppare il valore in quel momento visualizzato. Latch SR Latch SR Ingrandisci Latch SR Il latch più semplice è il latch SR, dove S ed R stanno per Set e Reset .Normalmente in modalità di immagazzinamento, gli input bar S e bar R vengono tenuti a livello logico alto così che il feedback mantenga gli output Q e bar Q in uno stato costante, con bar Q complemento di Q. Quando viene abbassato il livello logico sull input bar S l output Q passa ad alto e resta alto anche quando bar S torna alto. Al contrario, quando bar R viene abbassato, l output Q diventa basso e resta basso anche quando bar R torna alto. Se entrambi bar S e bar R vengono abbassati in concomitanza, l output del latch è indeterminato, quindi questa condizione deve essere evitata. LED è l acronimo di Light Emitting Diode .Indice 1 Utilizzo 2 Impiego nell illuminazione 3 Assorbimento 4 Forza Commerciale 5 Efficienza ed Affidabilità 6 Caratteristiche tecniche 7 Polarizzazione di un diodo LED 8 Colori Funzione fisica Simbolo circuitale del LED Ingrandisci Simbolo circuitale del LED Il dispositivo sfrutta le proprietà ottiche di alcuni materiali semiconduttori per produrre fotoni a partire dalla ricombinazione di coppie elettrone-lacuna. Gli elettroni e le lacune vengono iniettati in una zona di ricombinazione attraverso due regioni del diodo drogate con impurità di tipo diverso, e cioè di tipo n per gli elettroni e p per le lacune. Il colore della radiazione emessa è definito dalla distanza in energia tra i livelli energetici di elettroni e lacune e corrisponde tipicamente al valore della banda proibita del semiconduttore in questione. I LED sono uno speciale tipo di diodi a giunzione p-n, formati da un sottile strato di materiale semiconduttore drogato. Quando sono sottoposti ad una tensione diretta per ridurre la barriera di potenziale della giunzione, gli elettroni della banda di conduzione del semiconduttore si ricombinano con le lacune della banda di valenza rilasciando energia sufficiente da produrre fotoni. L esatta scelta dei semiconduttori determina la lunghezza d onda dell emissione di picco dei fotoni, l efficienza nella conversione elettro-ottica e quindi l intensità luminosa in uscita. Vari tipi di LED Ingrandisci Vari tipi di LED Utilizzo I primi LED erano disponibili solo nel colore rosso. Successivamente vennero sviluppati LED che emettevano luce gialla e verde e vennero realizzati dispositivi che integravano due LED, generalmente uno rosso e uno verde, nello stesso contenitore permettendo di visualizzare quattro stati con lo stesso dispositivo. Negli anni 90 vennero realizzati LED con efficienza sempre più alta e in una gamma di colori sempre maggiore fino a quando con la realizzazione di LED a luce blu non fu possibile realizzare dispositivi che, integrando tre LED: uno rosso, uno verde e uno blu, potevano generare qualsiasi colore. I LED in questi anni si sono diffusi in tutte le applicazioni in cui serve avere elevata affidabilità, lunga durata ed elevata efficienza.Impiego nell illuminazione I LED sono sempre più utilizzati in ambito illuminotecnico in sostituzione di alcune sorgenti di luce tradizionali. Tuttavia il loro utilizzo nell illuminazione domestica, quindi in sostituzione di lampade ad incandescenza, alogene o florescenti compatte , non è ancora possibile con risultati soddisfacienti. Fondamentalmente il limite dei LED per questo tipo di applicazione è la quantità di luce emessa che nei modelli di ultima generazione per uso professionale si attesta intorno ai 120 lm ma che nei modelli più economici raggiunge solo i 20 lumen.Il loro utilizzo diventa invece molto più interessante in ambito professionale dove il rendimento di 40-60 lm W li rende una sorgente appetibile. Come termine di paragone basti pensare che una lampada ad incandescenza ha rendimenti di circa 20 lm W, mentre una alogena di 25 lm W ed una fluorescente lineare fino a 104 lm W. Dal punto di vista applicativo il LED sono ad oggi molto utilizzati quando l impianto di illuminazione deve avere le seguenti caratteristiche: Concludendo i vantaggi dei LED dal punto di vista illuminotecnico sono: Assorbimento Per quanto riguarda gli assorbimenti, questi sono minori nei LED normali rispetto a quelli ad alta luminosità, secondo la seguente tabella: Tipologia LED Assorbimento LED normali 10 - 15 LED flash 20 - 40 Forza Commerciale La forza commerciale di questi dispositivi si basa sulla loro potenzialità di ottenere elevata luminosità , basso prezzo, elevata efficienza ed affidabilità ; inoltre essi non richiedono circuiti di alimentazione complessi, possiedono alta velocità di commutazione e la loro tecnologia di costruzione è compatibile con quella dei circuiti integrati al silicio. Efficienza ed Affidabilità I LED sono particolarmente interessanti per le loro caratteristiche di elevata efficienza luminosa A.U. A e di affidabilità. I primi LED ad alta efficienza sono stati investigati dall ingegnere Alberto Barbieri presso i laboratori dell università di Cardiff nel 1995, rilevando ottime caratteristiche per dispositivi in AlGaInP GaAs con contatto trasparente di Indio e Stagno . L evoluzione dei materiali è stata quindi la chiave per ottenere delle sorgenti luminose del futuro che hanno tutte le caratteristiche per sostituire quasi tutte quelle ad oggi utilizzate. Nei telefoni cellulari sono presenti nel formato più piccolo in commercio per l illuminazione dei tasti, su alcuni modelli di autovetture di classe elevata sono presenti in sostituzione delle lampade a filamento, per le luci di posizione e stop . Caratteristiche tecniche In molti casi i LED sono alimentati in continua con una resistenza in serie Rs per limitare la corrente diretta al valore di lavoro, il quale può variare da 5-6 mA fino a 20 mA quando è richiesta molta luce.La necessità dell impiego della stessa è giustificata anche dalla necessità di garantire una lunga vita al dispositivo. Se tale resistenza non ci fosse, un piccolo aumento della corrente di impiego farebbe diminuire il valore della resistenza differenziale del diodo emettitore di luce come previsto dal grafico tensione corrente. Tali variazioni, se di entità sufficiente, potrebbero innescare un differenziale negativo in quanto la progressiva diminuzione della resistenza del led causerebbe l aumento della corrente ed un sempre maggiore riscaldamento per effetto Joule che porterebbe velocemente il dispositivo a bruciarsi. Il valore della resistenza in serie Rs è calcolato mediante la legge di Ohm conoscendo la corrente di lavoro richiesta If, la tensione di alimentazione Vs e la differenza di potenziale del LED alla corrente di lavoro data, Vf . Nel dettaglio, la formula per calcolare la resistenza in serie necessaria è: R s V s-V f over I f che ha come unità di misura ohm volt over ampere La differenza di potenziale del LED Vf può essere stimata da quella data per una corrente di 20 mA nel datasheet del prodotto. I LED devono essere fatti operare solo con tensione diretta e non devono essere sottoposti a tensioni inverse superiori a pochi Volts che potrebbero danneggiarli. In linea generale, quando non si possiede il datasheet specifico, si può considerare per i LED consueti di diametro 5 mm una tensione Vf pari a circa 2 V ed una corrente di lavoro If prudenziale di 10-15 mA, fino a 20 mA.Per i LED di tipo flash, per i quali come si èdetto la corrente può variare tra 20 e 40 mA, i valori minimo e massimo della resistenza saranno 250 e 500 . Se un LED viene alimentato in alternata deve essere protetto dalla tensione inversa mediante un semplice circuito. Il metodo più semplice è quello di usare un diodo collegato in una configurazione che in gergo elettronico si chiama anti-parallelo al LED, cioè in parallelo al LED ma con polarità invertita .È bene evitare di mettere il diodo di protezione in serie, in quanto in questa configurazione entrano in gioco le resistenze inverse dei due componenti, queste, essendo di valore comparabile, potrebbero determinare ai capi del led una tensione pericolosa per esso. Un metodo alternativo che mantiene attiva l uscita luminosa consiste nell usare un ponte di quattro diodi per assicurare che una corrente diretta scorra sempre attraverso il LED, ovviamente da un punto di vista dell efficienza, il ponte di diodi ha senso soltanto se andiamo ad alimentare molti LED in serie, altrimenti l energia dispersa nello stesso a causa delle sue cadute di tensione sarà inaccettabile. Se si vuole alimentare un LED con la tensione di rete, senza che il nostro circuito dissipi troppa energia nella resistenza in serie, si può usare un circuito costituito da un Condensatore collegato in serie ad una sezione, che consiste nel LED in parallelo ad un diodo di protezione, e al tutto seguirà ancora in serie, una resistenza di protezione, che serve a limitare la scarica all accensione . Il valore della capacità del condensatore dipenderà dalla reattanza che lo stesso dovrà presentare alla frequenza di rete per far scorrere la voluta corrente nel LED. La massima quantità di luce che può essere emessa da un LED è limitata essenzialmente dalla massima corrente media sopportabile, che è determinata dalla massima potenza dissipabile dal chip. Quando sono richiesti valori d uscita più alti normalmente si tende a non usare correnti continue, ma ad usare delle correnti pulsanti con duty cycle scelto in maniera opportuna. Ciò permette alla corrente e, di conseguenza, alla luce di essere notevolmente incrementate, mentre la corrente media e la potenza dissipata rimangono nei limiti consentiti. Polarizzazione di un diodo LED Ingrandisci Solitamente il terminale più lungo di un diodo led è chiamato anodo e il terminale più corto catodo. Per polarizzare correttamente un diodo LED possiamo usufruire inoltre di una caratteristica particolare del package: se si guarda infatti il led dall alto, si può notare come la parte laterale del package non sia regolare ma squadrata da un lato: questa squadratura identifica il catodo . Nel caso dei led 3 mm, si rende necessario l uso di un tester in quanto tale segno non è quasi visibile. Se si utilizza un tester, dopo aver selezionato la scala di resistenza con fattore 1 , se si pone il puntale positivo sull anodo e il puntale negativo sul catodo, il tester segnerà un valore di resistenza del ordine di qualche centinaio di Ohm, nel caso il tester fosse un modello analogico con pila di alimentazione a 3 volt, se il led è efficente, essendo polarizzato direttamente, il piccolo flusso di corrente che lo attraversa lo farà accendere, invertendo i puntali, invece, il tester non dovrà segnare alcuna continuità. Esiste anche un metodo visivo ma quasi mai usato dai tecnici per il riconoscimento della del catodo o dell anodo di un led: guardando all interno del package trasparente si possono vedere due parti metalliche separate di diversa grandezza collegate ai terminali, la parte più grande è sempre collegata al catodo, e di conseguenza la più piccola all anodo . Il Klystron è un tubo a vuoto di tipo a elettroni liberi e a fascio lineare. Il nome deriva dalla parola greca ???s , che si riferisce all infrangersi delle onde sulla spiaggia, associata al suffisso che indica la natura elettronica del dispositivo. I klystron sono utilizzati come oscillatori e amplificatori di microonde e frequenze radio per generare il segnale di bassa potenza per i ricevitori radar a supereterodina e per generare portanti di alta potenza, sia per le telecomunicazioni sia per alimentare gli acceleratori lineari di particelle. Rispetto al magnetron ha la caratteristica di mantenere la coerenza del segnale amplificato, così il segnale in uscita può essere esattamente controllato in ampiezza, frequenza e fase. Inventori del klystron sono i fratelli Russel e Sigurd Varian della Stanford university. Il loro prototipo fu completato nell agosto del 1937 e la novità, pubblicata nel 1939, ebbe notevole influenza sullo sviluppo del radar nel Regno Unito e negli Stati Uniti.Indice 1 Klystron a due camere 2 Klystron reflex 3 Klystron multicavità 4 Klystron floating drift Varianti Klystron a due camere In questo tipo di klystron, un fascio di elettroni emessi dal catodo di un cannone elettronico sono iniettati in una cavità risonante. Il fascio elettronico è mantenuto focalizzato da un campo magnetico parallelo e trasferito attraverso un tubo di passaggio ad una seconda cavità contenente l anodo. All ingresso della seconda cavità, la modulazione di velocità si trasforma in una modulazione di densità, si formano cioè dei pacchetti di elettroni addensati.Il klystron a due camere può essere facilmente convertito in oscillatore realizzando un circuito di retroazione dall uscita all ingresso. Questa configurazione è uno dei generatori di microonde con il minore rumore elettrico e per questo è spesso usata nei radar per il puntamento di missili. Il klystron a due camere normalmente produce più potenza rispetto al tipo reflex, tipicamente watt contro milliwatt. Inoltre, non essendoci riflettore, è richiesta una sola alimentazione ad alta tensione, ma questa tensione deve essere regolata su un preciso valore perché il tubo oscilli. Questo dipende dal fatto che la formazione dell onda di densità deve avvenire esattamente in prossimità dell ingresso della seconda cavità, e poiché quest ultima posizione è fissa, occorre agire sul campo elettrico e quindi sulla velocità degli elettroni.Klystron reflex Nella variante reflex, il fascio elettronico è contenuto in un unica cavità metallica risonante. Gli elettroni sono inviati verso una estremità del tubo dal cannone elettronico e dopo avere attraversato la cavità risonante sono riflessi all indietro da un elettrodo a potenziale negativo per riattraversare la cavità, dove sono poi raccolti. La modulazione in velocità avviene durante il primo passaggio, mentre le onde di densità si formano nello spazio di drift compreso tra la cavità ed il riflettore. Il potenziale del riflettore deve essere opportunamente regolato per assicurare il massimo rimbalzo degli elettroni e quindi il massimo trasferimento di energia alle onde elettromagnetiche prodotte. L intervallo di variazione della frequenza è generalmente definito per la zona entro cui la potenza si mantiene al di sopra della metà del valore massimo. In molte applicazioni il klystron reflex è stato sostituito da dispositivi a semiconduttore. Klystron multicavità Nel klystron multicavità, diverse cavità risonanti di forma toroidale circondano il tubo acceleratore. Klystron floating drift Questo klystron ha una singola camera cilindrica contenente al centro un tubo elettricamente isolato . Gli elettroni vengono modulati in velocità attraversando il tubo di drift e fuoriescono organizzati in onde di densità, trasferendo potenza alla cavità di oscillazione. Il vantaggio di questa configurazione rispetto al sistema a doppia camera è di avere un solo elemento da sintonizzare sulla frequenza di lavoro.Applicazioni Gli amplificatori a klystron sono utilizzati per generare onde radio in alta frequenza, VHF, UHF e EHF, ove sia necessaria elevata potenza, superiore a quella ottenibile con dispositivi a stato solido.L IGBT è un dispositivo pilotato da un gate da una parte e dall altra ha un collettore e un emettitore. Ha le caratteristiche dell unione di un transistor e un MOSFET, sulla maglia di uscita un transistor e su quella di ingresso un MOSFET, quindi bassa potenza di pilotaggio. È un dispositivo di potenza, adatto cioè a trattare correnti elevate, che abbina al pregio dell alta impedenza di ingresso dei transistor MOS quello della bassa tensione di saturazione dei BJT. Siccome il MOS risulta interessato solo dalla bassa corrente di base del BJT, anche l area del chip, che nei MOS di potenza è estesa, risulta ridotta con la conseguenza di un costo minore del componente. L induttore è un componente elettrico che genera un campo magnetico al passaggio di corrente elettrica. Nella Teoria dei circuiti l induttore è un componente ideale in cui tutta l energia elettrica assorbita è immagazzinata nel campo magnetico prodotto. Gli induttori reali, realizzati con un avvolgimento di un filo conduttore, presentano anche fenomeni dissipativi e capacitativi di cui si deve tenere conto. Gli induttori sono impiegati in una varietà di dispositivi elettrici ed elettronici, tra i quali i trasformatori ed i motori elettrici nonché in svariati circuiti a corrente alternata ad alta frequenza. Indice 1 Realizzazione 2 Induttanza 3 Energia 4 Nei circuiti elettrici 5 Reti di induttori Fisica dell induttore Realizzazione Un induttore è costituito da un avvolgimento di materiale conduttivo, generalmente filo di rame ricoperto da una sottile pellicola isolante. È, tuttavia, raro che un induttore sia inserito in un circuito integrato: limiti pratici rendono molto più comune l uso di un circuito chiamato giratore che usa un condensatore per simulare il comportamento di un induttore. Piccoli induttori usati per frequenze molto alte sono talvolta realizzati con un semplice filo che attraversa un cilindro o una perlina di ferrite. Induttanza In pratica, con un induttore si cerca di realizzare il componente astratto induttanza. Naturalmente, il filo di rame ha una resistenza elettrica, particolarmente alle alte frequenze , e tra le spire vicine vi è un accoppiamento capacitivo.Energia L energia immagazzinata nell induttore è uguale alla quantità di lavoro richiesta per ottenere la corrente che scorre in esso e, quindi, per generare il campo magnetico.dove I è la corrente che scorre nell induttore e L l induttanza. Nei circuiti elettrici Un induttore si oppone solo alle variazioni di corrente. Ma l induttore reale presenta una resistenza elettrica non nulla e, quindi, il circuito in cui è inserito spende energia anche per mantenere una corrente costante che non varia il campo magnetico creato, ma si dissipa nella resistenza presentata dal filo di rame. In generale, trascurando i fenomeni parassiti , la relazione tra la tensione applicata agli estremi dell induttore con induttanza L e la corrente i che varia nel tempo e scorre nell induttore è descritta dall equazione differenziale: Se una corrente alternata sinusoidale scorre nell induttore, una tensione alternata viene indotta.e.m.dove ?Si definisce reattanza induttiva la: L 2pfL dove XL è la reattanza induttiva, ?La reattanza induttiva è la componente immaginaria positiva dell impedenza.L j2pfL dove j è l unità immaginaria. Reti di induttori Se vi sono più induttori in parallelo, ciascuno di essi è sottoposto alla stessa differenza di potenziale.La corrente attraverso più induttori in serie è la stessa, ma la tensione a cui ciascuno di essi è sottoposto può essere differente.Applicazioni Un induttore assomiglia ad un elettromagnete come struttura, ma è usato per uno scopo diverso: immagazzinare energia in un campo magnetico. Per la loro capacità di modificare i segnali in corrente alternata, gli induttori sono usati nell elettronica analogica e nel trattamento dei segnali elettrici, incluse le trasmissioni via etere. Visto che la reattanza induttiva XL cambia con la frequenza, un filtro elettronico può usare induttori assieme a condensatori ed altri componenti per filtrare parti specifiche dello spettro di frequenza di un segnale.L ignitron è un raddrizzatore controllato sviluppato negli anni 30 a partire dal tubo raddrizzatore al mercurio Cooper-Hewitt.1.Anodo 2.Catodo 3.Elettrodo per il riscaldamento del mercurio 4.Pozza di mercurio 5.Isolatori ceramici 6.Fluido refrigerante Ingrandisci 1.Anodo 2.Catodo 3.Elettrodo per il riscaldamento del mercurio 4.Pozza di mercurio 5.Isolatori ceramici 6.Fluido refrigerante È costituito da un contenitore metallico contenente sul fondo una pozza di mercurio, in equlibrio con il proprio vapore, che costituisce il catodo. Un impulso di coorente viene applicato all elettrodo provoca il riscaldamento del mercurio con conseguente aumento della quantità di vapore e innesco di una scarica elettrica attraverso il vapore di mercurio tra anodo e catodo. L ignitron è usato nei raddrizzatori industriali da migliaia di ampere, come negli impianti di raffinazione elettrochimica dell alluminio.In alternativa all ignitron era impiegato in passato il convertitore rotante e oggi il tiristore al silicio.Il fusibile è un semplice dispositivo elettrico in grado di proteggere da eventuali cortocircuiti, in grado di interrompere il flusso di corrente se questa supera una soglia prefissata. Alcuni tipi di fusibili Ingrandisci Alcuni tipi di fusibili Fusibili a cartuccia Sono costituiti da un contenitore generalmente cilindrico, in vetro oppure porcellana, al cui interno è presente un filo metallico che unisce due terminali di contatto.Nei modelli per correnti elevate il filo è immerso in sabbia, che ha lo scopo di spegnere rapidamente l arco elettrico che può formarsi all apertura del circuito, ed inoltre il contenitore è generalmente ceramico, per maggiore solidità. Se nei piccoli fusibili in vetro si può osservare in trasparenza l integrità del filo, nelle cartucce opache è spesso presente un elemento mobile su un contatto, trattenuto dal filo interno.Oltre che dalla soglia di corrente in Ampere ed il tipo di cartuccia, la scelta di un fusibile è determinata anche dal potere di interruzione e dalla rapidità di intervento. I modelli per la protezione di impianti elettrici sono in genere lenti, per sopportare le brevissime ma intense sovracorrenti prodotte dall avviamento di motori elettrici.Ogni fusibile presenta una sua curva caratteristica, in cui il tempo di intervento è funzione della corrente. La sostituzione dei fusibili bruciati deve essere effettuata con attenzione, possibilmente togliendo corrente a monte dell impianto, rispettando il modello originale e soprattutto cercando di comprendere la causa dell intervento di protezione. Fusibili autoripristinanti In alcune situazioni particolari dove il cortocircuito o il sovraccarico possono essere frequenti e nella norma, per evitare di sostituire frequentemente i fusibili, si utilizzano particolari modelli in grado di ripristinarsi automaticamente al cessare della causa. In pratica sono costituiti da un resistore PTC ovvero un resistore il cui valore di resistenza aumenta con la temperatura. Al superamento di un valore di corrente, l aumento di temperatura causa un aumento di resistenza, che a sua volta causa un aumento dell effetto Joule e così via, con effetto valanga. Il Full-adder o sommatore completo è un componente elettronico digitale caratterizzato da tre ingressi e due uscite. La sua funzionalità è quella di eseguire una somma tra due numeri espressi in formato binario con lunghezza di parola a un bit. È un componente fondamentale dell elettronica digitale perché, connesso opportunamente con altri full-adder e porte logiche può dare luogo alle unità di elaborazione ALU dei processori. In logica binaria esegue questa semplice operazione: A B Ri S Ro dove A e B sono gli operandi, Ri il riporto in ingresso della precedente somma e S e Ro sono la somma e il riporto di uscita.In ingresso sono inseriti i due bit da sommare e l eventuale bit di riporto; in uscita vengono forniti la somma ed il riporto. Ad esempio, se diamo in ingresso i valori 1 1 0 , il componente restituirà il valore 0 con riporto 1 . La struttura col riporto in ingresso esiste per permette di poter eventualmente collegare un numero n Full-adder in cascata per poter ottenere Full-adder a n bit. La fotocellula o cellula fotoelettrica è un dispositivo elettronico capace di modificare la sua resistenza elettrica a seconda dell intensità luminosa alla quale è esposta.Gli impieghi sono molteplici e vanno dai dispositivi d allarme agli automatismi per cancelli o porte, inoltre i cronometri di molte discipline sportive sono collegati a fotocellule.I flip-flop sono dei dispositivi elettronici utilizzati nell elettronica digitale come dispositivi sincroni di memoria elementare. Essi prevedono due soli stati logici possibili, come il latch SR, ma a differenza di questi utilizzano ingressi di comando sincroni, ovvero regolati con un ingresso dinamico detto clock. Possono essere utilizzati anche come circuito antirimbalzo, infatti quando utilizziamo un interruttore e lo accendiamo, questo dà una serie di scariche, che all interno di un ciruito logico può generare delle errate letture, mentre il flip flop, di solito SR, evita ciò azzerrando queste scariche.Esistono diversi tipi: D, SR, JK, T. Indice Flip-flop D Simbolo circuitale per flip-flop di tipo D, dove è l ingresso del clock, D è l ingresso del dato e Q è l uscita del dato memorizzato. Ingrandisci Simbolo circuitale per flip-flop di tipo D, dove è l ingresso del clock, D è l ingresso del dato e Q è l uscita del dato memorizzato. Ha un ingresso, due uscite complementari e un ingresso di sincronizzazione . In corrispondenza del comando di clock, trasferisce l ingresso in uscita e ve lo mantiene fino al successivo fronte attivo di clock.Equazione caratteristica: Q D Tabella di verità D Q 0 0 1 1 Flip-flop T Simbolo circuitale per flip-flop di tipo T, dove è l ingresso del clock, T è l ingresso toggle e Q è l uscita del dato memorizzato. Ingrandisci Simbolo circuitale per flip-flop di tipo T, dove è l ingresso del clock, T è l ingresso toggle e Q è l uscita del dato memorizzato. Ha un ingresso, due uscite complementari e un ingresso di sincronizzazione.Equazione caratteristica: Q TnQ TQn T ?Tabella di verità T Q 0 Q 1 Qn Flip-flop SR Ha due ingressi S e R . Reset assume il valore alto nel caso in cui sia alto l ingresso R, mentre assume il valore basso nel caso in cui sia alto l ingresso S. Quando entrambi i valori R e S sono bassi, il flip-flop si trova nello stato neutro e mantiene il valore registrato.Tabella di verità S R Q Qn 0 0 Q Qn 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 ?Flip-flop JK Simbolo circuitale per flip-flop di tipo JK, dove è l ingresso del clock, J e K sono gli ingressi dei dati, Q è l uscita del dato memorizzato, e Q è l inverso di Q. Ingrandisci Simbolo circuitale per flip-flop di tipo JK, dove è l ingresso del clock, J e K sono gli ingressi dei dati, Q è l uscita del dato memorizzato, e Q è l inverso di Q. È caratterizzato da due ingressi, due uscite complementari e un ingresso di sincronizzazione.Equazione caratteristica: Q KQn JQn Tabella di verità J K Q Qn 0 0 Q Qn 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 Qn Q Quindi, quando J e K valgono entrambi 1, le uscite vengono complementate; quando valgono zero, vengono mantenute in memoria. La fabbricazione di dispositivi a semiconduttore è il processo usato per creare chips, i circuiti integrati che sono presenti nella maggior parte dei dispositivi elettrici ed elettronici. È un processo con molte fasi sequenziali fotografiche e di processi chimici, durante le quali i circuiti elettronici sono gradualmente creati su un wafer fatto di un materiale semiconduttore ad alto livello di purezza. Il silicio è il materiale semiconduttore più comunemente usato, anche se in alcune applicazioni specifiche vengono usati l arseniuro di gallio, il germanio ed altri materiali semiconduttori. Il processo dipende dal tipo di circuito integrato che si intende fabbricare, in questo articolo si descrive il processo tipico di circuiti a semiconduttore ad alto livello di integrazone quali CMOS e microprocessori. In tali circuiti complessi la durata dell intero processo di fabbricazione, a partire dal wafer fino al montaggio del dispositivo finale può superare i due mesi di lavoro continuo. Lingotto di Silicio Ingrandisci Lingotto di Silicio Wafer Un tipico wafer è fatto di silicio di elevata purezza che viene cresciuto in forma monocristallina sotto forma di lingotto con un diametro massimo attuale di 40 cm. Il diametro tipico dei lingotti cresciuti è aumentato con legge quasi lineare nel tempo; per avere una idea, all inizio degli anni 90, il diametro massimo dei lingotti era di circa 20 cm. wafer di silicio di 10 cm con finitura a specchio Ingrandisci wafer di silicio di 10 cm con finitura a specchio In seguito i lingotti vengono sezionati in wafer , che attualmente sono di uno spessore di 0.75 mm. Da lingotti di 40 cm si riescono a produrre wafer di 30 cm di diametro che rappresentano il massimo diametro attuale per i wafer di silicio commerciali.I wafer vengono prodotti da alcune ditte specializzate. Il processo vero e proprio di produzione del circuito integrato richiede un numero molto elevato di fasi di processo, che debbono essere espletate in fabbriche specializzate. Nel 1995 una di tali fabbriche costava 750 milioni di dollari, nel 2005 il costo è divenuto di circa 3 miliardi di Euro.Qui proviamo a dare una idea dei vari processi che portano a partire dalla fetta di silicio al dispositivo finale.Processi Nella fabbricazione di dispositivi a semiconduttore, i vari processi ricadono in quattro categorie generali: deposizione, rimozione, litografia e modifica delle proprietà elettriche. Le tecniche possibili sono principalmente la deposizione fisica da vapore , la deposizione chimica da vapore , deposizione elettrochimica , crescita epitassiale molecolare e più recentemenete la deposizione a stati atomici . Sotto il nome di rimozione si includono quei processi che o sottraggono materiale dal volume globale del wafer o in maniera selettiva e consiste principalmente di processi di corrosione o in fase liquida o in fase gassosa come ad esempio corrosione reattiva mediante ioni . Planarizzazione chimico-maccanica è un ulteriore processo di abrasione meccanico chimico come suggerisce il nome stesso e viene in genere usato tra vari livelli di deposizione. Il photoresist viene esposto mediante delle macchine opportune, mask-aligner o stepper, che allineano delle maschere , focalizzano la radiazione ed espongono il photoresist ad una radiazione ultravioletta di lunghezza opportuna. Dopo etching ed altri possibili processi il restante photoresist viene rimosso a secco mediante incenerimento in plasma o più semplicemente dissolvendolo in un opportuno solvente. Infatti nei Transistor l emettitore ed il collettore vanno drogati in maniera opportuna e in maniera simile il gate ed il drain dei MOSFET; tale procedura nei primi anni della microlettronica consisteva nell uso di forni a diffusione, mentre negli ultimi anni l impiantazione ionica è diventata una tecnica più diffusa. Questo processo di drogaggio selettivo viene seguito da un processo di ricottura o nel caso dei dispositivi avanzati viene effettuata una ricottura estremamente rapida per attivare le specie droganti impiantate o per ricostruire localmente la struttura cristallina. Attualmente rientra in questo tipo di processo anche la modifica della costante dielettrica relativa per materiali isolanti mediante esposizione con raggi ultravioletti. I chip moderni hanno varie decine di strati di film e necessitano di molte centinaia di passi di processo. Il processi iniziali riguardano la formazione dei transistor direttamente sul silicio Il wafer grezzo è processato al minimo mediante la crescita di uno strato ultrapuro privo di difetti cristallini mediante crescita epitassiale. Bisogna aggiungere che per alcuni particolari processi di fabbricazione di componenti logici avanzati, per aumentare la qualità dei transistor da fabbricare viene interposto uno strato di silicio-germanio tra il silicio grezzo ed il silicio epitassiale. Esiste un altro metodo detto Silicio sopra l isolante che prevede la interposizione di uno strato isolante in genere biossido di silicio.I processi seguenti sono la crescita del dielettrico del gate, in genere biossido di silicio, sagomatura delle regioni del gate, del source e del drain. Nella fabbricazione di memorie sono necessari dei condensatori che sono fabbricati a questo stesso livello di metallizzazione o impilato sopra il transitor. Una volta che tutti i dispositivi sono fabbricati, è necessario fabbricare i fili metallici, isolati dal resto mediante un dielettrico. Attualmente si stanno studiando materiali alternativi con costante dielettrica relativa minore quali il SiOC , ma vi sono materiali attualmente studiati con costante dielettrica relativa di 2.2. I fili di metallo comunemente sono di alluminio, negli ultimi anni per evitare l elettromigrazione si inizia ad usare il rame a partire dai microprocessori. L alluminio viene depositato su tutto il wafer, sagomato mediante protezione con photoresist e infine la parte non protetta viene rimossa, lasciando i fili isolati. La interconnessione avviene mediante uno strato di tungsteno che depositato con CVD permette una buona ricopertura di bordi, necessaria per garantire la continuità elettrica.Il numero dei livelli di interconnessione tende a crescere con la complessità e la densità superficiale dei dispositivi. Il tempo di ritardo tende sempre più a essere dominato dal ritardo delle linee di trasmissione, la sostituzione dell alluminio con il rame, metallo di elevata conducibilità elettrica serve a ridurre tale tempo di ritardo. Il miglioramento delle prestazioni viene ottenuto mediante un processo innovativo in cui tutto l ossido viene depositato su tutto il campione, patternato per creare barriere e vie di contatto nello stesso processo di fabbricazione.All aumentare dei livelli di interconnessione, è necessaria una tecnica di planarizzazione per assicurare una sueperficie piana prima della successiva litografia. Senza di essa, i livelli diventerebbero intricati e si estenderebbero al di là della profondità di campo litografica, diminuendo la risoluzione.La valvola termoionica è stato il primo componente elettronico attivo realizzato dall uomo. Per attivo si intende un componente che, grazie ad una fonte esterna di energia, è in grado di innalzare la potenza di un segnale posto al suo ingresso. Il suo funzionamento di massima è semplice: la corrente passa fra due elettrodi: l anodo ed il catodo, a seconda della tensione a cui sono posti e a seconda della tensione a cui sono poste alcune parti metalliche frapposte ai due.Per essere precisi, poiché il flusso di corrente è dovuto agli elettroni e non a ioni, taluni definiscono il dispositivo valvola termoelettronica. Sino agli anni 60, tubi termoionici di vari tipi venivano impiegati in quantità in apparecchiature elettroniche quali ricevitori e trasmettitori radio, televisori ed in generale in tutti i tipi di amplificatori di segnali elettrici.Sebbene oggi i transistor, nelle loro varie forme e tipologie, abbiano soppiantato le valvole in quasi ogni applicazione, esse restano gli unici mezzi per amplificare segnali a potenze molto alte, dell ordine del Kilowatt o ancora superiori, e per particolari apparati audio di alta fedeltà. Un tubo a vuoto, il magnetron, è presente in ogni comune forno a microonde.Indice 1 Diodo 2 Triodo 3 Tetrodo 4 Pentodo 5 Altri tipi di valvole Principio di funzionamento Schema di un triodo Ingrandisci Schema di un triodo Il tubo termoionico è costruttivamente simile alla comunissima lampadina, ovvero non è altro che un involucro di vetro nel quale è praticato il vuoto contenente un filamento metallico che viene portato all incandescenza facendogli passare attraverso una corrente elettrica. Il filamento metallico, o meglio un tubicino metallico che lo avvolge, è chiamato catodo, mentre l elemento metallico più esterno è chiamato anodo.Il principio di funzionamento del tubo termoionico è quello dell emissione termoionica, per la quale ogni metallo, soprattutto se ad alte temperature, emette elettroni, che sono cariche elettriche elementari di segno negativo. Ora se il catodo è polarizzato negativamente rispetto all anodo, ovvero se il catodo è collegato al polo negativo di una batteria e l anodo a quello positivo, si stabilirà un flusso di elettroni, ovvero una corrente elettrica, tra il catodo e l anodo . Se la polarizzazione è quella contraria, invece, nessuna corrente elettrica passerà tra catodo ed anodo, perché in tal caso l anodo respingerà gli elettroni. Il risultato è quello di un dispositivo in grado di far passare solo la corrente in un senso, detto rettificatore oppure diodo. Nei primi tipi di valvola, il catodo era a riscaldamento diretto, ossia il catodo era costituito dal filamento stesso. Successivamente il sistema venne abbandonato, visti i problemi legati alla necessità di poter far lavorare i catodi a tensioni diverse . Il compito di scaldare il catodo è oggi affidato universalmente a un filamento in tutto e per tutto simile a quello delle lampadine a bassa tensione, inserito all interno di un tubetto rivestito di elementi che favoriscono l emissione elettronica, che costituisce il catodo. Questa soluzione, detta a riscaldamento indiretto, consente inoltre di alimentare i filamenti di differenti valvole di una apparecchiatura con una fonte comune, solitamente un avvolgimento secondario apposito di un trasformatore.Se tra catodo ed anodo viene posta una griglia metallica, è intuitivo che se questa è polarizzata positivamente rispetto al catodo, ma meno dell anodo, gli elettroni emessi dal catodo vi saranno attratti e quindi passeranno attraverso le maglie della griglia per raggiungere l anodo. Pertanto applicando una tensione variabile tra catodo e griglia, si otterrà un passaggio di corrente tra catodo ed anodo che seguirà, amplificandolo, l andamento del segnale alla griglia.Il triodo e le sue varianti sono stati i primi dispositivi elettronici fondamentali per l amplificazione dei segnali elettrici, agli albori dell elettronica, compiendo quelle funzioni oggi quasi interamente realizzate dai transistori. Cenni storici e curiosità Doppio triodo RCA 12AX7, prodotto nel 1947 Ingrandisci Doppio triodo RCA 12AX7, prodotto nel 1947 L effetto dell emissione termoionica di elettroni da parte di metalli portati all incandescenza, era già stato scoperto in Inghilterra nel 1873 e fu quindi studiato attentamente dall inglese Owen Richardson che per questo ricevette nel 1928 il Premio Nobel. Fu un altro inglese, John Ambrose Fleming che inventò il diodo nel 1904 ed un inventore americano, Lee DeForest ad inventare il triodo nel 1906. Guglielmo Marconi fu tra i primi a riconoscere l importanza dei tubi termoionici ed a farne uso nei suoi apparati rice-trasmittenti. Durante la seconda guerra mondiale furono realizzati tubi termoionici per applicazioni militari, miniaturizzati e contenuti in involucri di metallo, più robusti e che potevano sostenere urti notevoli. Radio rice-trasmettitori e strumentazione elettronica utilizzanti questo tipo di tubi termoionici furono impiegati dagli americani anche nella guerra del Vietnam , si chiamava Nuvistor , l ultima versione del tubo termoionico prima della definitiva obsolescenza. L ENIAC, il primo calcolatore interamente elettronico, funzionava per merito di 17468 tubi termoionici ed utilizzava 160kW di potenza elettrica praticamente solo per tenerli accesi . Il computer che state usando contiene probabilmente una decina di milioni di transistori e consuma più o meno quanto una lampadina da 50 o 100 W. Tipi di valvole termoioniche Diodo L anodo è polarizzato con un potenziale positivo, mentre il catodo con uno negativo. Essendo l anodo polarizzato positivamente si avrà che gli elettroni emessi dal catodo vengono raccolti dall anodo, creando così un flusso di cariche ovvero una corrente elettrica. Se polarizzassimo il catodo positivamente e l anodo negativamente non riusciremmo più ad ottenere un flusso di cariche dal momento che gli elettroni emessi da catodo verrebbero respinti dal campo negativo dell anodo. Nei tubi a potenza più bassa il catodo e il filamento sono elettrodi indipendenti e isolati elettricamente; Il filamento riscalda il catodo e quest ultimo emette gli elettroni coinvolti nella conduzione . Triodo Aggiungendo una griglia tra il catodo e l anodo, come fece per primo Lee de Forest nel 1907, si ottiene il triodo . Tale componente è in grado di controllare il flusso di elettroni tra catodo ed anodo con una opportuna polarizzazione della griglia: polarizzata negativamente rispetto al catodo, questa respinge gli elettroni del flusso tanto più quanto più e polarizzata negativamente, fino alla tensione di cut-off in cui la corrente è zero. Quindi, variando la tensione della griglia si può controllare il flusso di corrente fra anodo e catodo, da zero fino al massimo che la valvola consente . I triodi sono usati principalmente per l amplificazione audio a basso livello . Sebbene questa capacità sia di pochi picofarad, questa viene riflessa in una capacità effettiva uguale alla capacità reale moltiplicata per il guadagno dell amplificatore, per effetto Miller, e viene vista come capacità d ingresso.Tetrodo Per poter disporre di valvole capaci di amplificare anche segnali in alta frequenza, nel 1927 venne costruito il tetrodo. Ponendo una seconda griglia collegata a massa tra la griglia controllo e l anodo, si ottiene uno schermo elettrostatico che diminuisce la capacità tra anodo e griglia controllo. Tuttavia, anziché a massa, la griglia schermo va collegata ad una tensione derivata dall anodica mediante un partitore di resistenze, perché altrimenti agirebbe come una seconda griglia controllo: la si collega a massa tramite un condensatore di bypass. In questo modo il tetrodo permette anche amplificazioni a radiofrequenza, ma introduce nel segnale una certa distorsione per il fenomeno della emissione secondaria, cioè l emissione dall anodo di elettroni estratti dall impatto di quelli, accelerati, provenienti dal catodo. Questo effetto è presente in tutte le valvole, ma solo nel tetrodo, con la griglia schermo molto vicina all anodo, costituisce un problema. Una possibile soluzione è usare armature focalizzanti che concentrino gli elettroni anodici e impediscano loro di colpire la griglia schermo: queste valvole furono chiamate tetrodi a fascio e sono state molto usate negli stadi di uscita degli amplificatori audio fino agli anni 60. Pentodo Il pentodo è, essenzialmente, un tetrodo con una griglia in più, la griglia di soppressione; questa ha lo scopo di ridurre l emissione secondaria e la conseguente distorsione. La terza griglia viene normalmente collegata al catodo, in genere con un collegamento interno alla valvola, che quindi spesso ha lo stesso numero di piedini del tetrodo. Il pentodo è un vero e proprio punto d arrivo nello sviluppo della valvola: alta amplificazione, larga banda, bassa distorsione, buona linearità. Il difetto principale del pentodo è un maggiore livello di rumore introdotto nel segnale in uscita, che lo rende inadatto per i primi stadi di amplificazione o quando è necessaria una amplificazione molto elevata. Altri tipi di valvole Moderna valvola di potenza Ingrandisci Moderna valvola di potenza Oltre al pentodo sono stati sviluppati molti altri tipi di valvola, con un sempre maggior numero di griglie e dedicati alle applicazioni più disparate. Inoltre visto il ricorrere di alcuni schemi di uso delle valvole, i costruttori producono molti modelli di valvole multiple, con due valvole diverse nello stesso corpo di vetro, per risparmiare spazio e complessità. Altra classe di valvole sono le valvole elicoidali, il cui funzionamento, anziché sul controllo del passaggio di elettroni tramite griglie è basato sulla corsa parallela degli elettroni nel fascio con la tensione elettrica in un filo elicoidale avvolto attorno ad esso, e sono usate per amplificare segnali radio nel campo delle microonde. Un tubo radiogeno o Tubo a raggi X è un tipo di tubo a vuoto destinato alla produzione di Raggi X: a differenza dei normali tubi a vuoto la tensione di lavoro è estremamente elevata, da 40.000 a 135.000 Volt, e non amplifica nulla ma genera soltanto radiazione X. Descrizione di un Tubo radiogeno minimale Schema di tubo Ingrandisci Schema di tubo Il tubo radiogeno è una ampolla di vetro sotto vuoto spinto, che contiene un catodo e un anodo ad alta tensione. Il catodo , come nelle normali valvole termoioniche, a sua volta è composto dal filamento riscaldatore e dal catodo vero e proprio collegato al circuito ad alta tensione.Il tubo radiogeno è contenuto a sua volta in una guaina metallica riempita di olio dielettrico:l olio consente sia di dissipare il calore generato dal tubo in funzione, che di garantire l isolamento elettrico tra i contatti esterni di anodo e catodo. Scopo della guaina è sia di protezione meccanica, sia di assorbire alcune delle lunghezze d onda dei raggi X emessi dal tubo che non sono utili agli scopi preposti. I tubi radiogeni emettono una radiazione X di molte lunghezze d onda diverse, cioè policromatica: tali lunghezze d onda dipendono sia dal tipo di metallo del disco anodico sia, soprattutto, dalla tensione di funzionamento: quanto più la tensione è alta, tanto più breve è la lunghezza d onda dei raggi X : mentre operando a tensione più bassa si avranno raggi X molli meno penetranti.Funzionamento Il filamento riscalda il catodo, che inizia ad emettere elettroni per effetto termoionico; la nube elettronica intorno ad esso viene accelerata dall alta tensione, che proietta gli elettroni verso l anodo dove colpiscono il disco metallico: nell impatto l energia cinetica che avevano acquisito si trasforma in calore e in radiazione X .Nei tubi moderni il disco metallico all anodo è rotante: questo accorgimento allunga la vita utile del tubo evitando che gli elettroni, colpendo sempre lo stesso punto, erodano precocemente l elettrodo e ne migliora la nitidezza d immagine.Impieghi Da quasi un secolo i tubi radiogeni sono ampiamente usati in medicina e in odontoiatria per scopi diagnostici, ma sono preziosi anche per effettuare controlli industriali su saldature e ricerca di fratture in pezzi metallici sottoposti a stress e non altrimenti ispezionabili. Altri usi si hanno in archeologia e in storia dell arte, per indagini su corpi mummificati e su dipinti di sospetta autenticità, o che potrebbero nascondere opere antecedenti. Vengono definiti Trimmer i due componenti elettrici maggiormente impiegati in elettronica, resistore e condensatore, quando questi sono relizzati in una forma da permetterne la variazione del loro valore di capacità e resistenza. Sono impiegati nella fase di taratura dei ciruito stesso, vale a dire permette la regolazione fine dei valori elettrici del circuito, per farli coincidere con le specifiche del progetto, vengono anche impiegati quando sia prevista la calibrazione periodica del circuito, come avviene in molti strumenti di misura elettronici. Il trimmer resistivo è concettualmente simile ad un potenziometro, svolge le stesse funzioni elettriche, si differenzia da questo, per essere più piccolo e strutturalmente meno robusto. La sua minore robustezza è giustificata dall uso saltuario cui è destinato, ci sono casi in cui viene azionato una sola volta in fabbrica e poi sigillato. Le tipologie di costruzione sono due, una prevede solo i reofori per permetterne il fissaggio tramite saldatura sul circuito stampato, la seconda prevede una ghiera filettata per il fissaggio su un pannello. L elemento resistivo è uguale a quello dei potenziometri, può essere carbone, filo in lega metallica, film plastico conduttivo, può essere anche multigiri, vi sono versioni ermetiche alla polvere. I valori resistivi sono equivalenti ai resistori fissi, spaziano da pochi Ohm a qualche decina di MegaOhm. Essendo strutturalmente più piccolo di un potenziometro, i valori di corrente trattati, dovranno essere minori, L affidabilità nel tempo rispetto ad un resistore fisso è molto minore, l alternativa per evitarne l uso nel circuito in progetto, comporta la selezione della componentistica attiva e l uso di resistori di precisione, soluzione questa molto costosa. Il trimmer capacitivo viene chiamato anche compensatore, ha piccole dimensioni e valori bassi di capacità, i quali possono spaziare entro qualche decina di picofarad, la regolazione di entrambi i componenti si effettua con un piccolo cacciavite. Il Triac è un componente elettronico a semiconduttore specificamente progettato per controllare carichi in corrente alternata. Si tratta di un dispositivo a tre terminali, di cui due sono detti anodi e sono la via di passaggio per la corrente controllata, mentre il terzo, definito gate, è l ingresso di controllo. Idealmente il Triac equivale a due SCR collegati in antiparallelo con il gate in comune. Ciascun elemento conduce solamente nel semiperiodo dell onda in cui è polarizzato direttamente, da quando viene applicato un impulso di corrente al gate fino al passaggio per lo zero della corrente. Ciò non è uno svantaggio, anzi permette di gestire elevate potenze con piccoli segnali di comando e con limitata dissipazione di calore. Dal punto di vista implementativo, il Triac è impiegato essenzialmente in due modi: È sufficiente mantenere sul gate una corrente di attivazione per tutto il periodo che si vuole mantenere acceso il carico. Per proteggere il componente dalle sovratensioni prodotte dall apertura del circuito quando sono presenti carichi induttivi si collega tra gli anodi un circuito RC di smorzamento.L applicazione tipica del Triac si ha nei varialuce per i lampadari domestici, per la regolazione della velocità in elettrodomestici e piccoli motori elettrici. La limitazione della corrente viene effettuata modulando il tempo di conduzione del componente, inviando il segnale di innesco con un adeguato ritardo rispetto all inizio di ogni semionda, variabile da zero alla durata del semiperiodo. Dal punto di vista circuitale si può utilizzare un circuito RC in cui la resistenza è variabile, in associazione ad un DIAC. Per ottenere una regolazione più precisa e flessibile si utilizzano circuiti integrati dedicati oppure un microprocessore che rileva il passaggio per lo zero e produce un impulso con un ritardo esattamente calcolato. Il segnale è quindi applicato al Triac direttamente oppure attraverso sistemi di isolamento galvanico, quali il fotoaccoppiatore o un trasformatore di isolamento. Il Travelling Wave Tube , abbreviato in TWT, è un dispositivo elettronico usato per generare onde radio o microonde di elevata potenza. Schema di TWT Ingrandisci Schema di TWT Più propriamente si tratta di un amplificatore, per cui il nome completo dovrebbe essere Travelling Wave Tube Amplifier, TWTA.La banda passante può essere ampia, ma esistono anche dispositivi accordati .Il dispositivo è costituito da un lungo tubo a vuoto con un cannone elettronico ad una estremità . Un solenoide avvolto intorno al tubo focalizza gli elettroni in un raggio, che è inviato lungo l asse del dispositivo, all interno di un filo avvolto a spirale nel lume interno del tubo , fino a colpire un collettore all altra estremità . Un sistema di accoppiamento direzionale introduce il segnare radio di bassa potenza da amplificare in prossimità del catodo. La spirale interna, in cui si induce una corrente, agisce ritardando la propagazione del segnale radio, che viaggia così alla stessa velocità del raggio di elettroni. Il campo elettromagnetico prodotto dalla corrente indotta nella spirale interagisce con gli elettroni causandone una oscillazione avanti ed indietro , e questa oscillazione a sua volta induce altra corrente nella spirale. Un secondo accoppiatore posto vicino al collettore riceve il segnale amplificato.TWTA a cavità accoppiata Nei TWTA la potenza di picco è limitata dalla corrente sopportabile dal filo interno a spirale. Lo spessore del filo può essere incrementato per sopportare maggiore corrente, rendendo però più difficoltosa la formazione della spirale con il passo adatto per le frequenze di lavoro.Nei TWTA a cavità accoppiata questo limite è superato sostituendo la spirale con una serie di cavità disposte intorno all asse del raggio elettronico.Impieghi Prima dell evoluzione dei dispositivi a semiconduttore di potenza, la tecnologia dei tubi ad onda progressiva TWTA, é stata utilizzata nei ponti radio analogici, per poter ottenere potenze elevate a microonde. L utilizzo più comune del TWTA è nei ripetitori radio a bordo di satelliti. Alcuni modelli sono impiegati anche nei radar, con l aggiunta di una griglia di controllo di fronte al cannone elettronico per ottenere un funzionamento ad impulsi. Il trasduttore di posizione angolare è un dispositivo elettromeccanico che converte la posizione angolare del suo asse rotante, in segnali elettrici. Nella forma più semplice si possono distinguere due parti: il rotore, che costituisce la parte rotante, e dove normalmente termina con un alberino da collegare all asse di cui si vuole la lettura. I segnali elettrici d uscita trasmettono le informazioni relative alla posizione o allo spostamento del rotore rispetto al corpo. Indice 1 Encoder capacitivi induttivi 2 Encoder potenziometrici 3 Encoder ottici Encoder assoluti e relativi Gli encoder si possono dividere in due grandi categorie: Negli encoder assoluti i segnali elettrici d uscita codificano l esatta posizione del rotore rispetto al corpo; così, in qualsiasi momento, un adeguato circuito di decodifica può leggere e visualizzare la posizione angolare dell asse in esame.Negli encoder relativi i segnali elettrici d uscita sono proporzionali allo spostamento del rotore rispetto al corpo; da essi, semplici circuiti possono leggere e visualizzare la velocità e l accelerazione dell asse in esame. La posizione assoluta del rotore può essere ricavata mantenendo un costante conteggio dei segnali elettrici d uscita, previa un operazione iniziale di ricerca riferimento. La ricerca riferimento è un operazione per cui il circuito di controllo muove l asse, un modo da leggere un segnale di riferimento che individua la posizione da considerarsi come lo zero dell asse. Su questo punto vengono azzerati i contatori, e, da quel momento, la posizione del rotore sarà nota per il costante aggiornamento dello spostamento rispetto a questo zero . Applicazioni L encoder, montato all interno di appropriate strutture meccaniche, e collegato ad adeguate apparecchiature elettroniche, è in grado di misurare: spostamenti angolari, quando, collegato il rotore su un asse, è usato per rilevare direttamente la posizione angolare di quest ultimo; Questi trasduttori, per la loro vastissima gamma di modelli, sono validamente applicati in tutto il mondo su: controlli di processo industriale, robot industriali, macchine utensili, strumenti di misura, plotters, divisori, laminatoi, macchine per lamiera, bilance e bilici, antenne e telescopi, macchine per la lavorazione del vetro, marmo, cemento, legno, impianti ecologici, macchine tessili, conciarie, gru, carri ponte, presse, macchine da stampa, imballaggio, ecc. Struttura Gli encoder possono essere realizzati basandosi su diversi principi di trasduzione: Encoder capacitivi induttivi Questi encoder si basano sulla capacità di prossimity di leggere i denti di un ingranaggio, o delle forature presenti su un disco metallico.Encoder potenziometrici Questi encoder si basano sulla caratteristica di un potenziometro di emettere un segnale elettrico proporzionale alla posizione che assume il suo rotore.Encoder ottici Questi encoder si basano su un principio simile a quelli induttivi, ma differiscono per tipologia di sensori. In modo non dissimile dagli encoder capacitivi, la matrice è realizzata con un alternanza di aree tali da codificare un settore di rotore pari alla sua risoluzione angolare. Il tiristore o SCR è dal punto di vista elettrico pressoché equivalente al diodo con la sola differenza che la conduzione diretta avviene solamente in seguito all applicazione di un opportuno segnale di innesco su un terzo terminale denominato gate. Perché il segnale di innesco sia valido deve superare un valore di corrente minimo che dipende dal tiristore e dalla tensione anodo-catodo presente in interdizione. La conduzione permane anche alla cessazione del segnale e fino a che la corrente diretta non scende sotto un valore minimo di mantenimento, anche in seguito all inversione della polarità della tensione. La conduzione si può instaurare anche se la tensione inversa supera un valore pari all incirca al limite di rottura in polarizzazione inversa. Inoltre, nella tecnologia CMOS e in particolare nella struttura integrata di un inverter realizzato in tecnologia n-well o p-well, è presente un tiristore parassita che genera il cosiddetto fenomeno del latch-up. Tale fenomeno ha l effetto di creare un cammino a bassa impedenza fra l alimentazione e la massa, con conseguente distruzione delle piste di alimentazione vicino alla zona di innesco.Costruttivamente il tiristore è costituito da un quadruplo strato di semiconduttori p-n-p-n, con l anodo collegato allo stato p esterno, il catodo allo strato n opposto ed il gate al p intermedio.Schema equivalente del tiristore L impiego tipico si ha nei raddrizzatori di tensione controllabili, in grado di fornire tensioni continue regolabili da una tensione alternata fissa.Il circuito di innesco degli SCR fa si che questo si trova in ritardo rispetto alla tensione anodo-catodo;questo provoca un frazionamento della tensione raddrizzata. Qualora si debbano gestire potenze molto elevate si impiega una combinazione di due tiristori in antiparallelo piuttosto che un singolo triac, ottenendo una più efficace dissipazione del calore e migliori caratteristiche elettriche. La disponibilità di tiristori è ampia, spaziando dai più piccoli in grado di gestire pochi ampere ai modelli che trovano impiego nella regolazione della velocità di motori elettrici nella trazione ferroviaria ed altre applicazioni industriali. Il thyratron o tiratron è un tubo riempito di gas utilizzato come interruttore per elevate potenze elettriche.La configurazione prevalentemente usata è quella a triodo, anche se sono state costruiti thyratron derivati dal tetrodo e dal pentodo. Il gas utilizzato nel tubo può essere vapore di mercurio, xeno, neon e in applicazioni dove si abbia alta tensione o sia necessario un basso tempo di commutazione, anche idrogeno.Il thyratron si è evoluto negli anni 20 a partire dai tubi a vuoto come il UV-200, contenente una piccola quantità di argon per incrementare la sensibilità come rivelatore radio, ed il tubo-relè tedesco LRS, anch esso contenente gas argon. Anche i dispositivi raddrizzatori a gas precedenti i tubi a vuoti, come i tubi ad argon e il raddrizzatore al mercurio hanno influito sull ideazione del thyratron.In un tipico thyratron a catodo caldo è presente un filamento riscaldato con funzione di catodo completamente circondato da una schermatura aperta da un lato attraverso una griglia di controllo, affacciata ad una placca anodica. Applicando un potenziale positivo all anodo, se la griglia di controllo è allo stesso potenziale del catodo non si ha passaggio di corrente elettrica. Se la griglia è portata ad un potenziale leggermente positivo, il gas compreso tra anodo e catodo si ionizza e conduce corrente. Una volta che il flusso di corrente è innescato si mantiene fino a quando è presente una sufficiente differenza di potenziale tra anodo e catodo.La funzione dello schermo è di impedire che gli ioni possano passare per altre vie se non attraverso la griglia. Esistono verasioni di thyratron a catodo freddo, ma il catodo caldo offre il vantaggio di una più facile ionizzazione e quindi una maggiore sensibilità dell elettrodo di controllo. In passato venivano fabbricati piccoli thyratron per il controllo di relè elettromeccanici e per applicazioni industriali come la regolazione di motori e saldatrici ad arco. Grandi thyratron, in grado di gestire correnti di centinaia di miglia di ampere e centinaia di miglia di volt sono ancora costruiti. I campi di applicazione attuali riguardano i sistemi radar a impulsi, i laser ad alta energia, dispositivi per radioterapia, bobine di Tesla e simili. I thyratron sono anche impiegati in impianti trasmittenti televisivi in UHF, per proteggere i tubi finali da cortocircuiti interni, cortocircuitando l alimentazione ad alta tensione per il tempo necessario all intervento dell interruttore automatico e allo scaricamento delle componenti induttive.Il thyratron è stato sostituito in molte applicazioni a bassa e media potenza dal suo equivalente a stato solido, il tiristore o Silicon Controlled Rectifier e dai triac. Dove si debbano commutare tensioni oltre i 20KV con tempi di intervento molto brevi si rientra nel campo di lavoro del thyristore.I sensori di prossimità sono dei sensori in grado di rivelare la presenza di oggetti nelle immediate vicinanze del lato sensibile del sensore stesso, senza che vi sia un effettivo contatto fisico. La distanza entro cui questi sensori rilevano oggetti è definita portata nominale .L assenza di meccanismi d attuazione meccanica, e di un contatto fisico tra sensore e oggetto, fa sì che questi sensori presentino un affidabilità elevata. Indice 1 Prossimity induttivi 2 Prossimity capacitivi 3 Prossimity magnetici 4 Prossimity ad ultrasuoni 5 Prossimity ottici Segnale d uscita Normalmente, i prossimity rilevano solamente la presenza o l assenza di un oggetto all interno della loro portata nominale.Il circuito che genera il segnale d uscita può essere realizzato secondo diversi standard: L uscita è normalmente progettata per trattare segnali a bassa tensione e basse correnti , non adatte per comandare direttamente attuatori , ma adatte ad alimentare ingressi di schede di controllo, PLC o CNC. I sensori PNP o NPN dispongono spesso di circuiti di protezione, per ridurre la possibilità di danneggiamento in presenza di cortocircuiti o errori di cablaggio. Alcuni sensori più evoluti sono in grado anche di rilevare la distanza dall oggetto.Principio di funzionamento I prossimity possono essere realizzati basandosi su diversi tipi di tecnologie: Prossimity induttivi I prossimity induttivi si basano sul principio della variazione di riluttanza che presenta un elettromagnete, quando nelle vicinanze si presenta un oggetto realizzato in materiale ferromagnetico: la comparsa di materiale ferromagnetico all interno del campo magnetico, fa sì che il campo stesso si chiuda meglio, con conseguente abbassamento della riluttanza.Questi prossimity pertanto, possono rilevare solo la presenza d oggetti realizzati in materiale ferromagnetico; inoltre la portata nominale è genericamente piuttosto bassa . Questi sensori possono commutare il loro stato a frequenze molto elevate, dell ordine di migliaia di volte al secondo, rendendoli adatti a rilevare oggetti in rapido movimento. Prossimity capacitivi I prossimity capacitivi si basano sul principio della rilevazione della capacità elettrica di un condensatore: il loro lato sensibile ne costituisce un armatura, l eventuale presenza nelle immediate vicinanze di un oggetto conduttore, realizza l altra armatura .Rispetto ai prossimity induttivi, sono limitati nella velocità di commutazione , ma presentano altri vantaggi: Prossimity magnetici I prossimity magnetici funzionano rilevando il campo magnetico generato da un magnete permanente montato appositamente sull oggetto da rilevare.I modelli realizzati con contatti reed hanno una velocità di commutazione bassa , ma i modelli realizzati con sensori ad effetto Hall possono commutare a velocità elevate . Una particolarità di questi sensori è che le portate nominali dipendono dalla potenza del campo generato dal magnete, più che dalle caratteristiche del sensore, e pertanto, usando un grosso magnete, possono essere elevate .Per ovvi motivi questi sensori non possono essere utilizzati in prossimità di grosse fonti elettromagnetiche . Prossimity ad ultrasuoni I prossimity ad ultrasuoni funzionano sul principio del SONAR: emettono impulsi sonori ultrasonici, e rilevano un eventuale eco di ritorno generata dalla presenza di un oggetto all interno della portata nominale. Vista la complessità, questi sensori sono costosi, ma dispongono spesso di funzioni evolute: La velocità di commutazione di questi prossimity e bassa, ma in compenso presentano dei significativi vantaggi: Una certa attenzione va però posta nella dimensione e nell orientamento della superficie dell oggetto che si rivolge al sensore, infatti una superficie troppo piccola o orientata malamente può non assicurare la generazione di un eco rilevabile. Prossimity ottici I prossimity ottici si basano sulla rilevazione della riflessione di un fascio luminoso da parte dell oggetto rilevato. Normalmente viene usato un fascio di raggi infrarossi, in quanto questa radiazione difficilmente si confonde con i disturbi generati da fonti luminose ambientali. Oggi questi sensori sono relativamente economici e dispongono spesso di funzioni evolute come: Nella modalità d uso più semplice, il fascio viene riflesso dalla superficie stessa dell oggetto rilevato, per lo stesso fenomeno per cui la luce visibile può essere riflessa e percepita dai nostri occhi. Il problema è che la quantità di radiazione riflessa dipende dalla composizione e dall orientamento della superficie; pertanto il campo sensibile di questi prossimity dipende sostanzialmente dalla natura della superficie dell oggetto da rilevare: tipicamente da 10 a 100 cm.Va comunque posta attenzione al posizionamento di fonti di luce artificiale: la proiezione di una forte luce su questi sensori, ne può provocare l accecamento. Applicazioni Questi trasduttori, per la loro vastissima gamma di modelli e caratteristiche, sono validamente applicati in tutto il mondo su controlli di processo industriale, robot industriali, macchine utensili, strumenti di misura, linee di montaggio, ecc. Uno schermo a cristalli liquidi, o LCD , è uno schermo sottile e leggero senza nessuna parte mobile. I cristalli liquidi torcono di 90 la polarizzazione della luce che arriva da uno dei polarizzatori, permettendole di passare attraverso l altro. Prima che il campo elettrico sia applicato la luce può passare attraverso l intera struttura, e, a parte una piccola parte di luce assorbita dai polarizzatori, l apparecchio risulta trasparente. Quando il campo elettrico viene attivato le molecole del liquido si allineano parallelamente al campo elettrico, limitando la rotazione della luce entrante. Se i cristalli sono completamente allineati col campo, la luce che vi passa attraverso è polarizzata perpendicolarmente al secondo polarizzatore, e quindi è bloccata del tutto.La grandezza dello schermo si misura in diagonale utilizzando il pollice come unità di misura. Indice Schermi Transmissive, Reflective e Transflexive Monitor LCD per computer Monitor LCD per computer Gli schermi LCD posso essere usati in due modalità denominate transmissive e reflective. In pratica una luce viene posizionata sul retro dello schermo e i cristalli liquidi agiscono da filtro facendo passare solo la componente cromatica desiderata. In questo modo si ottengono schermi molto luminosi, d altro canto, però la fonte di luce spesso consuma più energia di quella richiesta dallo schermo in sé. Questi schermi hanno una buona leggibilità in condizioni di scarsa luce ambientale, mentre diventano poco visibili in condizioni di forte illuminazione, risultando adatti per l uso in interni. Gli schermi LCD di tipo reflective usano la luce presente nell ambiente che viene riflessa da uno specchio posto dietro lo schermo. Questo schermo ha un contrasto più basso rispetto al LCD transmissive, infatti la luce è costretta a passare due volte attraverso il filtro. Il vantaggio principale di questo tipo di schermo è che l assenza di una fonte di luce artificiale mantiene i consumi energetici molto bassi. Questi schermi hanno una buona leggibilità in condizioni di forte illuminazione ambientale, mentre risultano sempre meno leggibili al diminuire dell illuminazione esterna. Gli schermi Transflexive cercano di unire le caratteristiche migliori dei Transmissive e dei Reflective. Hanno un semi-specchio posto dietro il display, in grado di riflettere la luce frontale , ma di far passare la luce proveniente da un illuminatore posto nella parte posteriore . Questo tipo di display si va diffondendo rapidamente, soprattutto negli apparecchi mobili , per la sua buona leggibilità in tutte le condizioni di luce. Schermi a colori Inngrandimento di uno schermo LCD Ingrandisci Inngrandimento di uno schermo LCD I cristalli liquidi presenti negli schermi LCD ruotano tutte le forme d onda allo stesso modo, ma alcuni accorgimenti permettono di differenziare i comportamento delle singole celle e produrre schermi a colori. In uno schermo LCD a colori ogni cella viene divisa in tre sezioni, una con un filtro rosso, una con un filtro verde e una con un filtro blu.Schermi attivi e passivi Gli schermi LCD con un numero modesto di segmenti, come quelli usati nelle calcolatrici o negli orologi digitali, sono provvisti di un contatto elettrico per ogni segmento.Gli schermi di medie dimensioni, come quelli delle agende elettroniche, hanno una struttura a matrice passiva. Questo tipo di struttura ha un gruppo di contatti per ogni riga e colonna dello schermo, invece che una per ogni pixel. Lo svantaggio è che può essere controllato solo un pixel alla volta, gli altri pixel devono ricordare il loro stato finché il circuito di controllo non si dedica nuovamente a loro.Per gli schermi ad alta risoluzione, come i monitor per computer, si usa un sistema a matrice attiva.La durata media degli schermi LCD si attesta al giorno d oggi intorno alle 50.000 ore.Il resistore è un componente elettrico di enorme importanza per le sue innumerevoli applicazioni sia in apparecchiature elettriche che elettroniche.Nella Teoria dei circuiti il resistore è un componente ideale che risponde, se lineare, alla legge di Ohm, i resistori non lineari sono essenziali per fare modelli circuitali, per esempio, degli oscillatori elettronici.I resistori reali, spesso anche chiamati impropriamente resistenze, sono caratterizzati dal valore della loro resistenza elettrica, espressa in Ohm, nonché dalla massima potenza che possono dissipare, senza distruggersi, espressa in Watt. Per molte applicazioni civili ed industriali, al posto del loro valore resistivo, ovvero della resistenza, si indica la tensione tipica di funzionamento, espressa in Volt. I resistori lineari ideali non hanno in generale limiti in potenza e sono caratterizzati da una relazione costitutiva lineare per qualsiasi valore di tensione e corrente. Sia in campo civile che industriale, l impiego prevalente dei resistori è quello di produrre calore da elettricità. Resistori di potenze anche molto superiori sono utilizzati nei forni industriali e nei circuiti di controllo dei veicoli elettrici per dissipare l energia in eccesso . Questi resistori, cosiddetti di potenza, sono tipicamente realizzati con un avvolgimento di filo di leghe metalliche a base di ferro, cromo, tungsteno. Per evitare, parzialmente, che questo tipo di resistori a filo si comporti da induttore, provocando interferenze elettromagnetiche, l avvolgimento vien fatto sia in un senso che in quello opposto. I resistori trovano poi largo impiego nei circuiti elettronici, per i quali sono prodotti in una varietà di forme e assortimenti di valori resistivi e di potenza . Diversi tipi di resistori Indice 1 Resistori fissi 2 Resistori variabili 2.1 Termo resistori 2.2 Foto-resistori 3 Codifica 4 Tabella per i resistori a strato con 3 o 4 anelli colorati 5 Tabella per i resistori a strato con 5 o 6 anelli colorati Resistori per applicazioni in circuiti elettronici Resistori fissi I resistori a valore resistivo fisso per applicazioni nei circuiti elettronici si presentano nella versione più comune come piccoli cilindri con due terminali metallici chiamati reofori, adatti per essere inseriti in circuiti stampati e saldati a stagno. I valori di resistenza e tolleranza sono codificati mediante bande colorate mentre nei resistori con potenze superiori ai 2 watt il valore è indicato per esteso. L elemento resistivo è realizzato depositando sulla superficie del cilindro uno strato di lega metallica, ossidi metallici o carbone, successivamente inciso a laser con andamento elicoidale per ottenere il valore voluto. Questo tipo di lavorazione conferisce al resistore una componente induttiva, ininfluente in applicazioni a bassa frequenza ma di disturbo alle frequenze elevate. Per applicazioni in alta frequenza sono preferiti i resistori antinduttivi, realizzati comprimendo una miscela di polveri composite e resine, a formare un cilindro con dimensioni simili ai resistori a strato. Oltre che come resistori individuali, sono prodotti anche a gruppi come reti resistive , costruite con la tecnica chiamata a film spesso , ricavandole con un processo di metalizzazione su una sottile piastrina di ceramica, la stessa tecnica usata per costruire resistori di altissimo valore Ohmico , i quali essendo ricavati su una superficie piana con l elemento resistivo configurato a greca, risultano antinduttivi. Esistono altri tipi di resistori fissi, ovvero costruiti in modo differente in base alla potenza che devono dissipare: - Resistori standard a carbone , i più usati in elettronica - Resistori di nichel-cromo - Resistori Corazzati - Resistori per riscaldamento Resistori variabili I resistori variabili, ovvero la cui resistenza è variabile, si dividono in due categorie: quelli che possono essere regolati con un intervento manuale o meccanico e quelli che variano le proprie resistenza con il variare di un altro parametro, quali la temperatura , o la quantità di luce che li colpisce . Un tipo di resistore variabile di uso comune nelle apparecchiature elettroniche è il potenziometro, con il quale per mezzo di un conduttore mobile strisciante sull elemento resistivo , è possibile variare il valore della resistenza entro un certo intervallo il cui limite superiore è indicato dal valore stesso che ha il potenziomentro.Anche i potenziometri sono realizzati in diversi modelli: a strato, a filo, doppi, con o senza interruttore, a variazione restiva lineare o logaritmica.Termo resistori I termo resistori o termistori sono resistori che presentano elevati valori del coefficiente di temperatura, fra di essi si distinguono i PTC e gli NTC. I resistori PTC hanno un coefficiente di temperatura positivo ossia aumentano la loro resistenza con l aumento della temperatura mentre quelli detti NTC presentano un coefficiente di temperatura negativo ossia riducono la loro resistenza con l aumentare della temperatura. Questi termo-resistori sono impiegati o per la misura diretta della temperatura o come elementi di controllo nei circuiti elettrici ed elettronici . Foto-resistori I foto-resistori sono resistori sensibili alla luce, ovvero la cui resistenza cambia con l intensita della luce che li colpisce. In condizioni di buio presentano valori resistivi intorno ai 10 MOhm, in condizioni di luce la resistenza può scendere anche a valori inferiori ai 100 Ohm. La curva Resistenza-Illuminazione è abbastanza lineare, ma la variazione della resistenza in casi di bruschi cambiamenti dell illuminazione è piuttosto lenta. Questo comportamneto, definito dai costruttori con il parametro recovery rate o tempo di recupero è un notevole svantaggio, pertanto questi componenti sono impiegati solo in apparecchi dove il controllo della luminosità non è critico come macchine fotografiche, interruttori crepuscolari, giocattoli etc. Codifica I codici a colori per i resistori fissi sono definiti dalla EIA . Il relè è un dispositivo che utilizza le variazioni della corrente per influenzare le condizioni di un altro circuito. Il relè elettromagnetico è il più diffuso ed è costituito da un elettromagnete, che eccitato con l elettricità, facendo passare un flusso di corrente in una bobina di filo, attrae una struttura di ferro, aprendo e chiudendo un contatto.Un relè può azionare un circuito sia se è a riposo, non attraversato da corrente , sia se è attivo, attraversato da corrente . Il nome relè deriva dal francese relais che indicava ognuna delle stazioni di posta dove i messi postali, durante il loro itinerario, potevano cambiare i cavalli in modo da svolgere più celermente il loro servizio. Per analogia, ai primordi della telegrafia si usò il termine relè nell indicare i dispositivi grazie ai quali si trasferiva un messaggio in codice Morse da una stazione di partenza a una stazione di arrivo, come se un virtuale messo postale si servisse di tali dispositivi per arrivare finalmente alla meta. Tipologie di funzionamento Esiste in commercio un grande varietà di relè, le cui caratteristiche elettriche essenziali si possono ricondurre a: Capacità di commutazione dei contatti: corrente nominale massima, potere di interruzione; i relè in grado di commutare potenze elevate sono anche detti teleruttori. Relè Ingrandisci Relè Per quanto riguarda la logica di funzionamento una classificazione può essere la seguente: Monostabili Una sola posizione di contatti è stabile, mentre l altra si ha solamente quando è presente il segnale di eccitazione in ingresso: ad esempio sono relè monostabili quelli che controllano i potenti motori di grosse macchine operatrici, come i carri ponte, i quali sono comandati da circuiti a bassa tensione per motivi di sicurezza. Alcuni modelli impiegano un tempo prefissato per ritornare allo stato di riposo dopo la cessazione del segnale di comando e si definiscono relè temporizzati.Un metodo, in uso da tempo per ritardare la chiusura, consiste nel realizzare la lamina mobile, accoppiando due metalli con caratteristiche di dilatazione differenti, una resistenza elettrica avvolta intorno alla lamina, costituisce l elemento che fornisce calore per la lenta dilatazione asimmetrica della lamina del contatto mobile fino allo scatto in chiusura, il comando è costituito dall applicazione di una tensione alla resistenza. Un tipo in ampolla in vetro sottovuoto, era impiegato dal costruttore Tektronix negli oscilloscopi a tubi, per ritardare l applicazione della tensione anodica, fintanto che i catodi riscaldati dai filamenti non fossero alla temperatura di lavoro. Bistabili Questa categoria ha due posizioni stabili, che possono essere raggiunte con l applicazione di un segnale su un corrispondente ingresso.Caratteristiche di questi modelli sono l assenza di consumo energetico per mantenere la posizione e persistenza dello stato anche dopo lo spegnimento dell apparecchiatura che li impiega. Un esempio di relé bistabile sono i relé che controllano le luci di casa quando si hanno più di 2 punti di controllo: si inseriscono quindi dei pulsanti, i quali agendo sul relé accendono la luce; per spegnere questa, sarà necessario premere nuovamente il pulsante. Passo-passo Una serie ciclica di configurazioni dei contatti viene percorsa, avanzando di un passo ad ogni impulso applicato all ingresso.A disco Il relè a disco è ampiamente utilizzato in italia per garantire la sicurezza nella logica di funzionamento degli impianti ferroviari. Il principio di funzionamento, simile a quello dei contatori di potenza tradizionali, garantisce che un opportuno disco disposto all interno del relè si muova solo se la coppia motrice, proporzionale al prodotto di due correnti sinusoidali e dello sfasamento tra di esse, superi un valore minimo preimpostato. Speciali Specialmente nel passato, prima dell avvento della microelettronica erano impiegati relè dal funzionamento particolare, come quelli per la teleselezione decadica telefonica e i relè ripetitori per il segnale del telegrafo. Dry-reed Bulbo di un relè reed Ingrandisci Bulbo di un relè reed Il dry-reed è un particolare tipo di relè monostabile in cui i contatti sono contenuti in una ampolla in vetro sigillata ermeticamente, al cui interno è stato immesso gas inerte. Le due lamine metalliche che costituiscono il contatto sono realizzate in materiale ferromagnetico, in modo tale che investite da un campo magnetico esterno si magnetizzino temporaneamente ed attraggano tra loro. Esiste anche una versione con contatto normalmente chiuso, realizzato con una lamina in materiale non ferromagnetico che è in contatto con una lamina in posizione di riposo.Vantaggio di questo dispositivo è la bassa usura nel tempo, dovuta alla totale protezione dei contatti da polvere ed umidità, nonché il ridotto rischio di innesco di archi voltaici. La chiusura del contatto può avvenire tramite un solenoide che circonda il bulbo, oppure con un elettromagnete, ma anche con un campo prodotto da un magnete avvicinato al dispositivo.A mercurio Una tipologia simile ai dry-reed, la cui lamina mobile, sfruttando il fenomeno di capillarità, è costantemente bagnata di mercurio, metallo liquido, amagnetico e conduttivo, hanno il vantaggio di avere una bassa usura dei contatti, ma possono lavorare in una sola posizione. Degrado e usura Escludendo gli statici, è uno dei dispositivi elettromeccanici più soggetto a guasto e usura nel tempo. Nonostante il rispetto delle specifiche del costruttore, una percentuale significativa di questi dispositivi si guasta prima del termine garantito dal costruttore. La prima implica la commutazione di alte correnti, nonostante l uso dell argento come componente del contatto, e l adozione di accorgimenti per farlo lavorare nella configurazione autopulente, cioè prevedendo volutamente che in fase di chiusura e apertura, i contatti striscino leggermente fra di loro, facilmente avviene l incollaggio degli stessi, cioè la fusione del metallo in una piccola zona del contatto con conseguente impossibilità ad aprirsi. La seconda tipologia di guasto è presente nei casi di commutazione di correnti molto piccole. In questo caso la corrente che scorre nel contatto è talmente piccola da permettere, nel tempo, la formazione di ossido sulla superfce dei contatti. A Stato Solido Chiamati anche statici o circuiti a PWM , disponibili per lavorare con tensioni alternate, hanno la caratteristica di non avere contatti meccanici. Sono costituiti da due circuiti elettronici separati galvanicamente tra loro tramite un fotoaccoppiatore, la parte operante in serie al carico, è costituita da un Triac, attivato e disattivato tramite un segnale a livello logico che pilota il fotoaccoppiatore. Esiste una tipologia definita zero crossing , la quale effettua la chiusura e l apertura del circuito, in prossimità del passaggio sullo zero della sinusoide, minimizzando il picco di corrente generato sulla linea. Il loro costo è elevato, virtualmente immuni da usura, sono impiegati in circuiti sottoposti ad alta frequenza di azionamento e dove necessita alta affidabilità nel tempo. A circuito integrato La funzione relè può essere svolta anche da dispositivi a circuito integrato, in applicazioni in cui la corrente e la tensione siano di piccolo valore e sia richiesta alta affidabilità, questo tipo di dispositivo viene largamente impiegato; sono chiamati commutatori analogici , i produttori sono gli stessi dei circuiti integrati. Un loro limite è costituito dal valore resistivo del contatto , se in apertura essendo dell ordine dei gigaOhm equivale ad un contatto aperto, in chiusura non scende al di sotto di qualche decina di Ohm, valore comunque sufficicientemente basso per la maggior parte delle applicazioni, il comando di attivazione è costituito da un segnale a livello logico.I registri a scorrimento sono componenti utilizzati nell elettronica digitale, sono particolari registri costituiti da una catena di celle di memoria ad un bit interconnesse tra loro , ad ogni impulso di clock essi consentono lo scorrimento dei bit da una cella a quella immediatamente adiacente, lo scorrimento può avvenire verso destra, verso sinistra o in alcuni tipi detti bidirezionali sia verso destra che verso sinistra in base allo stato di una linea di controllo, a seconda se questa linea è a un livello di 0 logico oppure di 1 logico i dati vanno in una direzione oppure nell altra. L uso dei registri a scorrimento rende più agevoli le operazioni di lettura e scrittura dei dati in un sistema. Indice 1 Registri SISO 2 Registri SIPO 3 Registri PISO 4 Registri PIPO Tipi di registri a scorrimento Registri SISO Nei registri SISO è presente un solo terminale di ingresso quindi i bit vengono caricati uno alla volta : alla prima transizione attiva del segnale di clock il dato presente sull ingresso viene trasferito all uscita della prima cella, al successivo inpulso il dato passa alla seconda cella e così via fino all uscita dell ultima cella di memoria dove i dati vengono letti anche in questo caso uno alla volta, quindi sempre in forma seriale. Registri SIPO Nei registri SIPO i dati vengono caricati sempre in forma seriale però sono prelevati contemporaneamente, in qualsiasi istante sulle uscite delle varie celle di memoria, quindi l uscita è di tipo parallelo. Registri PISO I registri PISO consentono il caricamento dei dati in forma parallela. Gli N bit della parola da memorizzare vengono applicati agli N terminali di ingresso dati del registro, in questo tipo di registri è presente un ingresso di controllo che dà l abilitazione al caricamento dei dati, se il terminale di abilitazione è attivo alla prima transizione del segnale di clock i flip-flop memorizzano i dati impostati, naturalmente lo stato dei terminali di ingresso deve rimanere stabile finché l ingresso di controllo è attivo per evitare la scrittura di dati errati, terminata l operazione l ingresso di controllo viene disabilitato. A questo punto i dati vengono prelevati in forma seriale sull uscita dell ultima cella di memoria durante gli N cicli di clock che seguono il comando di memorizzazione. Registri PIPO Nei registri PIPO gli N bit, dopo essere stati caricati in forma parallela sono prelevati sulle N uscite in formato parallelo durante il ciclo di clock successivo. Applicazioni Le applicazioni in cui i registri a scorrimento sono indispensabili sono molteplici. Per esempio quando è necessario trasferire i dati da un elaboratore ad una periferica spesso è necessario operare una conversione di formato da parallelo a seriale e viceversa, infatti in un sistema digitale i bit vengono solitamente trasferiti in forma parallela ma se i due sistemi sono distanti a volte non è conveniente utilizzare tante linee di trasmissione quanti sono i bit da inviare ma si preferisce trasferire i bit serialmente uno alla volta. In questi casi i registri possono realizzare una conversione da parallelo a seriale dei dati e viceversa ovviamnete sincronizzando opportunamente i segnali di controllo in modo da non avere errori di scrittura e di lettura nei registri. Inoltre possono essere utilizzati per variare la velocità di trasferimento dei dati seriali su una linea nel caso in cui un dispositivo lento debba trasferire dei dati ad un dispositivo più veloce, i bit che arrivano dal dispositivo lento vengono memorizzati nel registro per poi essere inviati con una frequenza superiore a quello più veloce. Un altra applicazione può essere quella di utilizzare un registro a scorrimento come linea di ritardo per far pervenire ad un elemento di un sistema un segnale con un certo ritardo rispetto al momento in cui viene generato, la durata del ritardo può essere variata cambiando la frequenza del clock oppure prelevando il segnale su una diversa uscita del registro. I dispositivi Reed sono quei componenti elettronici o elettromeccanici che lavorano usando la tecnologia dei contatti Reed, realizzata per la prima volta dalla Bell. Indice 1 Struttura 2 Caratteristiche 3 Contatti deviatori 1 Contatti puri 2 Trasduttori Reed Contatto Reed Il contatto Reed è un interruttore a lamina che si chiude in presenza di un campo magnetico. Struttura Nella forma più semplice è costituito da due lamine, realizzate con materiale ferromagnetico , parzialmente sovrapposte e separate tra loro di qualche decimo di millimetro.Le lamine vengono sigillate all interno di un piccolo contenitore di vetro riempito di gas inerte .In presenza di un campo magnetico le lamine diventano sede di flusso magnetico e sulle estremità si formeranno poli di segno opposto che tenderanno ad attrarsi. Se il campo magnetico è sufficientemente forte , la forza d attrazione vince la resistenza a flessione, e queste attraendosi chiuderanno il contatto. Caratteristiche I contatti Reed presentano significativi vantaggi: i contatti sono protetti in un ambiente stagno con atmosfera inerte; questo permette, quando usati all interno delle specifiche d utilizzo, di avere un affidabilità molto elevata ; la forza d attrazione, una volta che le lamine si sono toccate, è molto alta, e questo riduce la generazione rimbalzi; ciò aiuta la buona conservazione dei contatti e riduce la produzione di falsi segnali. Altre caratteristiche significative: Lo svantaggio principale di questi contatti è nell impossibilità di realizzare lamine di grande dimensione, in grado di far passare forti amperaggi . Contatti deviatori È possibile realizzare dei deviatori Reed in luogo di semplici interruttori. In questo caso, una lamina flessibile di materiale ferromagnetico può muoversi tra due terminali, provvisti di contatti dorati.A riposo, vi è connessione tra il terminale del contatto centrale e il terminale NC. In presenza di un campo magnetico, la forza d attrazione tra i terminali ferromagnetici vince la resistenza della molla, realizzando la connessione tra il terminale del contatto centrale e il terminale NA. Sensori Reed I contatti Reed hanno trovato utilizzo nella realizzazione di vari tipi di sensori.Contatti puri Alla prima tipologia fanno riferimento ad esempio i contatti magnetici per antifurti: un magnete permanente viene fissato sul bordo di una porta o di una finestra, sullo stipite viene montato il contatto Reed.Basandosi sullo stesso principio, il contatto Reed può essere usato come sensore di prossimità. Trasduttori Reed I contatti Reed possono costituire l elemento di trasduzione di un sensore pensato per misurare delle grandezze fisiche. Ad esempio può essere usato per la creazione di encoder a bassa risoluzione, utili per la lettura di angoli o velocità rotazionali.Da qualche tempo però, per questo tipo di applicazione, i contatti Reed vengono sostituiti con i sensori ad effetto Hall, che presentano: Relè Reed Il relè Reed è un relè che ha sostituito i classici contatti elettromeccanici con dei contatti Reed: il contatto viene avvolto dalla bobina d eccitazione, quando essa genera il campo magnetico, quest ultimo chiude direttamente il contatto, senza l intermediazione di leverismi. Per realizzare relè a più contatti, è sufficiente inserire diversi contatti Reed all interno della bobina d eccitazione. Questi relè ereditano i vantaggi già descritti per i contatti Reed. Va comunque sottolineato che l assenza di leverismi permette: Per questi motivi i relè Reed hanno sostituito i relè tradizionali in tutte le applicazioni che non richiedano commutazioni con corrente superiore a mezzo ampere. La valvola raddrizzatrice al mercurio o raddrizzatore al mercurio è un tipo di raddrizzatore elettrico costituito da un tubo di vetro contenente mercurio. Indice Struttura e funzionamento Schema di raddrizzatore al mercurio con involucro in vetro Ingrandisci Schema di raddrizzatore al mercurio con involucro in vetro La valvola è costituita da un tubo in vetro in cui è stato praticato il vuoto e sul cui fondo si trova una quantità di mercurio liquido che costituisce il catodo. La parte superiore del tubo è sagomata in modo da favorire la condensazione del vapore di mercurio che si produce durante il funzionamento. Uno o più elettrodi di innesco sono collocati appena sopra il mercurio liquido con la funzione di evaporate un po di mercurio per mezzo di una arco elettrico ed innescare così il dispositivo. Il tubo ha uno o più bracci laterali in cui sono presenti degli elettrodi di grafite che costituiscono l anodo. Il numero di bracci dipende dall applicazione: per raddrizzare una corrente alternata monofase sono sufficienti due bracci, per una trifase si usano tre o sei bracci. Utilizzando sei bracci vengono generate tre correnti sfasate di 60 per mezzo di grossi induttori, allo scopo di ottenere una corrente continua più uniforme. Per funzionare la valvola deve essere attivata per mezzo dell elettrodo di innesco. Se la corrente raddrizzata è insufficiente per mantenere la produzione di vapore, può essere aggiunto un elettrodo supplementare di eccitazione, con lo scopo di mantenere attivo l arco. Il vapore condensa sulle pareti di vetro e ritorna in fase liquida alla base.Il vapore di mercurio è il mezzo attraverso il quale si innesca la scarica tra catodo e anodo. L emissione di elettroni è ampia dal catodo di mercurio e molto limita dagli anodi, e questo determina il passaggio di corrente in una sola direzione. I bracci laterali sono studiati in modo da impedire che si inneschi una scarica tra gli anodi, una condizione critica detta backfire . Gli atomi di mercurio eccitati emettono una caratteristica fluorescenza che può essere vista come un area luminosa pulsante alla frequenza della corrente alternata sopra la pozza di mercurio.I raddrizzatori in vetro possono operare su potenze di centinaia di chilowatt per singolo tubo. Un raddrizzatore a sei bracci da 150 ampere nominali è alto circa 600 mm ed ha un diametro esterno di 300 mm e può contenere diversi chilogrammi di mercurio. La grande dimensione è necessaria per compensare la limitata conducibilità termica del vetro, che deve dissipare calore per provocare la condensazione del vapore. La temperatura dell involucro deve essere controllata attentamente, poiché la pressione del vapore di mercurio dipende dalla temperatura del punto più freddo del tubo.La massima corrente raddrizzabile è limitata dalla sezione dei cavi conduttori inglobati nel vetro per collegare anodi e catodo. Nella realizzazione di grandi raddrizzatori occorre usare per questi cavi un materiale con coefficiente di dilatazione termica simile al vetro per evitare perdite ed entrata di aria nel tubo. Nei dispositivi maggiori viene impiegato un contenitore metallico con isolanti in ceramica per gli elettrodi. Le valvole con contenitore metallico possono essere collegate a pompe a vuoto per contrastare le minime infiltrazioni di aria attraverso le giunture. Sia le valvole in vetro che quelle in metallo possono avere griglie di controllo poste tra anodo e catodo, al fine di controllare la conduzione. Il momento in cui avviene l innesco può essere ritardato a piacere durante il periodo della sinusoide permettendo la regolazione della tensione o della potenza in uscita.Storia Il raddrizzatore al mercurio fu inventato da Peter Cooper Hewitt nel 1902 e successivamente perfezionato negli anni 20 e 30 da ricercatori europei e nordamericani. A partire dagli anni 70 lo sviluppo dei dispositivi a stato solido hanno reso il raddrizzatore al mercurio obsoleto anche nelle applicazioni ad alta tensione. L ultimo campo di applicazione è stato nel raddrizzamento della corrente destinata agli elettrodotti ad alta tensione in corrente continua, fino al 1975, sostituito poi dal tiristore. Uso L impiego della valvola raddrizzatrice al mercurio si aveva nell industria per alimentare motori elettrici, nell alimentazione delle linee per la trazione ferroviaria elettrica, nelle locomotive elettro-diesel, nelle stazioni di conversione per la trasmissione di energia elettrica.I raddrizzatori al mercurio hanno rappresentato i dispositivi raddrizzatori più efficienti fino all introduzione dei dispositivi a stato solido.Poiché il raddrizzatore lascia passare la corrente in una sola direzione, due tubi dovevano essere connessi con polarità opposta per ottenere il raddrizzamento a doppia semionda.In elettrotecnica ed elettronica un raddrizzatore o rettificatore è un dispositivo usato per trasformare la corrente alternata in corrente continua. I tre diagrammi mostrano: la tensione perfettamente continua prodotta da una batteria, la corrente raddrizzata ad una semionda e quella raddrizzata a doppia semionda Ingrandisci I tre diagrammi mostrano: la tensione perfettamente continua prodotta da una batteria, la corrente raddrizzata ad una semionda e quella raddrizzata a doppia semionda Indice Raddrizzatore ad una semionda Il metodo più semplice per raddrizzare una corrente è l impiego di un diodo a semiconduttore o a vuoto, un raddrizzatore al mercurio o altri dispositivi simili. In questo caso viene lasciata passare una sola semionda di tensione, mentre quando è presente la semionda opposta il diodo entra in interdizione e non si ha passaggio di corrente. Questa soluzione genera una corrente molto difficile da livellare fino ad ottenere una corrente costante ed è causa di notevole rumore elettrico. Circuito con raddrizzatore a una semionda Raddrizzatore a doppia semionda Utilizzando un trasformatore con il secondario dotato di una presa a metà avvolgimento è possibile ottenere due tensioni sfasate di 180 , che possono essere singolarmente raddrizzate per mezzo di due diodi. La tensione totale del secondario deve essere doppia rispetto a quella necessaria per il raddrizzamento ad una semionda oppure a ponte di diodi. Circuito con raddrizzatore a doppia semionda con trasformatore a presa centrale Raddrizzatore a ponte di diodi Schema di ponte raddrizzatore Ingrandisci Schema di ponte raddrizzatore Adottando quattro diodi disposti in configurazione a ponte di Graetz, è possibile ottenere un segnale che è la somma di una semionda più la semionda negativa capovolta . Questa soluzione, molto usata negli alimentatori, rende molto più semplice il successivo filtraggio e livellamento della tensione fino ad ottenere una corrente continua, non richiedendo peraltro un trasformatore con doppio avvolgimento. Principale svantaggio di questo metodo è di avere una caduta di tensione pari a quella di due diodi in serie, quindi anche oltre 2 volt.Circuito con raddrizzatore a ponte di Graetz Schema di raddrizzatore per sistema trifase Ingrandisci Schema di raddrizzatore per sistema trifase Una configurazione simile costituita da sei diodi permette di raddrizzare una tensione trifase impiegando tutte e tre le fasi . Rendimento energetico Ciascun diodo, quando è attraversato da corrente, presenta una caduta di potenziale ai suoi capi relativamente costante. Poiché in un ponte raddrizzatore, durante ogni semionda, conducono due diodi, la potenza totale è pari al doppio di quella dissipata da un singolo diodo. Esempio: supponendo una caduta di 1 V, con una corrente efficace di 10 A, ciascun diodo dissipa 10 W. Poiché due diodi conducono in ogni istante, la potenza totale continua dissipata è di 20 W, che vanno sottratti alla potenza in entrata per ottenere il valore di potenza erogata in uscita. Si intuisce inoltre che i dispositivi raddrizzatori devono essere generalmente raffreddati per mezzo di alette metalliche ed eventualmente ventilatori, a meno che le correnti non siano limitata a pochi ampere.Ingegnerizzazione Un ponte raddrizzatore può essere realizzato collegando opportunamente diodi semplici, ma esiste un commercio una grande varietà di dispositivi integrati pronti all uso.Il raddrizzatore può ricevere la corrente alternata da un trasformatore riduttore o direttamente dalla rete elettrica. Il segnale pulsante in uscita da un raddrizzatore può essere considerato come la sovrapposizione di una componente alternata e una componente continua che ne trasla il valore medio. Per questo, per livellare la corrente continua prodotta, si pone all uscita del raddrizzatore un circuito RC passa basso, che ha lo scopo di sopprimere la componente alternata.Per avere un idea di massima della tensione livellata si usa la formula: dove Veff è la tensione efficace in entrata al raddrizzatore. Per esempio, da una tensione alternata efficace di 12 V si ottiene un valore di picco di 17 V, che è destinato a scendere con l applicazione di un carico e a cui vanno sottratte le cadute di tensione date dai diodi in conduzione, circa 1,5-2 V in totale. Sia nel caso di raddrizzatori ad una semionda che a due semionde, i parametri da considerare per la scelta del dispositivo sono: Raddrizzatore di precisione Qualora il segnale da raddrizzare abbia una tensione molto bassa, la tensione di caduta del diodo non è trascurabile.Per ovviare a questo inconveniente, negli strumenti di misura e altri dispositivi dove sia richiesta una rettificazione precisa del segnale, si usano diodi inseriti nel circuito di retroazione di un amplificatore operazionale . In questo circuito l amplificatore lavora come inseguitore, portando il valore di Vo allo stesso valore di Vi.V i frac V d G dove Vd è la caduta di tensione sul diodo e G è il guadagno dell amplificatore operazionale. Poiché solitamente G è nell ordine delle centinaia di migliaia o milioni, la tensione di soglia è ridotta di un equivalente fattore rispetto alla tensione di caduta. Tecnologie di raddrizzatori Raddrizzatore al ossido di rame e selenio.Ingrandisci Raddrizzatore al ossido di rame e selenio.L evoluzione della tecnica ha determinato l impiego di diversi tipi di raddrizzatori. Diodo a vuoto: è una valvola termoionica in cui il catodo emette elettroni che vengono assorbiti dall anodo determinando il flusso di corrente. Raddrizzatore al mercurio e ignitron: si tratta di particolari valvole a catodo freddo in cui si sfrutta l arco elettrico prodotto in un vapore di mercurio, che consente il passaggio di corrente in una direzione. L impiego di questo dispositivo si aveva nel raddrizzamento della tensione destinata al trasporto ferroviario, dove il diodo a vuoto non era in grado di operare. All ossido di rame e selenio: gli ossidi metallici accoppiati a metalli hanno la caratteristica di comportarsi come diodi. A cristallo: se su particolari cristalli, in particolare la galena, viene premuta una punta metallica si realizza un diodo come conseguenza dell effetto punta. A semiconduttore: è la tecnologia attualmente dominante, inizialmente basata sul germanio, ora sul silicio, impiegato per realizzare diodi e tiristori. Estratto da http: it.wikipedia.org wiki Raddrizzatore Categorie: Elettrotecnica Componenti elettronici Il potenziometro è un dispositivo elettrico equivalente ad un partitore di tensione resistivo variabile . In origine i potenziometri erano utilizzati per misurare con precisione la tensione elettrica per confronto con una sorgente di riferimento.Struttura e funzionamento Il potenziometro è costituito da un cilindro isolante su cui è fittamente avvolto un filo metallico con resistività opportuna, le due estremità sono connesse a due morsetti. Longitudinalmente al cilindro e da un estremità all altra, scorre un cursore recante un contatto strisciante sul filo, a sua volta collegato ad un morsetto. Il dispositivo è equivalente ad una coppia di resistenze il cui valore totale è costante, ma lo spostamento del cursore cambia il rapporto tra i singoli valori. Applicando una differenza di potenziale alle estremità del potenziometro, per la legge di Ohm si ottiene lo scorrimento di una corrente elettrica pari a: I frac V R t dove V è la tensione applicata e Rt è la resistenza totale del potenziometro. La resistenza del tratto di filo compreso tra il cursore e l estremità connessa alla massa del circuito è in relazione alla resistenza totale del potenziometro secondo la relazione: R a R t cdot frac L a L t dove Ra è la resistenza del tratto, Rt la resistenza totale, La la lunghezza del tratto e Lt la lunghezza totale del potenziometro. La tensione presente al cursore rispetto a massa è data per la legge di Ohm da: V a I cdot R a Sostituendo la seconda nella terza si ha: V a I cdot R t cdot frac L a L t poiché I cdot R t V t: V a V t cdot frac L a L t ovvero il rapporto tra tensione intermedia e tensione totale è proporzionale alla posizione del cursore. Misura di potenziale L ipotesi precedente è valida solamente se si considera nulla la corrente uscente attraverso il cursore. Per effettuare una misura di tensione si deve prima di tutto calibrare il potenziometro usando una sorgente nota con precisione, per esempio una pila campione. Per effettuare la misura si sostituisce la sorgente incognita alla sorgente campione e si regola di nuovo il potenziometro per annullare la corrente. Le tensioni campione Vc e ignota Vx sono rispettivamente: V c V t cdot frac L c L t e V x V t cdot frac L x L t combinando le due si ottiene la formula generale del potenziometro: V x V c cdot frac L x L c Altri usi Potenziometro rotativo di uso comune Ingrandisci Potenziometro rotativo di uso comune Il potenziometro è ampiamente usato in elettronica come partitore di tensione regolabile, in base al funzionamento descritto nella sezione precedente. Per queste applicazioni si utilizzano potenziometri in cui è molto più pressante il fattore economico e di ingombro rispetto alla precisione. I potenziometri di uso comune sono in genere di tipo rotativo invece che lineare, ovvero il cursore è mosso su un percorso circolare dalla rotazione di un albero, solitamente su un arco di 270 . Il materiale resistivo può essere un filo metallico oppure una striscia di grafite o di plastica conduttiva, oppure un film di materiale conduttore depositato su un substrato ceramico. L uso come partitore è tipico dove si debba fornire valore in tensione ad un circuito, oppure dove si debba attenuare l ampiezza di un segnale. Un uso per esempio si ha come rilevatore di posizione.Un utilizzo classico è nella regolazione di volume negli amplificatori audio. Nel caso della regolazione del volume si preferisce usare potenziometri in cui la variazione del rapporto rispetto alla posizione non è lineare ma logaritmica, per compensare la sensibilità logaritmica tipica dell orecchio. Il termine lineare riferito ad un potenziometro può essere equivoco tra i significati di risposta lineare posizione resistenza e scorrimento lineare del cursore. Esistono anche modelli logaritmici inversi, definiti tipo C, usato in genere in abbinamento ad un tipo A nella regolazione del bilanciamento stereo. Esistono potenziometri rotativi di tipo multigiro, in cui l albero deve compiere più di un giro, solitamente 5, 10 o 20, per andare da un estremo all altro della corsa. Esistono nella forma di doppio potenziometro, ovverosia due potenziometri rotativi aventi indentico valore, assemblati in modo coassiale con l albero di comando in comune. Una meccanica più complessa è adottata quando necessiti una coppia di potenziometri coassiali regolabili indipendentemente, la soluzione consiste nell utilizzo di un albero forato per comandare il potenziometro anteriore, un alberino di diametro minore rotante coassialmente all interno dell albero maggiore permette di agire sul potenziometro posteriore, l azionamento indipendente è effettuato tramite una coppia di manopole coassiali, solitamente di diametro diverso. Il Phase Locked Loop è un circuito elettronico progettato per generare un onda di una specifica frequenza, sincronizzata con un onda di valore diverso, fornita in ingresso. Un PLL utilizza generalmente tre moduli: Il funzionamento è il seguente: il segnale in ingresso, cioè quello che condizionerà il funzionamento del VCO, viene inserito nel comparatore di fase, che ne identifica il fronte di salita dell onda; il VCO viene posto in oscillazione libera ad un valore prossimo a quello che sarà il suo valore di lavoro. Un divisore programmabile ricava un segnale sottomultiplo di quello generato dal VCO e lo applica ad un secondo ingresso del comparatore. L uscita del comparatore sarà una tensione continua che controllerà il VCO, mantenendone la frequenza rigorosamente agganciata in fase con il segnale entrante. Nei sistemi che necessitano di una precisione particolarmente elevata, il comparatore è sostituito da un ADC, che converte alternativamente il segnale in ingresso e quello generato dal VCO, caricandone i valori numerici in registri di memoria; la comparazione avviene quindi per via digitale ed il risultato viene passato ad un DAC, che controlla il funzionamento del VCO. PIC è una famiglia di circuiti integrati a semiconduttore con funzioni di microcontrollore.Originariamente sviluppato nel 1975 è in grado di svolgere un set di istruzioni ridotto . PIC1655A della General Instrument Ingrandisci PIC1655A della General Instrument Indice 1 RAM 2 Di programma 3 Stack 4 EEPROM 1 I O paralleli 2 I O seriali 3 PWM 4 Timer Versioni Vari PIC finestrati Ingrandisci Vari PIC finestrati Nell arco del tempo di PIC ne sono state fatte una miriade di versioni sia come tecnologia costruttiva, come forma fisica e come quantità e tipo delle memorie e delle funzioni di ingresso uscita. Ne sono state fatte versioni con programma su ROM mascherata quindi non riprogrammabili, versioni CMOS non riprogrammabili OTP, versioni EPROM con finestra per cancellazione tramite raggi UV e versioni con memoria flash. Le versioni CMOS hanno all interno del nome del componente una C , le versioni ROM hanno CR e le versioni flash hanno una F . Istruzioni Il set di istruzioni del PIC ne comprende 33 nelle versioni di bassa potenza e fino a 77 in quelli più performanti. Tranne le istruzioni che comportano un salto all interno della memoria che impiegano 8 cicli, nelle versioni recenti vi sono altre istruzioni che impiegano 8 cicli come quelle di trasferimento dati tra memoria e memoria . Architettura interna L architettura è di tipo Harvard a Bus separati, i Bus dati e controlli sono a 8 BIT le istruzioni hanno un formato a 12, 14 o 16 BIT. Nelle ultime versioni è stata inplementata un architettura a 16 BIT.Memorie A causa dell architettura RISC, dove nell istruzione oltre al significato è compreso anche l indirizzo di memorizzazione o di salto, la memoria viene segmentata. Per cambiare segmento in uso occorre agire su appositi registri, fatto questo che complica la programmazione dei PIC tramite linguaggio assembly piuttosto che tramite linguaggi di alto livello. RAM La RAM ha una larghezza di 8 Bit e una profondità che varia da pochi byte fino a qualche kibibyte. Di programma La larghezza della parola di programma varia da 12 BIT a 14 BIT a 16 BIT . La sua profondità varia da 512 byte a 128 kibibyte . Stack Lo stack è un particolare tipo di memoria, separata da quella principale, caratterizzata da un particolare metodo di accesso , con un suo Bus la cui profondità parte dalle 2 posizioni passa per 8 posizioni e giunge alle 31 nei PIC della serie 18.EEPROM Nelle versioni con memoria flash può essere presente una memoria interna di tipo EEPROM accessibile come fosse una periferica per potervi memorizzare in maniera indelebile dei dati.Periferiche La presenza di periferiche a bordo del chip è quella che fa la differenza tra un microprocessore ed un microcontrollore. Nei PIC si parte da dei semplici I O digitali per arrivare a delle funzioni complesse passando attraverso una notevole varietà di funzioni. I O paralleli La funzione di ingresso e uscita di dati digitali è stata la prima funzione implementata.In alcune versioni è possibile avere degli ingressi con conversione analogico digitale da 10 o 12 BIT.I O seriali Possono essere presenti grande varietà di porte seriali.PWM Si arriva fino a 5 canali PWM a 10 BIT. Timer Su tutte le versioni e implementato almeno un temporizzatore da 8 BIT. Su tutte è in oltre implementato un temporizzatore speciale chiamato WDT , serve a far ripartire il microcontrollore in caso di blocco del programma. Particolarità La RAM è trattata totalmente come fosse un registro ed ogni suo membro è chiamato file register o più semplicemente file. Non esiste un accumulatore vero e proprio ma un registro chiamato W e i risultati di tutte le operazioni logico aritmetiche possono essere messi indifferentemente nel file operando o in W. Wavelet, analisi wavelet, e trasformata wavelet si riferiscono alla rappresentazione di un segnale mediante l uso di una forma d onda oscillante di lunghezza finita o a decadimento rapido .Indice 1 Filtro di scalamento 2 Funzione di scalamento 3 Funzione wavelet 1 Cronologia 1 Wavelet discrete 2 Wavelet continue Introduzione La parola wavelet, ondina, ha origine nei primi anni ottanta ed è dovuta a Morlet e Grossman che infatti usavano la parola francese ondelette - piccola onda . La differenza di principio fra le due è il fatto che la trasformata continua opera su tutte le possibili scale e traslazioni, mentre la trasformata discreta usa un sottoinsieme discreto di tutti i valori possibili. Utilità delle wavelet La teoria delle wavelet è applicabile a molti altri campi. Tutte le trasformate wavelet possono essere considerate come forme di rappresentazioni in tempo-frequenza e sono quindi in relazione con l analisi armonica. Le wavelet che costituiscono una CWT sono soggette al principio di indeterminazione di Heisenberg e allo stesso modo le basi delle trasformate wavelet discrete si possono considerare soggette ad altre forme di principio di indeterminazione. Wavelet madre In termini semplici , la wavelet madre psi deve soddisfare: Nella maggior parte delle situazioni è utile richiedere che ?Questo significa che la wavelet madre deve essere non nulla e avere una media nulla.Meyer Ingrandisci Meyer Morlet Ingrandisci Morlet Mexican hat Ingrandisci Mexican hat La wavelet madre è scalata di un fattore a e traslata di un fattore b per dare : Queste funzioni sono spesso indicate erroneamente come le funzioni base della trasformata.Confronto con Fourier La trasformata wavelet è spesso paragonata alla trasformata di Fourier, dove i segnali sono rappresentati come somma di sinusoidi. La differenza principale è che le wavelet sono localizzate sia nel tempo che nella frequenza mentre la trasformata di Fourier standard è localizzata solo in frequenza. La trasformata di Fourier a tempo breve è localizzata in tempo e in frequenza, ma ci sono dei problemi di risoluzione e le wavelet spesso offrono una migliore rappresentazione del segnale grazie all uso dell analisi multirisoluzione. La trasformata wavelet inoltre è anche meno complessa computazionalmente, richiedendo un tempo O al contrario del tempo O richiesto dalla trasformata di Fourier veloce . Definizione di wavelet Esistono vari modi per definire una wavelet . Filtro di scalamento La wavelet è completamente definita dal filtro di scalamento g - un filtro FIR passa-basso di lunghezza 2N e somma 1.Il filtro passa-alto è definito come il filtro QMF del filtro passa-basso, e il filtro di ricostruzione come il filtro a tempo invertito di quello di decomposizione. Esempio: wavelet Daubechies e Symlet Funzione di scalamento Le wavelet sono definite dalla funzione wavelet ?La funzione wavelet è in effetti un filtro passa-banda e il suo scalamento ad ogni livello dimezza la sua banda.Per una wavelet a supporto compatto, f può essere considerata di lunghezza finita ed è equivalente al filtro di scalamento g. Esempio: wavelet Meyer Funzione wavelet La wavelet ha solo una rappresentazione nel dominio del tempo come funzione wavelet, ?. e.g.Applicazioni Generalmente, la DWT è usata nella codifica dei segnali mentre la CWT è usata nell analisi dei segnali. Di conseguenza, la DWT è usata comunemente in ingegneria e informatica e la CWT è usata più spesso nella ricerca scientifica. Molte aree della fisica hanno visto questo cambiamento di paradigma, incluse dinamica molecolare, calcolo ab initio, astrofisica, geofisica sismica, ottica, turbolenza e meccanica quantistica. Altre aree che stanno vedendo questo cambiamento sono elaborazione delle immagini, pressione del sangue, battito del cuore e analisi dell ECG, analisi del DNA, analisi delle proteine, climatologia, elaborazione dei segnali in generale, riconoscimento vocale, computer graphics, e analisi multifrattale. Una delle applicazioni delle wavelet è la compressione di dati. Come molte altre trasformate, la trasformata wavelet può essere usata per trasformare dati grezzi per poi codificare i dati trasformati, ottenendo un effettiva compressione.Storia Lo sviluppo delle wavelet può essere collegato a diverse correnti di pensiero separate, che hanno origine dal lavoro di Haar all inizio del ventesimo secolo. Contributi importanti alla teoria delle wavelet si possono attribuire alla formulazione, da parte di Goupillaud, Grossman e Morlet di quella che ora è nota come CWT , ai lavori preliminari di Str mberg sulle wavelet discrete , alle wavelet ortogonali a supporto compatto di Daubechies , alla struttura a multirisoluzione di Mallat , all intepretazione in tempo-frequenza della CWT da parte di Delprat , alla trasformata wavelet armonica di Newland e molti altri ancora. Cronologia Trasformate wavelet Esistono un gran numero di trasformate wavelet, ognuna adatta a una differente applicazione.Elenco di wavelet Wavelet discrete Wavelet continue Voci correlate Bibliografia Mladen Victor Wickerhauser, Adapted Wavelet Analysis From Theory to Software, A K Peters Ltd, 1994, ISBN 1568810415 Collegamenti esterni La trasformata di Fourier veloce è un algoritmo ottimizzato per calcolare la trasformata di Fourier discreta e la sua inversa. La FFT è di grande importanza per una grande varietà di applicazioni, dall elaborazione di segnali digitali alla soluzione di equazioni differenziali alle derivate parziali agli algoritmi per moltiplicare numeri interi di grandi dimensioni. Sia x0, ..., xN-1 una n-pla di numeri complessi., N-1 Calcolare direttamente questa somma richiede una quantità di operazioni aritmetiche O. In generale questi algoritmi si basano sulla fattorizzazione di N, ma esistono algoritmi FFT per qualunque N, anche per numeri primi. Poiché l antitrasformata discreta di Fourier è uguale alla DFT, ma con esponente di segno opposto e 1 N a fattore, qualsiasi algoritmo FFT può essere facilmente invertita. Indice Algoritmo di Cooley-Tukey L algoritmo FFT più diffuso è l algoritmo di Cooley-Tukey. Questo algoritmo si basa sul principio di dividi e conquista, e spezza ricorsivamente una DFT di qualsiasi dimensione N con N numero composto tale che N N1N2 in DFT più piccole di dimensioni N1 e N2, insieme a O moltiplicazioni per l unità immaginaria, detti fattori twiddle. Questo metodo fu resa popolare da una pubblicazione di J. Tukey nel 1965, ma in seguito si scoprì che i due autori avevano indipendentemente reinventato un algoritmo noto a Carl Friedrich Gauss nel 1805 . L uso più conosciuto dell algoritmo di Cooley-Tuckey è di dividere e trasformare in due pezzi di n 2 ad ogni passo, ed è quindi ottimizzato solo per dimensioni che siano potenze di due, ma in generale può essere utilizzata qualsiasi fattorizzazione . Questi casi sono chiamati rispettivamente casi radice di 2 e radice mista , basato sul teorema cinese del resto, che fattorizza la DFT in un modo simile al Cooley-Tukey. L algoritmo FFT di Rader-Brenner è un sistema di fattorizzazione simile al Cooley-Tukey ma con fattori twiddle immaginari puri, riducendo il numero delle moltiplicazioni al costo di un aumento delle addizioni e della stabilità numerica. Gli algoritmi che suddividono ricorsivamente la DFT in operazioni più piccole diverse dalla DFT includono l algoritmo di Bruun e il QFT. In particolare l algoritmo per la FFT di Bruun è basato sull interpretare la FFT come la fattorizzazione ricorsiva del polinomio zn-1 in polinomi a coefficienti reali nella forma zm-1 e z2m azm 1. Un altro punto di vista polinomiale è sfruttato dall algoritmo FFT di Winograd, che fattorizza zn-1 in polinomi ciclotomici, che spesso hanno coefficienti 1, 0 o -1, e quindi richiedono poche moltiplicazione, quindi può essere utilizzato per ottenere FFT con un numero minimo di moltiplicazioni ed è spesso usato per trovare algoritmi efficienti per piccoli fattori. In effetti Winograd dimostrò che la DFT può essere calcolata con solo O moltiplicazioni; sfortunatamente questo si ottiene con un numero considerevolmente superiore di addizioni, uno scambio non più favorevole sui moderni processori dotati di chip dedicati per le moltiplicazioni in virgola mobile. In particolare, l algoritmo di Winograd fa anche uso dell algoritmo PFA e di quello di Rader per le FFT con dimensioni che siano numeri primi. Un altro algoritmo FFT per numeri primi è dovuto a L. Bluestein ed è a volte chiamata algoritmo chirp-z: riesprime la DFT come una convoluzione, la cui dimensione può essere portata ad una potenza di due e valutata dalla FFT di Cooley-Tukey. Algoritmi FFT specializzati per dati reali e o simmetrici In molte applicazioni i dati di input per la DFT sono reali puri, nel qual caso il risultato soddisfa la simmetria e sono stati conseguentemente sviluppati algoritmi FFT per questa situazione . Un approccio consiste nel riutilizzare un algoritmo ordinario e rimuovere le parti di calcolo ridondanti, risparmiando approssimativamente un fattore due di occupazione di memoria e di tempo impiegato. In alternativa, è possibile esprimere la trasformata di Fourier discreta di una n-pla con un numero pari di elementi tutti reali come la trasformata discreta complessa della metà della dimensione originaria le cui parti reali ed immaginarie sono gli elementi pari e dispari degli elementi originari, seguiti da O operazioni di post-processo. Si pensava una volta che le n-ple reali di cui calcolare la DFT potessero essere calcolati in modo più efficiente con la trasformata discreta di Hately , ma si scoprì in seguito che in genere possono essere individuati algoritmi FFT specializzati che richiedono meno operazioni del corrispondente algoritmo DHT.Accuratezza e approssimazioni Tutti gli algoritmi FFT presentati finora calcolano esattamente la FFT . Tuttavia sono stati anche proposti algoritmi FFT che calcolano la DFT approssimativamente, con un errore che può essere reso arbitrariamente piccolo al costo di un maggiore sforzo computazionale.Anche gli algoritmi FFT esatti hanno degli errori quando viene utilizzata l aritmetica a virgola mobile a precisione finita, ma questi errori sono in genere molto piccoli; la maggior parte degli algoritmi FFT hanno eccellenti proprietà numeriche. Questi risultati, comunque, sono molto sensibili verso l accuratezza dei dei fattori twiddle usati nella FFT , e non è raro che implementazioni poco accurate della FFT abbiano precisione molto peggiori, ad esempio se utilizzano tabelle dei valori trigonometrici poco accurate.In aritmetica a virgola fissa, la precisione degli errori accumulati dagli algoritmi di FFT sono peggiori, e crescenti come O per l algoritmo di Cooley-Tukey . Inoltre, raggiungere questa precisione richiede un accurata attenzione e nello riscalare i fattori per minimizzare la perdita di precisione, e gli algoritmi di FFT in virgola fissa richiedono il riscalamento ad ogni stadio intermedio delle decomposizioni come nel Cooley-Tukey. Per verificare la correttezza di un implementazione di un algoritmo FFT, garanzie rigorose possono essere ottenute in tempo O con una semplice procedura che controlla le proprietà di linearità, della risposta impulsiva e della tempo-invarianza per dati in input casuali . Il teorema del campionamento di Nyquist-Shannon è uno dei più importanti teoremi che governa la teoria dei segnali.Dato un segnale, con larghezza di banda finita e nota, la frequenza minima di campionamento di tale segnale deve essere almeno il doppio della massima frequenza dello stesso. Se pensiamo alla larghezza di banda del segnale, per esempio 10kHz come alla frequenza massima del segnale stesso; risulta intuitivo pensare che per campionare adeguatamente tale componente sia necessario disporre di almeno 2 campioni per ogni forma d onda. Dato che le forme d onda sono al massimo 10 mila servono almeno ventimila campioni per poter campionare tutte le componenti positive e negative della forma d onda. Il segnale ricostruito, si presenta, in frequenza, come la ripetizione di molti segnali di banda B centrati su frequenze K F .In realtà il teorema dovrebbe chiamarsi Whittaker-Nyquist-Kotelnikov-Shannon, secondo l ordine cronologico di chi dimostrò versioni via via più generalizzate del teorema. Per campionamento di un segnale si intende il prelievo di campioni da un segnale analogico ogni Tc secondi . I campioni prelevati servono per una successiva digitalizzazione del segnale, in modo tale da renderlo usufruibile dai calcolatori e dai mezzi di trasmissione. Indice Enunciato Il teorema del campionamento, comparso per la prima volta nel 1949 in un articolo di C.se: s è un segnale a banda limitata, ovvero la sua trasformata di Fourier S è uguale a 0 per f BW , cioè le componenti del segnale con frequenza maggiore della banda sono nulle; f c frac 1 T c 2BW , ovvero se la frequenza di campionamento è maggiore del doppio della banda, allora: il segnale s può essere ricostruito con un filtro passa-basso ideale avente frequenza di taglio fT tale che BW fT. NOTA: La formulazione di cui sopra sottintende che la frequenza inferiore della banda del segnale sia zero. Se invece si tratta di un segnale banda-passante, con frequenza inferiore diversa da zero, allora il teorema va riformulato nel modo seguente. Sia BW fH - fL la larghezza di banda del segnale, essendo fH e fL rispettivamente l estremo superiore e quello inferiore della banda. Per evitare la sovrapposizione dello spettro campionato la frequenza di campionamento fc deve soddisfare le seguenti diseguaglianze frac 2 N 1 f c frac 2f L N , con N frac f L BW intero. Alcuni dei valori di N possono dar luogo a frequenze di campionamento inferiori alla minima della banda del segnale e questa proprietà è stata variamente denominata come undersampling, subsampling, sottocampionamento, subcampionamento, sub-Nyquist, super-Nyquist, campionamento armonico, ecc. Con N 2: 1400kHz fc 1550kHz, N 1: 2100kHz fc 3100kHz, e infine con N 0: 4200kHz fc. Da notare che è sbagliato scegliere fc 2BW, ossia fc 1100kHz, in quanto occorre soddisfare non uno ma due vincoli.Spiegazione La spiegazione è semplice per chi conosce l analisi di Fourier.s c left sum k - infty infty s left delta left ha come trasformata: S c left frac 1 T c sum n - infty infty S. Questo significa che campionare nel tempo equivale a periodicizzare in frequenza. Quindi dire che il passo di campionamento deve essere almeno due volte la banda del segnale significa che gli spettri ripetuti ogni Fc non si sovrappongono tra di loro, evitando così il fenomeno dell aliasing. Immagine: spettro 1.png Immagine: spettro 2.png A questo punto, filtrando il segnale con il filtro passa-basso descritto sopra, si preleva il segnale con spettro centrato in f 0, che quindi, antitrasformato, fornisce il segnale s di partenza.. Immagine: spettro 3.png spiegazione logica intiutiva del teorema del campionamento. E abbastanza intuitivo che una somma di cuspidi di sinusoide di frequenze diverse ed ampiezze diverse, possa dare una forma,anche se approssimata,ad esempio,simile ad un rettangolo,le proporzioni in tal caso per la frequenza sono1,3,5,7,9, ecc.per le ampiezze relative 1,1 3,1 5,1 7,1 9 ecc,cambiando opportunamente tali proporzioni si pio trovare un rettangolo isoscele o scaleno. Ad,esempio e altrettanto logico che se vogliamo far spigoli vivi e o salite ripide avremo bisogno di frequenze elevatissime con ampiezza piccolissima.Supponiamo quindi di aver una funzione che approssimiamo in questo modo,ed il grado di approssimazione lo decidiamo in base alle esigenze di ordine pratico. Sapendo che una sinusoide e definita da ampiezza e frequenza,basta che conosciamo ampiezza e frequenza di ogni singola sinusoide presa in considerazione per la nostra approssimazione che possiamo ricostruire la funzione .Ma per poter stabilire la frequenza abbiamo bisogno di far due rilevamenti per ogni sinusoide,onde avere meta dello specifico periodo:e logica conseguenza che il ritmo con cui dobbiamo far rilevamenti sulla funzione in studio e il doppio della piu alta frequenza dei segnali sinusoidaliin modo da aver sia ampiezza che lunghezza della cuspide sull asse delle ascisse del segnale sinusoidale di frequenza piu alta,fra l insieme di segnali sinusoidali che abbiamo stabilito bastino per la ricostruzione.Mentre per la frequenza piu alta abbiamo due rilevamenti per quelle piu basse, ne avremo in numero maggiore,di rilevamenti, e cio bastera alla ricostruzione approssimata.Chiaro che le cose si complicano se le sinusoidi che servono per la ricostruzione sono spostatefra di loro sull asse delle ascisse ,la nostra ipotesi impone che partano tutte allo stesso istante.Il principio comunque e valido:bastera aumentare il numero dei rilevamenti,in generale 5 volte la frequenza piu alta invece di 2,ma puo esser anche di piu a seconda delle esigenze di precisione. Nota importante Nella realtà non esistono segnali con banda strettamente limitata. Per questo motivo si introduce, a monte del campionatore, un filtro passa basso che elimina le componenti di segnale in modo da rispettare il teorema sopra enunciato. In elettronica, il circuito sample and hold viene utilizzato come interfaccia con il mondo reale, convertendo segnali analogici al dispositivo seguente, come ad esempio un convertitore analogico-digitale o ADC . L effetto di questo circuito è di mantenere il valore analogico constante per il tempo necessario al convertitore o ad altri circuiti successivi per compiere delle operazioni sul segnale. Nella maggior parte dei circuiti, si utilizza una capacità per conservare la tensione analogica, e si usa un interruttore o un transistor per connettere e disconnettere il condensatore all ingresso analogico.Il motivo della necessità di un simile circuito è evidente: nell ADC l input viene comparato con una serie di voltaggi prodotti da un convertitore digitale-analogico interno finché le due misure non corrispondono . Nel caso l ADC fosse collegato direttamente al segnale da convertire, senza un circuito S H che ne mantenga il valore, l input potrebbe variare durante il processo di comparazione, portando ad una conversione inaccurata o completamente errata. Spesso i sample and hold sono utilizzati quando vi è la necessità di analizzare più segnali: ciascun ingresso viene acquisito e mantenuto utilizzando un segnale di clock comune a tutti i circuiti, in modo da poter leggere comodamente i valori. È essenziale che la capacità abbia poche perdite, così da mantenere costante la tensione di ingresso, e che non abbia carico, cioè abbia una grande impedenza di ingresso. Un filtro si dice Infinite Impulse Response se, data una funzione x in ingresso al filtro l uscita al tempo n0 è dipendente, non solo dal valore n0 in ingresso ma anche da valori in uscita precedenti. Esempio di FIR y sum k 0 N Esempio di filtro IIR y sum k 0 m b 1y b 2y Filtri casuali che verificano l equazione precedente sono detti filtri ricorsivi poiché l uscita al passo n è definita ricorsivamente in funzione delle uscite ai passi n-1, n-2 ,... Si osservi che se b 1 b 2 ... b m 0 il filtro è un filtro FIR; altrimenti è un filtro IIR.Si dicono fir tutte quelle sequenze le quali hanno una estensione finita. sum n M N x infty con M N .L elaborazione numerica dei segnali, altresì nota come digital signal processing è una tecnica analisi ed elaborazione digitale dei segnali che si basa sull uso di processori dedicati, con un elevato grado di specializzazione. Un tipo importante di DSP è quello in grado di svolgere operazioni aritmetiche ad elevata precisione quali somma, sottrazione e prodotto.I DSP sono di grande importanza per il controllo automatico e per sistemi di elaborazione dei segnali senza retroazione quali ad esmpio impianti audio o video. Il Digital Signal Processor , è un particolare tipo di microprocessore ottimizzato per eseguire, in maniera estremamente efficiente, sequenze di istruzioni molto ricorrenti nel condizionamento di segnali digitalizzati . I DSP sono classificati a seconda dell ampiezza e del tipo di dato che sono in grado di processare: si parla ad esempio di DSP a 32, 24 oppure a 16-bit; a virgola fissa o mobile. Ogni DSP è quindi adatto ad applicazioni specifiche: ad esempio, i DSP a 16-bit a virgola fissa sono impiegati per il condizionamento di segnali vocali e trovano il loro principale campo di applicazione nella telefonia , mentre i DSP a 32-bit in virgola mobile, avendo una dinamica molto superiore, sono principalmente impiegati nell elaborazione di immagini e nella grafica tridimensionale. DSP è acronimo di digital signal processing , esso è un insieme di tecniche, tecnologie, algoritmi implementati da processori che permettono di trattare un segnale continuo dopo che è stato campionato. Le radici del DSP risalgono agli anni 60-70 quando divennero disponibili i primi computer digitali. Al giorno d oggi infatti esistono anche dei processori software che permettono di analizzare e modificare vari tipi di segnale tramite funzioni matematiche . Utilizzato nei più svariati campi delle scienze per i seguenti scopi: Miglioramento delle immagini, riconoscimento e generazione vocale, compressione di dati, ecc.Alcuni settori dove il DSP è utilizzato: Tecnologie spaziali: miglioramento delle fotografie, compressione dei dati, analisi intelligente dei dati ricevuti dai sensori. Medicina: diagnosi tramite immagini , eletrocardiogramma. Commercio: compressione dei suoni e delle immagini, effetti speciali, videoconferenze. Telefonia: compressione dati e voce, riduzione eco, multiplexing, filtraggio disturbi. Militare: radar, sonar, comunicazioni sicure. Industrie: monitoraggio risorse petrolifere, disegno CAD. Scientifico: analisi terremoti, acquisizione dati, spettroanalisi, simulazioni. In statistica, elettronica, ottica e teoria dell informazione i segnali analogici vengono spesso convertiti in digitale per essere successivamente archiviati ed elaborati. L aliasing è il fenomeno per il quale due segnali diversi possono diventare indistinguibili un volta campionati; questo costituisce un serio problema che si riflette direttamente sull uscita del sistema in esame, alterandone la veridicità.Campionamento di un segnale sinusoidale Esempio di aliasing dovuto ad un campionamento a fequenza insufficiente Esempio di aliasing dovuto ad un campionamento a fequenza insufficiente Campionando un segnale sinusoidale con una certa frequenza l insieme dei punti che si acquisiscono non permettono di identificare univocamente una sola sinusoide. Dato che, tramite l analisi di Fourier, ogni segnale continuo può essere visto come sovrapposizione di seni e coseni risulta importante in teoria dei segnali riuscire a limitare questa ambiguità. Il teorema del campionamento di Nyquist-Shannon Un importante risultato matematico in questo ambito è dato dal teorema del campionamento di Nyquist-Shannon. Questo afferma che, sotto le opportune ipotesi, la minima frequenza di campionamento necessaria per evitare ambiguità nella ricostruzione del segnale è pari al doppio della banda . VHDL è l acronimo di VHSIC Hardware Description Language.È, insieme al Verilog, il linguaggio più usato per la progettazione di sistemi elettronici digitali. È lo strumento fondamentale per la progettazione dei moderni circuiti integrati digitali e la sua applicazione spazia dai microprocessori , alle comunicazioni all automobile e molte altre. Indice Caratteristiche distintive È un vero e proprio linguaggio di programmazione usato per la descrizione e la simulazione di componenti hardware. Si presta alla descrizione di circuiti digitali perché permette di modellare facilmente l interazione tra i vari blocchi funzionali che compongono un sistema. Queste interazioni sono essenzialmente lo scambio di segnali di controllo e di dati tra i vari oggetti che costituiscono il sistema . In un sistema hardware infatti ogni oggetto da modellizzare, che sia esso una semplice porta logica o un complesso microprocessore, reagisce istantaneamente agli stimoli ai suoi ingressi producendo dei cambiamenti sulle sue uscite. La differenza sostanziale con i liguaggi tipo c e nel modo in cui vengono eseguite dal simulatore le varie parti che descrivono gli oggetti hardware. Il corpo del programma di un oggetto viene eseguito ogni volta che un ingresso cambia stato e non in maniera sequenziale riga dopo riga come avviene nei linguaggi per la descrizione del software. Utilizzo nella progettazione elettronica Le principali fasi di progettazione sono due: nella prima l oggetto viene descritto come ENTITY, ovvero come il componente viene visto dall esterno, questa sezione comprende generalmente le porte di comunicazione, i tempi di ritardo, la larghezza dei bus e i parametri di configurazione; nella seconda si progetta la ARCHITECTURE, ovvero l architettura interna in cui si descrive come il dispositivo funziona; è questa la parte più importante perché ne costituisce la descrizione funzionale vera e propria. Con il primo, behavioural, si descrive la relazione funzionale ingressi-uscita tramite una funzione o un algoritmo; se invece si usa lo stile structural si rappresenta la struttura interna del dispositivo formata da componenti di più basso livello ed i loro collegamenti , ovvero si decide già con quali oggetti realizzale la funzionalita e li si connette tra di loro. Nella progettazione di un nuovo dispositivo, di solito, si parte da una descrizione behavioural di alto livello, per passare poi ad una descrizione RTL ovvero costituito dai componenti fondamentali digitali come i registri, l ALU, i bus e le macchine a stati. L ultimo passo di traduzione del modello RTL in una netlist è eseguito in maniera automatica da un programma software che si chiama sintetizzatore. Esempi di Sintetizzatori commerciali sono ad esempio Synopsys Design Compiler per gli ASIC e ISE Xilinx o Quartus ALTERA per le FPGA. Il Sintetizzatore produce una netlist ovvero un file vhdl o verilog di istanze di celle della tecnologia su cui viene mappato il circuito digitale. Durante l esecuzione di tutto il flusso di progettazione si effettuano delle simulazioni per verificare che sia mantenuta la congruenza tra i vari modelli behavioural, RTL e netlist. Per effettuare queste simulazioni si usa un test bench, scritto anche esso in vhdl, che ha la funzione di generare gli stimoli sugli ingressi del circuito e di verificare la correttezza delle uscite. Concetti fondamentali I costrutti del vhdl si possono dividere in due classi: i costrutti paralleli e i costrutti sequenziali Costrutti paralleli Z A and B; -- se il segale A cambia valore questa riga viene eseguita dal simulatore e Z assume il nuovo valore FLIPFLOP : Process -- Tutto il Process viene eseguito se clock o reset cambiano valore begin if then elsif then end if; end process; Costrutti sequenziali Fanni parte dei comandi sequenziali il if then else il case il for ..In elettronica digitale si dice toggle o stato di toggle uno stato che può assumere un flip-flop di tipo JK in cui le uscite, sono entrambe ad un livello basso, ovvero presenta una tensione a cui é stato assegnato il significato di 0 binario. Il flip-flop raggiunge lo stato toggle quando i sui ingressi, sono entrambi a livello alto, ovvero assumono valori di tensione, solitamente di 3-5 V, a cui si assegna il significato di 1 binario. Le porte logiche tree state si trovano nei dispositivi elettronici digitali, si tratta di un terzo stato , che non è logico ma elettrico. Il terzo stato si aggiunge ai due livelli logici già presenti nella logica binaria, indicati convenzionalmente con 1 e 0 . Questa condizione di lavoro del dispositivo viene attuata tramite il condizionamento logico di un ingresso preposto allo scopo e prende il nome di alta impedenza. Funzionamento Quando un dispositivo pone un porta in alta impedenza, allora quella porta, generalmente costituita da un bus dati o di indirizzi, non impone alcun valore logico su quel dispositivo, ovvero esso risulta virtualmente scollegato dalla linea di comunicazione verso l esterno. Una porta in alta impedenza, come dice il nome, offre una elevata resistenza al passaggio della corrente e quindi dei segnali. La necessità di poter mettere il dispositivo in alta impedenza è dovuto al fatto che nei circuiti digitali complessi, molti dispositivi con funzioni diverse tra loro, coabitano sullo stesso bus, quando serve attivare la funzione di uno, è necessario scollegare gli altri, altrimenti andrebbero in conflitto tra loro. Questa condizione può essere ottenuta facendo lavorare un transistor nella regione di interdizione . Sigla comunemente utilizzata per identificare un Microcontrollore ad 8 bit delle famiglie ST6xTyyz e ST6xEyyz, rispettivamente con ROM di tipo OTP ed EEPROM, prodotti dalla ST Microelectronics. A causa della loro diffusione, è più comune che tale sigla identifichi un microcontrollore della serie ST62. Nell architettura dei calcolatori, un registro è una piccola parte di memoria utilizzata per velocizzare l esecuzione dei programmi fornendo un accesso rapido ai valori usati più frequentemente tipicamente, i valori correntemente in uso in una determinata parte di un calcolo. La maggior parte delle moderne architetture dei computer sono basate sul principio di copiare i dati dalla memoria ai registri, operando su questi ultimi, e poi di copiare a loro volta i risultati nella memoria la cosiddetta architettura load-store. I registri costituiscono il punto più alto della gerarchia della memoria, e sono il meccanismo più rapido per il sistema di manipolare i dati. Attualmente i registri sono implementati normalmente con file dei registri, ma in passato sono stati implementati usando flip-flop individuali, memoria a nuclei di ferrite ad alta velocità, memoria thin film e vari alti modi. Il termine è usato spesso per riferirsi esclusivamente al gruppo di registri che possono essere direttamente indirizzati dalle istruzioni di input e output del microprocessore. Per esempio, nell architettura x86 è disponibile un set di otto registri utilizzabili dalle istruzioni del linguaggio macchina, ma la CPU conterrà molti più registri per uso interno o con funzioni speciali. Vi sono molte classi di registri: Registri speciali: contengono dati interni della CPU, come il program counter, lo stack pointer e il registro di stato. In alcune architetture, vi sono dei registri specifici del modello di processore, che memorizzano dati e impostazioni del processore stesso. Essendo registri legati a caratteristische peculiare di uno specifico modello, non è garantita la presenza o lo stesso funzionamento nelle generazioni successive di quel processore. I registri hardware sono simili ai registri dei processori, ma sono presenti esternamente alle CPU. Un programmable logic device detto anche PLD, è un componente elettronico utilizzato come componente di circuiti digitali. A differenza di una porta logica, che implementa una funzione logica predefinita e non modificabile, un PLD, al momento della fabbricazione, non è configurato per svolgere una determinata funzione logica.Indice Uso di RAM come PLD Prima dell introduzione dei PLD si utilizzavano componenti ROM per implementare una qualsiasi logica combinatoria a partire da un dato insieme di ingressi. Immaginiamo ora che gli ingressi non siano costituiti da un indirizzo di m bit, ma invece da m segnali logici indipendenti. Teoricamente esistono 2m diverse possibili funzioni booleane di questi m segnali, ma la struttura della ROM permette di definire soltanto n di queste funzioni sui terminali di uscita. La ROM, in altre parole, diventa equivalente ad n circuiti logici separati, ciascuno dei quali realizza una data funzione combinatoria degli m ingressi. Il vantaggio di usare una ROM in questo modo consiste nel fatto che ogni possibile funzione degli m ingressi può essere associata a ciascuna delle n uscite, in modo da realizzare un circuito logico combinatorio dotato della massima flessibilità. Le PROM , le EPROM , e le EEPROM possono essere configurate e programmate mediante apparecchiature facilmente reperibili, senza la necessità di ricorrere a particolari dispositivi hardware o software. poiché sono spesso utilizzati solo per una piccola parte della loro capacità teorica, comportano un eccessiva occupazione di spazio, Alcuni dei più semplici modelli di EPROM, come il 2716, sono ancor oggi a volte utilizzati in questo modo, specialmente dai progettisti dilettanti . Primi tipi di dispositivi a logica programmabile I primi componenti appartenenti a questa famiglia sono stati introdotti sul mercato con il nome di PAL da alcune case, fra cui la MMI Inc. Dopo che la MMI ottenne un notevole successo con le PAL a 20 pin, la AMD lanciò il modello 22V10 a 24 pin, dotato di funzioni aggiuntive. Dopo aver incorporato la MMI, l AMD fondò una società ausiliaria con il nome di Vantis, che nel 1999 fu acquisita alla Lattice Semiconductor. GAL Un evoluzione delle PAL, chiamata GAL fu sviluppata dalla Lattice Semiconductors. Questa caratteristica le rende molto utili in fase di sviluppo progettuale dei prototipi, perché i bug di progetto possono essere facilmente corretti riprogrammando il dispositivo.Un altro componente simile alle GAL, chiamato PEEL fu introdotto, ma con minore successo, dalla ICT Corporation. CPLD PAL e GAL sono disponibili soltanto in piccole taglie, contenenti l equivalente di alcune centinaia di porta logiche. Questi dispositivi contengono l equivalente di molte PAL collegate fra di loro mediante interconnessioni programmabili, e incapsulate in un unico circuito integrato.Alcuni tipi di CPLD si programmano usando il PAL programmer, ma questo metodo diventa poco pratico quando si devono collegare componenti con centinaia di pin. Un metodo molto più efficiente consiste nel saldare i dispositivi su un circuito stampato e quindi inviare loro, mediante un PC, un flusso di dati che, opportunamente decodificati dai circuiti interni dei CPLD, conferiscono agli stessi la configurazione necessaria a realizzare le funzioni logiche desiderate. Ciascun produttore ha un proprio nome che identifica questa modalità di programmazione.FPGA Mentre le PAL si stavano evolvendo nelle GAL e nei CPLD, una nuova famiglia di dispositivi, basata sulla tecnologia gate-array si stava affermando con il nome di FPGA. l FPGA utilizza una matrice di porte logiche molto simile a quella di un normale gate array, ma la programmazione è fatta dall utilizzatore anziché in fabbrica. La definizione di field programmable intorno a cui sono cablate le logiche programmabili. Questa configurazione permette al progettista di concentrarsi sulle funzionalità specifiche da aggiungere, senza preoccuparsi del lavoro che il processore deve svolgere in background. Memorizzazione della configurazione dei PLD Un PLD contiene componenti sia di logica che di memoria.Gli antifusibili al silicio sono usati nelle PAL e sono realizzati applicando una tensione fra due punti dello strato di silicio interno del chip. Hanno questo nome perché funzionano in modo opposto ai fusibili, che inizialmente conducono e si interrompono al passaggio della corrente di guasto. Le SRAM e le RAM sono memorie volatili, quindi la programmazione viene persa allo spegnimanto e deve essere ricaricata alla riaccensione, di solito automaticamente, a cura di una parte dedicata del circuito. Le memorie flash sono non-volatili, cioè mantengono i dati anche a circuito disalimentato e possono essere facilmente cancellate e riprogrammate. Una cella EPROM è basata su transistor di tipo MOS che possono essere messi in stato ON confinando permanentemente cariche elettriche nel terminale gate. Le cariche rimangono memorizzate per molti anni, e possono essere rimosse esponendo il chip a radiazioni ultraviolette di forte intensità emesse da un EPROM eraser. Linguaggi di programmazione dei PLD Di solito è difficile e poco conveniente scrivere a mano il codice per programmare i PLD, e quindi si usano computer e software appositi, chiamati logic compiler, simili ai classici compilatori che generano i programmi software eseguibili a partire dai file sorgente. Ad esempio il linguaggio ABEL è adatto a logiche di bassa complessità, il Verilog e il VHDL sono indicati per applicazioni più complesse. Un microcontrollore o microcontroller, detto anche computer single chip è un sistema a microprocessore completo, integrato in un solo chip, progettato per ottenere la massima autosufficienza funzionale ed ottimizzare il rapporto prezzo-prestazioni per una specifica applicazione, a differenza, ad esempio, dei microprecessori impiegati nei personal computer, adatti per un uso più generale. I microcontroller sono la forma più diffusa e più invisibile di computer. Comprendono la CPU, un certo quantitativo di memoria RAM e memoria ROM e una serie di interfacce di I O standard, fra cui molto spesso bus . Le periferiche integrate sono la vera forza di questi dispositivi: si possono avere convertitori ADC e convertitori DAC multicanale, timer counters, USART, numerose porte esterne bidirezionali bufferizzate, comparatori, PWM. Sono contenuti in una quantità di apparecchi ed elettrodomestici, come ad esempio, videoregistratori e i televisori costruiti dopo il 1990, nelle macchine fotografiche e nelle videocamere, nei lettori CD e DVD, nei forni a microonde, nei controlli automatici di macchine industriali, in molte lavatrici e frigoriferi di ultima generazione, nelle centraline di controllo delle motociclette e delle automobili, negli antifurto elettronici, nei registratori di cassa dei negozi, negli sportelli Bancomat, nelle centraline dei semafori La loro capacità di calcolo è molto limitata, a dispetto della velocità ragguardevole che possono raggiungere e di solito eseguono lo stesso programma per tutta la durata del loro funzionamento.Negli ultimi anni il loro uso è aumentato grazie all estrema versatilità ed al costo bassissimo, diffondendosi anche fra gli hobbisti e gli appassionati di elettronica. I registri di traslazione a retroazione lineare sono dei registri di traslazione i cui dati in ingresso sono prodotti da una funzione lineare dello stato interno. Le uniche funzioni lineari di singoli bits sono lo XOR e lo XNOR ; perciò è un registro di traslazione i cui bit in ingresso sono prodotti dall or esclusivo di alcuni bit memorizzati all interno dei registri. Il valore iniziale di un LFSR è chiamato seme, e poiché l operazione del registro è deterministica, la sequenza di valori prodotta dal registro è completamente determinata dal suo stato corrente o precedente. Allo stesso modo, poiché il registro ha un numero finito di stati possibili, prima o poi i valori in uscita si ripetono; ciò nonostante, un LFSR con una funzione di retroazione ben scelta può produrre una sequenza di bits che appare casuale ed ha un periodo molto lungo. Applicazioni degli LFSR includono la generazione di numeri pseudo-casuali, sequenze pseudo-rumore e contatori digitali.Indice 1 Funzioni combinatorie non lineari 2 Generatori controllati dal clock 3 Generatori a filtro Come funziona La lista di posizioni dei bits che influenza lo stato successivo è detta sequenza di taps. Un LFSR massimale produce una sequenza-n , a meno che il suo stato iniziale non sia composto solo di zeri, nel qual caso l uscita resta costante. La sequenza di numeri prodotta da un LFSR può essere considerata un sistema numerico binario valido quanto il codice Gray o il codice binario naturale. La sequenza di tap di un LFSR può essere rappresentata come un polinomio modulo 2.x11 x13 x14 x16 1 L uno nel polinomio non corrisponde a un tap; le potenze dei termini rappresentano i bits a tap, contando dalla sinistra. Una volta trovata una sequenza di tap massimale, se ne può trovare un altra con un procedimento automatico: se la sequenza di tap, in un LFSR a n bit, è , la sua sequenza speculare è .Image:lfsr.gif Proprietà della sequenza di uscita In un periodo di un LFSR massimale, appaiono 2n - 1 corse ; per la precisione, 1 2 di queste corse saranno di un bit, 1 4 di 2 bit, fino ad un unica corsa di n - 1 bits a zero, ed un unica corsa di n bits a uno. Le sequenze di uscita degli LFSR sono deterministiche: se si conosce lo stato attuale, si può prevedere il prossimo.Applicazioni Gli LFSR possono essere implementati in hardware, e ciò li rende utili in applicazioni che richiedono la generazione molto rapida di numeri pseudo-casuali, come nella tecnica radio Direct Sequence Spread Spectrum, usata ad esempio nell UMTS. Il Global Positioning System usa gli LFSR per trasmettere rapidamente una sequenza che indica degli istanti relativi ad alta precisione, sfruttandone il determinismo: basta infatti trasmettere il seme utilizzato nel trasmettitore e la sequenza generata sarà identica anche sul ricevitore. Possibile sostituto dei codici Gray Alcune applicazioni hanno bisogno di marchiare delle simgole posizioni ad una certa distanza con valori unici. Quando gli indici e le posizioni devono essere comprensibili ad una macchina, sono spesso spesso marchiate usando sequenze LFSR, in quanto i contatori LFSR sono i più semplici e veloci tra i contatori binari, anche più dei contatori basati su codice Gray.LFSR di Galois Un LFSR di Galois, o un LFSR in configurazione di Galois, è una variante dello schema classico degli LFSR. Nella configurazione di Galois, quando il sistema è soggetto a clock, i bits che non sono taps sono traslati come di consueto; dei taps, invece, si fa lo XOR con la nuova uscita, e il risultato poi diventa il nuovo ingresso. Gli LFSR di Galois non concatenano ogni tap per produrre il nuovo ingresso, perciò è possibile calcolare i tap in parallelo, aumentando così la velocità di esecuzione: l operazione di XOR è realizzata nell LFSR e non ci sono XOR in serie, perciò i tempi di propagazione si riducono a quelli di uno XOR invece di quelli di una catena degli stessi. Image:Galois LFSR.png Utilizzo in crittografia Gli LFSR sono componenti molto utilizzati nei cifrari a scorrimento come generatore di numeri pseudocasuali, perché possono essere facilmente ed economicamente implementati in hardware e possono all occorrenza essere analizzati matematicamente.Funzioni combinatorie non lineari Poiché gli LFSR sono intrinsecamente lineari, una tecnica per rimuovere la linearità consiste nell applicare ai risultati di più LFSR in parallelo una funzione booleana non lineare e formare un generatore di combinazioni. Diverse proprietà di queste funzioni combinatorie sono critiche per assicurare la sicurezza dello schema risultante, ad esempio, in modo da evitare attacchi basati sulla correlazione. Generatori controllati dal clock Normalmente gli LFSR eseguono passi regolari.Il generatore stop-and-go è composto da due LFSR.Il generatore a rimpicciolimento ha un approccio differente. Questo meccanismo è vulnerabile agli attacchi temporizzati sul secondo generatore, poiché la velocità dell output è variabile in dipendenza dello stato del secondo generatore.I flip-flop sono dei dispositivi elettronici utilizzati nell elettronica digitale come dispositivi sincroni di memoria elementare. Essi prevedono due soli stati logici possibili, come il latch SR, ma a differenza di questi utilizzano ingressi di comando sincroni, ovvero regolati con un ingresso dinamico detto clock. Possono essere utilizzati anche come circuito antirimbalzo, infatti quando utilizziamo un interruttore e lo accendiamo, questo dà una serie di scariche, che all interno di un ciruito logico può generare delle errate letture, mentre il flip flop, di solito SR, evita ciò azzerrando queste scariche.Esistono diversi tipi: D, SR, JK, T. Indice Flip-flop D Simbolo circuitale per flip-flop di tipo D, dove è l ingresso del clock, D è l ingresso del dato e Q è l uscita del dato memorizzato. Ingrandisci Simbolo circuitale per flip-flop di tipo D, dove è l ingresso del clock, D è l ingresso del dato e Q è l uscita del dato memorizzato. Ha un ingresso, due uscite complementari e un ingresso di sincronizzazione . In corrispondenza del comando di clock, trasferisce l ingresso in uscita e ve lo mantiene fino al successivo fronte attivo di clock.Equazione caratteristica: Q D Tabella di verità D Q 0 0 1 1 Flip-flop T Simbolo circuitale per flip-flop di tipo T, dove è l ingresso del clock, T è l ingresso toggle e Q è l uscita del dato memorizzato. Ingrandisci Simbolo circuitale per flip-flop di tipo T, dove è l ingresso del clock, T è l ingresso toggle e Q è l uscita del dato memorizzato. Ha un ingresso, due uscite complementari e un ingresso di sincronizzazione.Equazione caratteristica: Q TnQ TQn T ?Tabella di verità T Q 0 Q 1 Qn Flip-flop SR Ha due ingressi S e R . Reset assume il valore alto nel caso in cui sia alto l ingresso R, mentre assume il valore basso nel caso in cui sia alto l ingresso S. Quando entrambi i valori R e S sono bassi, il flip-flop si trova nello stato neutro e mantiene il valore registrato.Tabella di verità S R Q Qn 0 0 Q Qn 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 ?Flip-flop JK Simbolo circuitale per flip-flop di tipo JK, dove è l ingresso del clock, J e K sono gli ingressi dei dati, Q è l uscita del dato memorizzato, e Q è l inverso di Q. Ingrandisci Simbolo circuitale per flip-flop di tipo JK, dove è l ingresso del clock, J e K sono gli ingressi dei dati, Q è l uscita del dato memorizzato, e Q è l inverso di Q. È caratterizzato da due ingressi, due uscite complementari e un ingresso di sincronizzazione.Equazione caratteristica: Q KQn JQn Tabella di verità J K Q Qn 0 0 Q Qn 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 Qn Q Quindi, quando J e K valgono entrambi 1, le uscite vengono complementate; quando valgono zero, vengono mantenute in memoria. Bibliografia I dispositivi FPGA sono dispositivi digitali la cui funzionalità è programmabile via software. Sono elementi che presentano caratteristiche intermedie rispetto ai dispositivi ASIC da un lato e a quelli con architettura PAL dall altro. L uso di tali componenti comporta alcuni vantaggi rispetto agli ASIC: si tratta infatti di dispositivi standard la cui funzionalità da implementare non viene impostata dal produttore che quindi può produrre su larga scala a basso prezzo. Essi sono programmati direttamente dall utente finale, consentendo la diminuzione dei tempi di progettazione, di verifica mediante simulazioni e di prova sul campo dell applicazione. Il grande vantaggio rispetto agli ASIC è che permettono di apportare eventuali modifiche o correggere errori semplicemente riprogrammado il dispositivo in qualsiasi momento. Di contro per applicazioni su grandi numeri sono antieconomici, perché il prezzo unitario del dispositivo è superiore a quello degli ASIC . Il costo di tali dispositivi è oggi in rapida diminuzione: ciò li rende sempre di più una valida alternativa alla tecnologia standard cell. Usualmente vengono programmati con linguaggi come il Verilog o il VHDL, ma non bisogna dimenticare la modalità schematic-entry , che consente un approccio veloce e semplificato a tale tecnologia, e peraltro, di pari potenzialità.L elettronica digitale ebbe praticamente inizio nel 1946 con un calcolatore elettronico digitale chiamato ENIAC, realizzato con circuiti a valvole. Tuttavia, l idea che sta alla base di un computer digitale può risalire a Charles Babbage che costruì un dispositivo meccanico di calcolo. Anche se per molti anni il digitale rimase nel settore dei computer, oggi le tecniche digitali trovano impiego in moltissime aree, dalla telefonia, all elaborazioni dati, dal radar, ai sistemi militari, dagli strumenti di uso medico, fino a prodotti di ampio mercato.Perché digitale Il termine digitale è una brutta traduzione del termine inglese digit , per il fatto che i computer operano mediante l elaborazione di quantità numeriche .Concetti chiave nell elettronica digitale L elettronica digitale ha a che fare con circuiti e sistemi che agiscono sfruttando due possibili stati di funzionamento; ad esempio due livelli di tensione, oppure due diversi livelli di corrente..ecc..ecc.Segnali logici Un tipico segnale analogico e un tipico segnale logico. Ingrandisci Un tipico segnale analogico e un tipico segnale logico. Come si vede in figura un segnale analogico può assumere, in un determinato istante di tempo, tutti i valori appartenenti ad un intervallo di R. La differenza fondamentale tra i due tipi di segnale è che mentre nei segnali analogici l informazione è contenuta nella forma stessa del segnale, nei segnali digitali l informazione da elaborare è codificata in serie di simboli . La forma del segnale quindi non ha importanza, basta che sia possibile discernere in ogni istante a quale valore logico corrisponde il segnale. Anche un segnale digitale è fisicamente un segnale analogico. Tuttavia quello che conta è che le fluttuzioni si mantengano entro un certo margine, in modo che il sistema di elaborazione possa distinguere se il valore sia uno 0 o un 1. I livelli di astrazione Un sistema elettronico digitale può essere visto a diversi livelli di astrazione. I livelli di astrazione Ingrandisci I livelli di astrazione A livello di sistema è noto ciò che il sistema deve fare ma non la sua struttura fisica. A questo livello un linguaggio formale per descrivere i sistemi è il SystemC: una serie di librerie C open source per la modellazione e simulazione di sistemi elettronici HW SW . A livello architetturale il sistema elettronico è un insieme di componenti più o meno standard connessi fra di loro. Il livello più basso è il livello di layout in cui vengono specificate nel dettaglio le dimensioni di ogni singolo transistor, e di ogni connessione. Livello logico Si distinguono due categorie di reti logiche: reti combinatorie e reti sequenziali.Reti combinatorie funzione logica a 3 ingressi e 2 uscite Ingrandisci funzione logica a 3 ingressi e 2 uscite Si vogliono sintetizzare delle funzioni logiche.Esiste un teorema abbastanza intuitivo che permette di affermare che qualsiasi funzione logica può essere espressa come somma di prodotti degli ingressi, intendendo per somma l operazione logica elementare OR e con prodotto l operazione logica AND. Ad esempio in figura basta vedere le combinazioni di ingressi per cui si ha Y 1: Y B B C C È possibile quindi riportare funzioni logiche complesse a combinazioni di funzioni logiche elementari. Esistono poi dei metodi che permettono di minimizzare questa scomposizione, in modo da avere una rete logica più semplice possibile. Questo tipo di sintesi si chiama AND-OR.Componenti combinatori standard Reti sequenziali Le reti sequenziali possono essere realizzate dalle cosiddette macchine a stati. La macchina a stati è quindi un sistema le cui uscite dipendono sia dagli ingressi sia dallo stato del sistema stesso . Un circuito digitale è un circuito elettronico basato su un numero discreto di livelli di tensione elettrica. Attualmente un circuito digitale viene realizzato con componentistica integrata, che mette a disposizione del progettista innumerevoli funzioni logiche anche complesse, già assemblate in un unico chip, va osservato che è possibile realizzare lo stesso circuito anche impiegando componenti discreti , soluzione obsoleta da tempo e attuata solo a livello didattico o sperimentale. Livelli logici I due livelli di tensione usati nei circuiti digitali rappresentano i numeri binari 0 e 1, detti livelli logici. Generalmente si associa il livello basso allo 0 e il livello alto all 1, anche se è possibile utilizzare la rappresentazione opposta. È usuale permettere una certa tolleranza nella tensione utilizzata; per esempio una tensione tra 0 e 2 volt può rappresentare lo 0 logico, mentre una tensione tra 3 e 5 volt può rappresentare l 1 logico. Una tensione tra 2 e 3 volt sarebbe quindi non valida e potrebbe esistere soltanto in condizioni di errore oppure durante una transizione di livello logico che non avviene mai in modo istantaneo. Esempi di tensioni relative ai livelli logici, nelle due più comuni famiglie logiche di circuiti integrati: Tecnologia Tensione L Tensione H Note CMOS 0V - VCC 2 VCC 2 - VCC Vcc compresa tra 3V e 18V TTL 0V - 0.8V 2V - VCC VCC compresa tra 4.75 e 5.25 Volt. Nota: VCC tensione di alimentazione. Confrontando le tensioni di alimentazione di queste due famiglie di IC logici, è evidente il maaggior range di tensione in cui può lavorate la famiglia CMOS rispetto alla TTL, questa ha un range molto ristretto di alimentazione, per contro permette velocità operative estremanente superiori, anche se a scapito di un maggior consumo di corrente, velocità ancora maggiori si possono ottenere con la tecnologia ECL, la quale richiede correnti ancora maggiori. Nel 1985 il costruttore Philips introdusse due nuove famiglie logiche in tecnologia CMOS, la prima, denominata HC, aveva caratteristiche nuove, la soglia del livello di commutazione era posta a metà tensione di alimentazione, la quale poteva spaziare in un range molto ampio . La seconda famiglia denominata HCT, si proponeva come sostitutiva diretta della TTL, avendo a suo vantaggio un consumo di corrente estremamente minore, mantenendo la soglia di commutazione e la tensione di alimentazione , identici alla TTL. Elaborazione di segnali digitali L elaborazione dei segnali viene realizzata seguendo le regole dell algebra di Boole. Combinando porte logiche si realizzano circuiti logici più complessi, quali per esempio i flip-flop, circuiti in grado di memorizzare informazioni elementari. Tecnologie differenziate Facendo riferimento al chip singolo, ricavato dal wafer di silicio, precise leggi fisiche, impediscono di ottenere il dispositivo ideale, avente massima velocità di commutazione e minimo consumo, caratteristiche in antitesi tra loro, pertanto la ricerca prosegue in due direzioni; in una si cerca di ottenere la massima velocità accettandone il maggior consumo di corrente, nell altra si dà la priorità all ottenimento del minor consumo possibile pur a scapito della velocità. La ragione di queste opposte direzioni di ricerca sta nella richiesta del mercato; esempi d impiego estremo delle due tipologie sono i sistemi d arma, dove prioritario è la velocità, e apparecchiature satellitari e dispositivi portatili, dove prioritario è ottenere il minor consumo possibile. Sempre prioritaria e anche la corsa alla riduzione dell area di silicio occupata dal dispositivo, in quanto impatta proporzionalmente sul costo di produzione del circuito integrato. Per questo motivo i produttori di chip investono grandi somme di denaro per lo sviluppo di tecnologie submicrometriche che permettono di integrare su un singolo dispositivo interi sistemi digitali . Le differenti e numerose tecnologie susseguitesi nel tempo, sono state denominate famiglie , la prima è stata la RTL Resistor-Transistor Logic , seguita dalla DTL Diodo-Transistor Logic , andata in obsolelescenza anch essa con l avvento della TTL .L a famiglia CMOS è quella che permette di ottenere la piu alta densita di transistor per millimetro quadrato in quanto ha componenti di dimensione di 65 nanometri. Sui chip più complessi si riescono a integrare diversi milioni di gates equivalenti dove una gates è la cella digitale elementare NAND2. I CPLD sono dispositivi logici programmabili e cancellabili.Vengono usate per applicazioni particolari dove sono richieste alte velocita o bassi costi o funzionalita di glue logic overo di interfacciamento tra due dispositivi complessi. I CPLD sono un evoluzione, a complessità molto maggiore, delle GAL; un CPLD si può infatti considerare, come integrazione di più GAL all interno di un singolo chip. Un automa a stati finiti è un sistema dinamico, invariante, discreto nell avanzamento e nelle interazioni. dinamico: evolve nel tempo passando da uno stato all altro in funzione dei segnali d ingresso e dello stato precedente; L automa a stati finiti è un modello di calcolo semplice rappresentabile come un piccolo dispositivo, che mediante una testina legge una stringa di input su un nastro e la elabora, facendo uso di un meccanismo molto semplice di calcolo e di una memoria limitata. In sostanza un ASF è un caso particolare di macchina di Turing, utilizzato per l elaborazione di quei linguaggi che nelle Grammatiche di Chomsky sono definiti di Tipo 3 o Regolari. Distinguiamo due tipi di automi a stati finiti: gli automi a stati finiti deterministici e gli automi a stati finiti non deterministici ASFND. Indice 1 Automa a stati finiti deterministico 2 Automa a stati finiti non deterministico 3 Differenza tra ASFD ed ASFND Definizione formale Automa a stati finiti deterministico Un automa a stati finiti deterministico si definisce come un sistema A I, U, S, f, g , dove , um insieme finito dei possibili simboli in uscita , sh insieme finito degli stati S funzione di transizione degli stati interni successivi, che collega lo stato nell istante successivo al valore attuale dell ingresso e dello stato, S g, I Automa a stati finiti non deterministico Un automa a stati finiti non deterministico si definisce come un sistema A I, U, S, f, g , dove , um insieme finito dei possibili simboli in uscita , sh insieme finito degli stati P funzione di transizione parziale degli stati interni successivi, che collega al valore attuale dell ingresso e dello stato un sottoinsieme di S. Differenza tra ASFD ed ASFND Sostanzialmente la differenza tra i due tipi di automi consiste nel fatto che nei primi, in qualunque stato ci si trovi, per un qualsivoglia input, esisterà una ed una solo transizione, mentre nei secondi, almeno uno stato presenta più di una possibile computazione per determinati caratteri in ingresso. Da notare che il determinismo è un caso particolare di non determinismo, tuttavia, nel caso degli automi a stati finiti, è possibile passare agevolmente dall uno all altro.,sk raggiungibili con lo stesso ingresso, ovvero quelli che causano l indeterminatezza dell automa. Automa di Mealy e Automa di Moore Nell automa di Moore, la funzione f dipende solo dallo stato: f S ? La macchina di Moore può essere dunque vista come una semplificazione del caso più generico, dove l uscita dipende dallo stato e dagli ingressi.L ASIC è un circuito integrato creato appositamente per risolvere un applicazione di calcolo ben precisa. La specificità della progettazione, focalizzata sulla risoluzione di un unico problema, consente di raggiungere delle prestazioni difficilmente ottenibili con l uso di soluzioni più generiche. Lo sviluppo di questo genere di integrati è però molto costoso e per questo motivo il loro impiego è limitato a campi in cui possano essere usati in maniera massiccia, come l elettronica di consumo mentre per usi su scala più limitata vengono preferite, ad esempio, tecnologie FPGA. Nell elettronica applicata agli autoveicoli, una unità di controllo elettronico è un sistema di controllo software cosiddetto embedded, cioè incorporato direttamente nel componente elettrico che controlla.Con Software-in-the-Loop si indicano le tecniche di verifica di unità di controllo elettronico che utilizzano una emulazione completa via software del sistema a cui sono destinate. In pratica, secondo la metodologia SIL il software di controllo da verificare viene fatto interagire direttamente con l emulazione del sistema a cui è destinato per poterlo sollecitare come se fosse in condizioni operative. In questo modo è possibile effettuare una prima verifica già da quando sono disponibili i solo modelli software funzionanti, senza attendere la disponibilità di prototipi fisici. Il vantaggio di quest approccio è dato dalla possibilità di disporre di ambienti virtuali per il test utilizzando hardware standard evitando il ricorso a costosi sistemi di simulazione fisici o a prototipi funzionanti. Con Hardware-in-the-Loop si indicano le tecniche di verifica di unità di controllo elettronico collegandole ad appositi banchi che riproducono in modo più o meno completo il sistema elettrico ed elettronico del sistema a cui sono destinate. Questi banchi sono apparati complessi che riproducono in tutto o in parte, fisicamente e o in software, il prodotto a cui sono destinate le unità da verificare. modelli, cioè programmi informatici che emulano quanto non fisicamente parte della banco ingannando i dispositivi effettivamente collegati Scopo delle prove HIL è di utilizzare i banchi per anticipare le verifiche su componenti, sottosistemi e sistemi già nella fase di progettazione e prototipazione, senza attendere la disponibilità del prodotto finale a cui sono destinate. Infatti, i componenti reali installati rispondono ai segnali simulati come se stessero operando in un ambiente reale, poiché non sono in grado di distinguere segnali provenienti da un ambiente fisico da quelli prodotti da modelli software. In questo modo il metodo HIL permette di riprodurre con i banchi le condizioni operative più diverse ed osservando il comportamento del sistema e dei singoli elementi.Oltre alla possibilità di verificare con grande anticipo sistemi prototipali, un altro dei vantaggi dell approccio HIL è la possibilità di automatizzare l esecuzione di lunghe sequenze di test. Inoltre, considerando che il ciclo di sviluppo delle nuove componenti prevede la progettazione e realizzazione dei relativi modelli software, questi possono essere verificati già in questo stadio di sviluppo dopo averlo installato su apposite centraline riprogrammabili e prima ancora di avere un sistema fisico che lo implementi anche solo in forma prototipale. Un filtro ellittico left H n right 1 over sqrt 1 epsilon 2 R n 2 dove Rn è la funzione razionale di Chebyshev di n-esimo ordine. Un filtro di Chebyshev è un filtro ellittico, passabasso, i cui poli sono posizionati nel piano di Gauss su di una ellisse. Sono caratterizzati da una maggiore selettività rispetto ai filtri di Butterworth, a discapito di una ondulazione della risposta in frequenza nella banda passante. Il filtro Butterworth è uno dei più semplici filtri elettronici.Il primo a descriverli fu l ingegnere inglese S.Il più semplice filtro Butterworth è il filtro passa-basso standard di primo ordine, che può essere modificato per ottenere un filtro passa-alto, e combinato in serie con altri per ottenere filtri passa-banda, filtri elimina-banda, e versioni di ordine superiori di questi. Come già accennato, la risposta in frequenza di questi filtri è la maggiormente piatta ottenibile nella banda passante , mentre fuori banda ha una funzione di trasferimento monotona, tendente a zero. Osservata su un diagramma di Bode, la risposta in frequenza fuori banda ha fianchi che scendono linearmente verso -infinito. Per un filtro di primo ordine, l attenuazione è pari a 6 dB ottave; per un filtro di secondo ordine e 12 dB ottava e così via. Tutti i filtri di primo ordine sono identici ed hanno la medesima risposta in frequenza. Il filtro Butterworth è l unico filtro che mantiene la medesima risposta anche con ordini superiori .La risposta in frequenza di un filtro di ordine n può essere definita matematicamente come: left G right 1 over sqrt 1 omega 2 n ove G è il trasferimento del filtro, n è l ordine del filtro, ?In elettronica e nell elaborazione dei segnali, un filtro Bessel è un tipo di filtro lineare che rende massimamente piatto su tutta la banda passante il ritardo di gruppo . Espresso in altri termini ciò significa che tutte le componenti nella banda passante del segnale di ingresso sono ritardate all incirca dello stesso tempo. Questa caratteristica lo rende particolarmente indicato nelle applicazioni in cui è richiesta la minima distorsione su tutta la banda dei segnali da filtrare, come ad esempio nei sistemi audio crossover. Donkey Kong , spesso abbreviato anche con DK, è un celebre gioco arcade di tipo platform sviluppato dalla Nintendo e uscito nelle sale giochi e per Game Watch nel 1981. Indice 1 Gli schermi 2 I bonus 3 I livelli 4 Il punteggio 1 Le origini 2 Lo sviluppo Schema del gioco In questo gioco Jumpman, passato poi alla storia con il nome di Mario, deve salvare la sua fidanzata Pauline da Donkey Kong salendo le scale e evitando i barili ed i vari oggetti lanciati dallo scimmione. Gli schermi Il gioco si divide in 4 schermi: Screen 1 Jumpman Mario deve scalare un cantiere disastrato evitando allo stesso tempo di essere investito dai barili lanciati da Donkey Kong. Deve, inoltre, evitare delle fiammelle generate dai barili d olio che giungono a contatto con il barile più grande all inizio del percorso. Screen 3 Jumpman Mario deve salire e scendere su alcuni ascensori, tutto questo evitando le fiamme e i martelli rimbalzanti. Quest ultimi sono il pericolo più grande di questo schermo ed emergono dalla parte superiore dello schermo per cadere dall ascensore più a destra. Screen 4 É lo schermo finale di ogni livello; Jumpman Mario deve rimuovere le otto chiavi di volta che sorreggono Donkey Kong.I bonus In tutti gli schermi, ad esclusione del primo, Mario può collezionare alcuni oggetti un ombrello, un cappello ed una borsa, appartenenti probabilmente a Pauline per poter ricevere a fine schermo un sostanzioso bonus. I livelli Nella versione originale giapponese, gli schermi seguivano semplicemente l ordine descritto prima.I livelli diventano progressivamente sempre più difficili grazie ad alcune piccole variazioni come per esempio traiettorie più imprevedibili per i barili e fiammelle più veloci. Il XXII livello è conosciuto come kill screen ; i barili cadono così velocemente che non si fa in tempo neanche ad iniziare. Il punteggio Elenchiamo ora il valore in punti di ogni azione: In base ai settaggi del gioco, il giocatore ha all inizio tre Jumpman Mario.Storia Le origini L origine del nome di Donkey Kong è stata al centro di molte leggende, prima fra tutte quella che vuole che il nome Donkey derivi da un errato invio del fax che sostituì ad una ovvia M una più improbabile D . Sono pochi però a sapere che il nome Donkey non è frutto di un errore casuale ma bensì di una scelta volontaria, sebbene inappropriata, del suo creatore: esso infatti scelse fra i tanti sinonimi inglesi della parola testardo proprio quella che nei dizionari compare principalmente sotto la voce asino . Donkey Kong nasce solo a causa del fallimento di un gioco uscito precedentemente, Radarscope.Il gioco fu ideato da un programmatore alle prime armi, Shigeru Miyamoto, ma che però nonostante tutto riuscì a creare due fra i personaggi più rappresentativi del mondo videoludico, ovvero Mario , e Donkey Kong . Nel team di sviluppo erano presenti anche Gunpei Yokoi e Hirokazu Tanaka rispettivamente alla programmazione e alle musiche. Lo sviluppo Il gioco , nella sua versione arcade, avrà due seguiti:Donkey Kong Jr.Consigli e trucchi Trucco dei punti: nel IV schermo, dopo che lo scimmione è caduto a terra, salta alla destra di Donkey Kong. Purtroppo a causa del più rapido scorrere del tempo il trucco perde ogni sua rilevanza poiché i punti bonus caleranno più velocemente di quelli guadagnati. Fuga dalla Palla di Fuoco: sempre nel IV schermo, se ti trovi vicino al bordo dello schermo e stai per essere colpito da una fiammella è il momento giusto per usare questo trucco. Un Trucco: Nello schermo I puoi rimanere sopra una scala senza preoccuparti dei barili che scendono dalle scali.Donkey Kong 3 è l ultimo capitolo della saga arcade di Donkey Kong firmata Nintendo del 1983. Indice 1 Le armi 2 Punteggio Schema Del Gioco Questa volta non c è Mario, ne come protagonista ne come antagonista. Troviamo invece il solito Donkey Kong nei panni del cattivo di turno e Stanley, un giardiniere imparentato con Mario e armato di insetticida. Lo scopo questa volta è di proteggere a colpi di insetticida le cinque piantine in fondo allo schermo e nello stesso tempo costringere DK a salire sopra lo schermo per poter passare allo schermo successivo. Le armi Nel gioco sono presendi due tipi di armi: l insetticida normale ed il super inetticida .Questa volta le parti si invertono: in questo gioco , infatti, il cattivo è Mario che, probabilmente alla fine del gioco precedente, ha catturato Donkey Kong., figlio dell illustre scimmione, impegnato a nel tentativo di salvare il proprio padre dalle grinfie del perfido Mario. Come nel gioco precedente, anche questa volta il gioco è composto da 4 schermi differeni e il 1 e 4 schermo sono ripetuti prima di poter raggiungere gli altri 2. Tetris è un videogioco di logica e ragionamento inventato da Alexey Pajitnov nel 1985, mentre lavorava per l Accademia delle Scienze di Mosca, Russia.Il gioco e le sue varianti, sono disponibili per qualunque consolle e sistema operativo, e addirittura in alcune calcolatrici grafiche, telefonini, PDA e l editor di testo GNU Emacs. Tetris appare nella lista dei migliori videogiochi di tutti i tempi e molti credono che Tetris sia il gioco più venduto di sempre, poiché disponibile nella maggior parte dei computer e consolle. Caratteristiche I vari pezzi del gioco di Tetris si chiamano tetramini. Ciascun tetramino è composto da quattro blocchi ciascuno, che cadono giù uno alla volta, e il compito del giocatore è ruotarli e o muoverli in modo che creino una riga orizzontale di blocchi senza buchi.Le sette possibili combinazioni in Tetris sono chiamate come le corrispondenti lettere dell alfabeto che più si avvicinano alla forma del pezzo: I, T, O, L, J, S, e Z. Tutti i pezzi possono completare righe singole o doppie, I, L, e J possono completare anche righe triple, e solo la I può completare quattro righe simultaneamente.L esempio più comune è quello dei giochi elettronici portatili, in cui l azione viene rappresentata su uno schermo LCD integrato, oppure i tabletop, identici per concezione ai giochi elettronici portatili, ma dotati di uno schermo più grande e pensati per essere utilizzati appoggiati ad un tavolo. Altresì non mancano altri esempi di usi diversi dell elettronica, fra i quali si possono citare il celebre gioco musicale Simon della Milton Bradley, nonché i numerosi flipper elettronici.Videogiochi e giochi elettronici Talvolta i videogiochi vengono erroneamente chiamati giochi elettronici, e viceversa. Il legame tra le due categorie spesso è molto forte, ma la distinzione si può attuare facilmente: i videogiochi sono dei software e funzionano grazie ad un apparecchio programmabile, mentre i giochi elettronici sono basati sull hardware e il loro funzionamento viene deciso con la progettazione stessa dell apparecchio, non a posteriori. I Game Watch sono una serie di circa 59 giochi elettronici portatili, fatti da Nintendo e inventati da Gunpei Yokoi dal 1980 al 1991. Essi sono composti di un corpo di materiale plastico simile a quello di una calcolatrice in cui sono integrati lo schermo LCD e i tasti d azione. Il suo design e la presenza di due schermi lo rende molto simile ad una delle ultime console portatili della Nintendo: il Nintendo DS I Game Watch vennero venduti in varie versioni che presentavano varie esperienze di gioco. Tra i giochi prodotti vi sono Chef, Fire, Greenhouse e Manhole, sviluppati unicamente in forma Game Watch, ma ci furono anche adattamenti di alcuni giochi del NES o arcade, come Donkey Kong, The Legend of Zelda, Super Mario Bros., Mickey Mouse e Balloon Fight. Come ogni fenomeno di massa, anche essi furono soggetti ad imitazioni, le più note sono quelle di Tiger Electronics, con la loro serie di giochi elettronici, e Tomy con gli schiacciapensieri. Al giorno d oggi, essi sono ricercati da parecchi collezionisti di videogiochi nella loro versione originale, mentre per il grande pubblico sono state create conversioni per Game Boy dei più importanti Game Watch nella serie Game Watch Gallery , che oltre ad includere una versione del gioco simile all originale, ne offrono un altra completamente riveduta sotto l aspetto grafico e sonoro. Indice 1 Caratteristiche 2 Curiosità G.Sicuramente il più rappresentativo tra i Game Watch, ebbe all epoca un clamoroso successo di vendite. Qui di seguito si riportano le principali caratteristiche di questa consolle. Caratteristiche Nello schermo inferiore Mario deve evitare i barili in transito saltandoli e facendo attenzione a non urtare con la testa una sbarra di ferro che gli passa sopra al secondo piano. Nello schermo superiore è ben visibile il celebre gorilla Donkey Kong che scaraventa addosso all omino i già citati barili da una lunga trave ubicata nella parte più alta. Il giocatore deve far saltare il protagonista dal bordo destro della propria piattaforma per scollegare quattro corde di sostegno della già citata trave che ospita Kong; dopo aver scollegato queste quattro corde , la trave di Kong cade in pezzi e quest ultimo precipita in terra rovinosamente, nell angolo inferiore destro dello schermo, procurando n 20 punti al giocatore. Più tempo impiega il giocatore a sfilare una corda alla trave di sostegno di Kong, più il gioco accelera e consequenzialmente aumenta la difficoltà. Una volta tirata una delle quattro corde, la velocità di gioco ritorna normale, ma proporzionata al punteggio del giocatore in quel momento. Più punti si ottengono, più la velocità del gioco aumenta anche se non all infinito, in quanto esiste un limite massimo alla stessa. Due le difficoltà di gioco: la A e la B ; quest ultima è la più elevata, in quanto sullo schermo inferiore le sbarre di ferro transitano incessantemente, anche 3 alla volta ed il gioco accelera più rapidamente della modalità A a parità di punti. Arrivando ai 300 punti con tutte e tre le vite a disposizione, si entrerà in una modalità tale per cui ciascun punto ottenuto varrà il doppio. Curiosità che salta ripetutamente agitando una campanella. Un curioso bug riscontrato in questa consolle può essere osservato aprendo leggermente lo sportellino delle due batterie a pastiglia: muovendo quest ultimo in modo da scollegare e ricollegare le batterie per attimi molto brevi e ripetitivamente, si può far letteralmente saltare tutti gli schemi del gioco. A volte si può riscontrare una velocità incredibilmente alta del gioco , in altri casi il gioco procede con una lentezza estrema . Altre volte appaiono simultaneamente più giocatori o più Donkey Kong oppure i due schermi si saturano di barili o di sbarre di ferro.Simon è un celebre gioco elettronico della Milton Bradley, inventato da Ralph Baer . Fu lanciato negli Stati Uniti nel 1978 e successivamente diffuso in tutto il mondo, conquistando un enorme successo e diventando un simbolo della cultura pop negli anni 80. Il gioco è una sorta di variante elettronica del gioco per bambini noto nel mondo anglosassone come Simon Says. Questi pulsanti si illuminano secondo una sequenza casuale; all illuminazione di ciascun pulsante è associata anche l emissione di una determinata nota musicale. Se riesce in questo compito, il giocatore si vede proporre una nuova sequenza, uguale alla precedente con l aggiunta di nuovo pulsante tono; la sequenza da ripetere diventa quindi sempre più lunga e il compito del giocatore più difficile. Il Simon originale non è più in produzione. Hasbro commercializza alcune varianti, tra cui un Simon da viaggio e un Simon evoluto con diverse possibili modalità di gioco . Un Tabletop, o gioco elettronico da tavolo, è un dispositivo elettronico dotato di schermo LCD, o a LED o di altra fattura, con cui si interagisce tramite joystick e o pulsanti integrati. La tecnologia è la stessa dei giochi elettronici portatili, ovvero circuiti logici e assenza di software, perciò ogni unità permetteva di giocare all unico gioco per cui era stata progettata. Queste unità erano pensate per essere utilizzate appoggiate su un tavolo, e spesso avevano l aspetto di piccoli cabinati da sala giochi, cosa che aumentava l appetibilità degli stessi tra il pubblico che ambiva a possedere un cabinato vero. I tabletop ebbero grande successo nella seconda metà degli anni 70 e la prima degli anni 80, per poi declinare con l affermarsi dei videogiochi casalinghi.Il nastro magnetico è un supporto destinato alla memorizzazione di dati che consiste in una sottile striscia in materiale plastico, rivestita di un materiale magnetizzabile. Praticamente tutti i nastri registrabili sono fatti utilizzando lo stesso tipo di tecnologia, siano essi utilizzati per il settore video ad esempio con un videoregistratore, per l audio, con nastro in bobine, musicassette, Digital Audio Tape , Digital Linear Tape e altri formati tra cui le vecchie cartucce a 8 tracce. L altro immenso campo applicativo della tecnologia di registrazione su nastro magnetico, prevalentemente utilizzato con dati in formato digitale, riguarda il computer e l informatica in genere, dove si è passati dall impiego della già citata musicassetta degli anni 80 sui primi home computer al DAT, usato per il backup su server e workstation degli anni 1990. I prodotti basati sulla tecnologia magneto-ottica sono stati sviluppati partendo da alcuni concetti utilizzati per il nastro magnetico, tuttavia hanno ottenuto uno scarso successo commerciale. Indice Nastri audio Nastro magnetico - Musicassetta audio, utilizzata anche negli home computer degli anni 1980. Ingrandisci Nastro magnetico - Musicassetta audio, utilizzata anche negli home computer degli anni 1980. La storia dei nastri utilizzati per la registrazione e la riproduzione audio è segnata da molte innovazioni tecnologiche rivoluzionarie, che hanno portato un enorme sviluppo: dalle bobine, estremamente delicate, difficili da caricare e facilmente soggette a danneggiamento, soprattutto alle estremità, si è passati alle prime cartucce e poi alle musicassette, ancor oggi molto diffuse. Nastri video Il nastro magnetico è un supporto molto comune, in particolare per la registrazione nelle videocamere.Il nastro Digital Video è diventato lo standard per le videocamere nel segmento consumer, mentre per le registrazioni professionali presso gli studi televisivi formati come DVCPRO, DVCAM e Betacam nelle varie versioni sono in uso da molti anni. Nastri per EDP Minicartridge DC 1000 da 20 mbyte, utilizzata per il backup nelle workstation degli anni 1990. Ingrandisci Minicartridge DC 1000 da 20 mbyte, utilizzata per il backup nelle workstation degli anni 1990. Nastro magnetico - Cartridge QIC da 2 gbyte, utilizzata per il backup nelle workstation degli anni 1990. Ingrandisci Nastro magnetico - Cartridge QIC da 2 gbyte, utilizzata per il backup nelle workstation degli anni 1990. Nastro magnetico - Cartridge DAT 4 mm, lungh.Ingrandisci Nastro magnetico - Cartridge DAT 4 mm, lungh.Il nastro magnetico fu utilizzato per registrare dei dati nel 1951, per il computer UNIVAC I Mauchly-Eckert. La densità di registrazione era di 128 caratteri per pollice ad una velocità lineare di 100 ips , con un trasferimento di 12.800 caratteri al secondo. I computer IBM della fine degli anni 1950 utilizzavano nastri simili a quelli in uso nella tecnologia di registrazione audio, ricoperti da uno strato di ossido metallico, ben presto la tecnologia IBM divenne lo standard di fatto nel settore.400 piedi e da 4.800. Le prime unità a nastro IBM erano piuttosto complesse da un punto di vista meccanico ed impiegavano il vuoto nelle colonne destinate a raccogliere la quantità nastro che doveva servire da buffer per evitare strappi alle bobine e garantire continuità anche nelle partenze e fermate del nastro stesso. L immagine delle bobine che si muovono in maniera asincrona, fermandosi e ripartendo senza soluzione di continuità, è rimasta nel cinema e di conseguenza anche nell associazione che molti ancor oggi compiono con l informatica. Le variazioni sulla tecnologia del nastro in bobina non tardarono ad arrivare, prima con il LINCtape : possedevano un sistema di formattazione a traccia fissa che permetteva di leggere e riscrivere nello stesso posto dei blocchi predefiniti di dati. La capacità e il transfer rate erano simili ai dischetti che li hanno sostituiti, ma il tempo di accesso seek time andava dai trenta secondi al minuto. I sottosistemi a nastro più moderni utilizzano bobine molto più piccole, dal momento che la densità di registrazione è aumentata, le stesse sono collocate dentro una cartridge per proteggere il nastro e facilitarne la manipolazione.Un unità a nastro utilizzava motori passo-passo per avvolgere il nastro da una bobina all altra, mentre questo veniva mantenuto in contatto con una testina di lettura scrittura, per mezzo del capstan. Sui primi nastri venivano utilizzate sette tracce parallele di dati lungo tutta la lunghezza del nastro, ciò permetteva di memorizzare o leggere simultaneamente sei bit più il bit di parità.Il nastro era dotato di indicatori riflettenti in corrispondenza delle due estremità, che segnalavano l inizio beginning of tape e la fine end of tape all unità a nastro. In seguito sono stati utilizzati molti tipi di nastro magnetico con diversi formati, ma le caratteristiche fondamentali sono peraltro piuttosto generalizzabili. Nei formati più utilizzati, i dati sono scritti sul nastro a blocchi spaziati tra loro, ciascun blocco viene scritto in una singola operazione, mentre il nastro si muove uniformemente durante la scrittura. Tuttavia, dal momento che la velocità alla quale il nastro viene letto o scritto è non deterministica, un unità a nastro è progettata per far fronte alla differenza tra la velocità alla quale i dati vengono letti o scritti e quella dei dati inviati o richiesti dal sistema che lo controlla. Sono molti i metodi che possono essere utilizzati, singolarmente o combinandoli tra loro per garantire il funzionamento ottimale annullando l effetto di tali differenze nel trasferimento dei dati. Un ampio buffer di memoria, spesso un vero e proprio spool, come pure un controllo meccanico: il drive può essere arrestato, tornare leggermente indietro e riavviato. Inoltre il sistema che controlla il drive può comandare l impiego di una diversa dimensione del blocco che viene scritto o letto sul nastro per ciascuna singola operazione. La ricerca di un compromesso tra la dimensione del blocco, l ampiezza del buffer dei dati, la percentuale di nastro perso nella spaziatura tra i blocchi e la velocità incidono in maniera consistente sulla quantità dei dati complessivi che vengono letti e scritti sul nastro. Molte unità a nastro in uso negli anni più recenti includono il supporto per un qualche tipo di compressione dei dati. Vengono utilizzati a questo scopo diversi algoritmi, che forniscono risultati piuttosto simili: LZ , IDRC , ALDC e DLZ1 . Gli algoritmi utilizzati non sono in realtà tra i più efficienti disponibili oggi, per questo motivo la soluzione migliore per l utilizzo per le applicazioni di backup è ottenibile disabilitando la compressione disponibile nell unità a nastro e utilizzando invece un software di compressione. La recente diminuzione del costo dei dischi fissi e le migliorie costruttive che ne hanno determinato un generale aumento di affidabilità hanno via via diminuito il ricorso al nastro magnetico. Questo tuttavia rimane in uso in molti centri di elaborazione dati, soprattutto per ragioni di gestione di archivi già precostituiti e per il costo per bit piuttosto basso. Syndicat des Constructeurs d Appareils Radiorécepteurs et Téléviseurs, ovvero Sindacato dei Costruttori di Apparecchi Radioricevitori e Televisori. Con SCART si intende in genere sia il cavo SCART che la presa SCART, sebbene ovviamente in certi casi sia necessario specificare di cosa si sta parlando, ai fini della chiarezza del discorso. La presa SCART è un particolare tipo di connettore utilizzato nei televisori e negli apparecchi che ad esso devono essere collegati, come videoregistratori, decoder, DVD-recorder. La presa è dotata di 20 piedini o pin , ognuno dei quali veicola un segnale elettrico analogico, che può uscire o entrare nella presa SCART. Il bordo metallico della presa e del cavo che ad essa si connette funge da ventunesimo contatto, e veicola la massa della schermatura. Il connettore SCART può venir definito,piuttosto raramente, anche connettore Peritelevisione o Euroconnettore. Indice Storia Prima dell introduzione di questo standard, introdotto nel 1978 ma entrato in uso negli anni successivi, Gli apparecchi televisivi e i videoregistratori adottavano numerosi sistemi per permettere il collegamento. Oltre al classico connettore d antenna si avevano connettori secondo lo standard DIN negli apparecchi di costruzione europea o connettori RCA negli apparecchi d oltreoceano. C erano inoltre differenze fra i livelli dei segnali video tali per cui talvolta non era possibile ottenere un collegamento di qualità accettabile.Alla fine degli anni ottanta lo standard venne esteso per permettere di veicolare anche i segnali S-Video ovvero segnali con luminanza e crominanza separati, ottenendo un ulteriore aumento della qualità del segnale video.Piedinatura Qui di seguito è possibile vedere lo schema numerato dei piedini della presa SCART .Come si può notare la cornice metallica esterna non è simmetrica, questo permette di garantire il corretto orientamento della spina quando la si inserisce e permette inoltre di avere un ulteriore riferimento per risalire alla numerazione dei piedini. Il piedino numero 20 è quello più vicino al lato sagomato della cornice, il piedino 1 è quello dal lato opposto. Schema della presa SCART Ingrandisci Schema della presa SCART Il segnale di commutazione destinato inizialmente alla sola commutazione da segnale interno a segnale esterno ha assunto ora i seguenti significati: Il segnale di Blanking viene utilizzato anche per commutare dal modo RGB a quello videocomposito: I segnali RGB vengono usati molto raramente dai videoregistratori, in pratica solo gli apparecchi professionali sono in grado di accettare i tre segnali separati.Invece è molto comune usare il segnale RGB per collegare apparecchi come DVD e ricevitori satellitari, il che garantisce un ottimo collegamento, con la massima qualità di immagine possibile. Vantaggi Il collegamento SCART ha il vantaggio di evitare la necessità di trasformare i segnale video e audio in un segnale in radiofrequenza nel videoregistratore o nel riproduttore di DVD e di dover fare la trasformazione inversa nel televisore, operazioni che degraderebbero la qualità di tali segnali. Inoltre visto il numero non illimitato di canali radio disponibili e l attuale affollamento delle bande televisive il collegamento diretto tramite il cavo SCART permette di poter collegare facilmente un maggior numero di sorgenti di segnale senza problemi di interferenze. Il collegamento di un apparecchio con il televisore tramite il cavo SCART è molto semplice, in quanto non necessita di alcuna operazione di sintonizzazione del televisore. I moderni televisori dispongono sempre di almeno una coppia di tali ingressi, ma apparecchi con 4 o 5 ingressi AV non sono rari. Inoltre sfruttando il segnale di commutazione il televisore passa automaticamente sull appropriato ingresso AV quando l apparecchio ad esso collegato viene acceso. Ovviamente se si vogliono registrare programmi diversi da quello che si sta visionando è necessario che anche il videoregistratore sia collegato all impianto d antenna. Limitazioni Non essendo previsto nessun sistema di bloccaggio del connettore è piuttosto frequente il suo parziale sfilamento che può causare malfunzionamenti. Nei cavi economici i vari segnali vengono convogliati in un unico cavo multipolare schermato anziché in una serie di cavi singoli.Il televisore, anche chiamato impropriamente televisione, è il dispositivo elettronico che permette di fruire della televisione. È costituito essenzialmente da tre sistemi principali: il ricevitore, che appunto riceve le onde eletteromagnetiche dall antenna e le converte in segnali elettrici; il sintonizzatore, che permette di decidere quale dei numerosi canali ricevuti vogliamo visualizzare; e infine, naturalmente, lo schermo, che trasforma in immagini quelli che prima erano solo segnali elettrici. Questi tre oggetti possono essere fisicamente realizzati in modi differenti, dando luogo a tipi differenti di televisori: il ricevitore può accettare segnali di tipo analogico o digitale: si parla in questi casi di TV analogica e TV digitale; il tipo di sintonizzatore varia parallelamente al tipo di ricevitore: in caso di ricevitore analogico, il sintonizzatore sarà, in sostanza, un circuito oscillante che, a seconda della frequenza di oscillazione, permette di sintonizzare una stazione piuttosto che un altra. Nel caso del ricevitore digitale, invece, il sintonizzatore è alquanto più complesso: oltre ad una parte analoga al sintonizzatore analogico, infatti, è presente un circuito che elabora ulteriormente il segnale in modo da distinguerlo a seconda di altri parametri caratteristici del segnale: Questa molteplicità di parametri, unita alla possibilità dei dati digitali di essere compressi, fa sì che sia possibile trasmettere all interno di una banda di frequenza analoga a quella analogica non uno ma anche 4, 6 o addirittura 10 canali ; lo schermo, infine, può essere essenzialmente di 3 tipi: il classico tubo catodico, presente inizialmente in tutti i televisori, ma successivamente affiancato da altre tecnologie; al plasma, a cristalli liquidi, e, più recentemente, a OLED , ovvero funzionanti tramite minuscoli diodi luminosi . Nota: in realtà anche i televisori cosiddetti digitali hanno uno stadio iniziale analogico, dal momento che l informazione digitale, al momento della trasmissione, viene comunque convertita in un onda elettromagnetica, ovvero in un segnale analogico, che poi viene interpretato come digitale dal ricevitore del televisore. Questa categoria raccoglie gli articoli di teoria dei segnali in Wikipedia. Va segnalato che alcune questioni riguardanti la teoria dei segnali sono considerate anche in ambito matematico.In matematica e nella teoria dei segnali, la trasformata-z converte un segnale discreto nel dominio del tempo in una rappresentazione nel dominio della frequenza. La trasformata discreta in coseno , è la più diffusa funzione che provvede alla compressione spaziale, capace di rivelare le variazioni di informazione tra un area e quella contigua trascurando le ripetizioni; la funzione che supporta la compressione temporale è affidata invece ad un apposito vettore movimento che individua le componenti dinamiche tralasciando quelle statiche. É una trasformata simile alla trasformata discreta di Fourier , ma fa uso solo di numeri reali. É equivalente a una DFT di lunghezza circa doppia, che opera su funzioni reali e dispari , dove in alcune varianti l input e o l output sono traslati di mezzo campione. La trasformata di Fourier è una trasformata integrale fra le più importanti della matematica, con innumerevoli applicazioni nelle scienze, in particolare la fisica , e in matematica stessa . Nella teoria dei segnali, la trasformata di Fourier viene interpretata come rappresentazione di un segnale in termini di frequenze e relative ampiezze. La trasformata di Fourier fu sviluppata dal matematico francese Jean Baptiste Joseph Fourier nel 1822, nel suo trattato Théorie analytique de la chaleur. La Teoria dei segnali studia le proprietà matematiche e statistiche dei segnali, definiti come funzioni matematiche da R in Rn, dove la variabile indipendente è solitamente il tempo, la cui legge di associazione non solo non è analitica , ma può anche essere del tutto ignota . Si divide in due grandi branche a seconda del tipo di segnali in esame: i segnali determinati o deterministici, di cui è possibile predire il valore in un qualunque istante a piacere, e i segnali stocastici o aleatori, il cui valore non è prevedibile, ma su cui è possibile fare soltanto delle stime statistiche. Oggetto della teoria dei segnali sono lo studio degli effetti della trasmissione dei segnali attraverso un canale di comunicazione e la degradazione che questo subisce nel passaggio, la misura del loro contenuto informativo e le possibili trasformazioni che questo può subire.sps è l acronimo di Sample per Second . Nella teoria dei segnali rappresenta l unita di misura della frequenza di campionamento. Nella conversione dei segnali analogico digitali, un segnale analogico tempo continuo viene convertito in una serie di campioni tempo-discreti di periodicità Ts , ogni campione prende il nome di sample, il numero di campioni per unità di tempo prende il nome di frequenza di campionamento. Tipicamente sono utilizzati multipli del sps, in particolare : ksps e Msps . Il rumore termico è la più comune forma di degradazione di un segnale.La risposta in frequenza è un potente strumento per caratterizzare il comportamento di un sistema lineare, sottoposto a sollecitazioni variabili nel tempo. Il concetto base consiste nello stabilire quale é la relazione fra ingresso e uscita del sistema, quando la sollecitazione applicata e la risposta sono sinusoidi. Dato che qualsiasi segnale d ingresso periodico pu essere scomposto in una serie di sinusoidi di frequenze diverse, se si conosce l insieme delle risposte alle varie frequenze in ampiezza e fase, é possibile ricostruire il segnale d uscita senza dover effettuare calcoli specifici per ognuno degli infiniti tipi di forme d onda di ingresso. Si tratta quindi di un metodo per modellizzare il comportamento di sistemi complessi consentendone una rapida ed efficiente analisi in presenza di ingressi tempo-varianti. La stessa analisi, condotta senza ricorrere al concetto di risposta in frequenza, sarebbe molto più gravosa dal punto di vista modellistico e computazionale. In elettronica e telecomunicazioni è un concetto onnipresente, in quanto ogni stadio di elaborazione di un qualsiasi segnale è identificato proprio grazie alla sua risposta in frequenza. Tipici esempi di questa identificazione sono i filtri elettronici o ottici, circuiti in grado di elaborare il segnale privandolo appunto di alcune sue componenti frequenziali, spesso per ripulirlo da disturbi. Sono detti filtri passa basso, passa-banda o passa alto proprio grazie alla loro peculiarità di lasciar passare frequenza basse, intermedie o elevate. Quando si misura una grandezza, l insieme di valori che essa puo assumere in natura è un insieme continuo e composto da infiniti punti. Perché una grandezza sia trasmissibile e codificabile con un numero finito di bit, è però necessario far sì che possa assumere solo un numero finito di valori discreti; ciò avviene tramite la quantizzazione. Il valore possibile della grandezza in questione viene innanzitutto limitato tra un massimo e un minimo, che definiscono la dinamica del quantizzatore; inoltre, il suo valore verrà ricondotto al più prossimo di quelli definiti. La quantizzazione può essere di due tipologie: uniforme e non uniforme. Quantizzazione uniforme La dimensione degli intervalli in cui si suddivide l insieme dei possibili valori è sempre uguale.Detto n il numero di bit del quantizzatore, Quantizzazione non uniforme Si creano intervalli più piccoli dove la concentrazione di valori dei campioni è più alta, prestando quindi più attenzione nella quantizzazione di valori che si presentano con maggiore probabilità. La quantizzazione è un processo irreversibile, che modifica il segnale originario, approssimandone il valore con uno vicino, ma non identico.La potenza media del rumore di quantizzazione si calcola come sq2 2 f2 fc Rapporto Segnale-Rumore Il rapporto tra il segnale ed il rumore, in uscita da un sistema di comunicazione è un parametro importante per definire la qualità della comunicazione stessa.Viene stabilito prima della realizzazione del sistema di comunicazione un tetto massimo oltre il quale non si può salire perché la qualità sia accettabile . Dimensionare un sistema significa anche scegliere il corretto numero di bit per quantizzare il segnale trasmesso: in queste formule compare sempre un termine 2 n, che verrà appunto scelto per fare in modo di rispettare le specifiche. Si deve inoltre ricordare che il dimensionamento del sistema va fatto considerando il caso peggiore in cui ci si potrebbe venire a trovare: dato che il rumore è inversamente proporzionale alla frequenza di campionamento, il caso peggiore in relazione ad fc sarà fc 2f2. La modulazione di fase, abbreviata come PM , è una tecnica di modulazione di un segnale e si ottiene variando la fase della portante rispetto al suo valore in assenza di modulazione, proporzionalmente al valore istantaneo dell ampiezza del segnale. A differenza di altri metodi di modulazione come modulazione d ampiezza e modulazione di frequenza, la modulazione di fase non è molto usata . La modulazione di fase infatti tende a richiedere apparati riceventi più sofisticati e possono esservi problemi di ambiguità nel distinguere un segnale a fase 0 o a fase 180 . Per modulazione si intende la tecnica di trasmissione di un segnale elettromagnetico per mezzo di un altro segnale elettromagnetico detto portante. I segnali da modulare possono rappresentare le informazioni più diverse: audio, video, dati. In generale, il motivo per cui si utilizza la modulazione risiede nel fatto che i segnali rappresentanti le informazioni da trasmettere sono in prevalenza di natura passa-basso , mentre i canali trasmissivi che più comunemente si utilizzano sono di natura passa-banda. Occorre quindi convertire in frequenza, mediante tale operazione, lo spettro del segnale elettromagnetico rappresentante l informazione; inoltre, l impiego di questa tecnica permette di trasmettere segnali elettrici a grande distanza. L onda portante è un onda elettromagnetica a frequenza ben determinata, che può essere trasmessa in aria, nel vuoto o tramite un mezzo materiale opportuno. In caso di trasmissioni laser in fibra ottica o in aria libera, invece della frequenza portante, viene tipicamente indicata la lunghezza d onda della portante. Esistono diversi tipi di modulazione analogica: La trasmissione dalla trasmittente alla ricevente ovviamente deve essere fatta usando la stessa portante e lo stesso tipo di modulazione, ad esempio: 10MHz come portante, AM-SSB come modulazione. Per approfondire, vedi le voci radio e ponte radio. Modulazione digitale Con il termine di modulazione digitale, si indica una tecnica di modulazione in cui il segnale da modulare rappresenta un informazione in formato binario, cioè tale da assumere solo due possibili valori .Combinando la modulazione ASK e PSK si ottiene la modulazione di ampiezza in quadratura QAM, che viene così chiamata perché si può ottenere modulando in ampiezza due portanti della stessa frequenza, poi sommate in quadratura di fase . Altre tecniche di modulazione più complicate, rese possibili dall integrazione elettronica di funzioni complesse in microchip, sono quelle che prevedono la modulazione di un numero elevato di portanti simultaneamente, in modo da minimizzare le interferenze reciproche.Modulazione impulsiva La modulazione impulsiva è un tipo di modulazione digitale in cui l informazione è codificata in una serie di impulsi.La larghezza di banda è la sua velocità di trasmissione dell informazione: nel caso delle comunicazioni digitali la banda si misura direttamente in bit al secondo , mentre per le comunicazioni analogiche la banda si misura in modo indiretto, ed è data dall intervallo di frequenze occupato dal segnale: per esempio, una comunicazione telefonica analogica occupa le frequenze che vanno da 300 a 3400 Hz, quindi ha una banda di 3100 Hz . L intervallo di frequenze è strettamente correlato alla quantità di informazione che può fluire attraverso un canale, in base al teorema del campionamento di Nyquist-Shannon. Per banda di un canale di comunicazione si intende la sua massima velocità di trasmissione, cioè la massima quantità di informazione che esso può trasmettere nell unità di tempo ; per banda di un segnale si intende invece la minima velocità di trasmissione necessaria perché possa essere trasmesso senza errori o distorsione . Nel caso delle comunicazioni digitali il concetto è, come già detto, semplice: nel caso analogico invece il significato di banda è più articolato ed ha a che fare con i limiti di frequenza e con il rumore di fondo. Indice Banda passante In elettronica ci si riferisce comunemente alla banda nel senso di banda passante, cioè l intervallo di frequenze che un dato segnale contiene, o che un dato apparecchio è in grado di trattare. Più specificamente, data la risposta in frequenza di un dato dispositivo o segnale, la sua banda passante è la differenza fra le due frequenze minima e massima che esso lascia passare. Allo stesso modo l ampiezza di banda di un filtro elettronico è la parte del responso di una frequenza di un filtro che giace all interno di 3 dB del suo picco. Banda di un segnale analogico Per i segnali analogici la banda è l intervallo di frequenze che contengono la maggior parte dell energia del segnale: in teoria infatti il contenuto di frequenze di un segnale analogico è infinito: perciò la banda da assegnare ad un dato segnale è scelta in base ad un criterio di tipo utilitaristico e le parti al di fuori dell intervallo di frequenza scelto vengono eliminate con dei filtri, esplicitamente o implicitamente. Per esempio, un segnale audio ha una banda che va da 20 a 20.000 Hz , anche se esistono alcune persone capaci di udire anche al di là di questi limiti; una trasmittente radio FM ha una banda di 50 kHz, anche se lo spettro di frequenza prodotto dalla modulazione ha armoniche anche molto al di là di questo limite. Banda di un canale di comunicazione analogico Nel caso di un canale di comunicazione analogico la banda passante è determinata dall intervallo di frequenze che tale canale è in grado di trasmettere efficacemente; la quantità di informazione che il canale è capace di portare, invece, dipende non solo dalla banda passante ma anche dalla gamma dinamica che il canale è in grado di garantire . Rapporto fra banda digitale e banda analogica L equivalenza fra i due tipi di banda è data dall operazione di campionamento necessaria per trasformare un segnale analogico in uno digitale: per farlo dobbiamo stabilire la frequenza di campionamento e il numero di bit di ciascun campione, stabilendo così una banda digitale equivalente a quella analogica. Il teorema del campionamento ci dice che, per poterlo rendere correttamente, un segnale analogico deve essere campionato almeno ad una frequenza doppia della sua banda passante; per il numero di bit per campione dobbiamo confrontare il rapporto segnale rumore del nostro segnale con la dinamica di campionamento, che è di 6 dB per ogni bit per campione utilizzato, e adottare un numero di bit per campione che ci garantisca una dinamica almeno pari a quella originale. Così, per esempio, una conversazione telefonica che ha una banda di 3100 Hz e un rapporto segnale rumore di circa 45 dB può venire digitalizzata con 8 bit per campione e una frequenza di 6200 Hz ottenendo una banda digitale di 48,5 kbit s . Questo risultato sembrerebbe essere in contraddizione con l esistenza dei modem analogici V90 a 56K: come è possibile che questi possano trasmettere 56 kbit s attraverso un canale che ne porta solo 48,5? Per capirlo, bisogna prima notare che il collegamento di questi modem è asimmetrico: ricevono dalla centrale telefonica a 56K ma trasmettono a 33,6 kbit s. Il trucco sta nello sfruttare il convertitore digitale-analogico della centrale telefonica, pilotandolo direttamente dal circuito modulatore e abbassando il rumore di conversione: questo permette di aumentare il rapporto segnale-rumore e quindi la dinamica disponibile. La Frequenza di taglio è un parametro di definizione delle proprietà dei filtri elettrici passa basso e passa alto . Definizione Per esempio un filtro passa basso, data una frequenza di taglio, lascia passare solo le frequenze inferiori a questa, attenuando quelle superiori; un filtro passa alto, data una frequenza di taglio, lascia passare solo le frequenze superiori a questa, attenuando quelle inferiori. La parte in cui l uscita non risulta attenuata viene detta banda passante, e nel caso di un filtro passa basso si identifica con la sua frequenza di taglio . Come frequenza di taglio viene presa quella frequenza in cui sussiste la seguenta relazione frac V u V i frac 1 sqrt 2 dove Vu segnale in uscita dal filtro, dove Vi segnale in ingresso al filtro. La frequenza di taglio è quella frequenza che impone ad un segnale di uscita, rispetto a quello di entrata uno sfasamento pari a 45 o una attenuazione di frac 1 sqrt 2 Spesso parlando di filtri si indica come unità di misura il dB : così la frequenza di taglio viene definita come la frequenza in cui l attenuazione del sistema è pari a 3dB.La frequenza di campionamento è la misura espressa in Hertz del numero di volte al secondo in cui un segnale analogico viene misurato e memorizzato in forma digitale. Ogni singola misurazione del segnale corrisponde ad un numero memorizzato, e viene detta campione; nella produzione dei campioni avvengono generalmente innumerevoli errori di campionamento, ascrivibili soprattutto alla stessa forma digitale con cui sono memorizzati, che per forza di cose deve essere rappresentata su un numero di cifre finito; se nella teoria è sufficiente, nota la larghezza di banda del segnale, applicare il Teorema del campionamento di Nyquist-Shannon per ottenere la frequenza ideale, tale da consentire la completa ricostruzione del segnale a partire dai suoi campioni, nella pratica la ricostruzione perfetta risulta spesso impossibile, ed anzi si introducono volontariamente degli errori di precisione per ridurre il numero di cifre necessarie, procedimento che prende il nome di quantizzazione. Nella maggior parte delle applicazioni ciò non costituisce un problema, perché una rappresentazione approssimata è più che sufficiente a consentire un interpretazione corretta del segnale . Nella teoria dell informazione, la distanza di Hamming tra due stringhe di ugual lunghezza è il numero di posizioni nelle quali i simboli corrispondenti sono diversi. In altri termini, la distanza di Hamming misura il numero di sostituzioni necessarie per convertire una stringa nell altra, o il numero di errori che hanno trasformato una stringa nell altra. Indice Esempi Il peso di Hamming di una stringa è la sua distanza di Hamming dalla stringa nulla della stessa lunghezza. Quindi è il numero di elementi diversi da zero di una stringa: per una stringa binaria è semplicemente il numero di 1; per esempio, il peso di Hamming di 11101 è 4. Proprietà Per una fissata lunghezza n la distanza di Hamming è una metrica sullo spazio vettoriale delle stringhe aventi quella lunghezza, poiché soddisfa le condizioni di non negatività, identità di due elementi aventi distanza nulla, simmetria, e si può dimostrare mediante induzione completa che essa soddisfa anche la disuguaglianza triangolare. La distanza di Hamming tra due elementi a e b è il peso di Hamming di a - b, per un appropriata scelta dell operatore - . Per due stringhe binarie a e b essa è equivalente all operazione a xor b. È anche equivalente alla distanza della geometria del taxi tra due vertici di un ipercubo n-dimensionale, dove n è la lunghezza delle stringhe. Storia e applicazioni La distanza di Hamming prende il suo nome da Richard Hamming, che la introdusse nel suo fondamentale lavoro sui codici per il riconoscimento e la correzione degli errori. Viene usata nelle telecomunicazioni per contare il numero di bit errati un una parola binaria a lunghezza fissa, allo scopo di stimare l errore. L analisi del peso di Hamming dei bit viene usata in diverse discipline, tra le quali la teoria dell informazione, la teoria dei codici e la crittografia. Però, per confrontare stringhe di lunghezze differenti, o stringhe per le quali ci si aspettano anche inserimenti e cancellazioni, oltre alle sostituzioni, è più appropriato usare metriche più sofisticate, come la distanza di Levenshtein. La delta di Dirac, o impulso di Dirac, introdotta da Paul Dirac, è una funzione generalizzata la cui introduzione formale ha spianato la strada per lo studio della teoria delle distribuzioni. La funzione delta è una funzione nulla nei punti diversi dallo zero utilizzata per rappresentare approssimativamente fenomeni come i picchi alti e stretti di alcune funzioni o le loro discontinuità: è lo stesso tipo di astrazione che si fa per la carica puntiforme, la massa puntiforme, l elettrone puntiforme. Grafico della delta di Dirac Ingrandisci Grafico della delta di Dirac Indice 1 Precedenti definizioni della delta di Dirac 1 Parità 2 Prodotto per uno scalare 3 Traslazione 4 Riscalamento 5 Prodotto per una funzione 6 Derivata del gradino 7 Convoluzione 8 Trasformata di Fourier 9 Derivate della delta La definizione di Dirac Formalmente la delta di Dirac viene definita dalla seguente notazione: valida per ogni funzione continua in un intorno dello zero. Questa definizione fu introdotta per la prima volta da Dirac alla fine degli anni 20 nelle sue ricerche sulla meccanica quantistica. Si noti che, pur utilizzando il simbolo dell integrale, l operazione non è di integrazione, ma di applicazione di un funzionale ad una funzione test f.Nonostante sia facilmente dimostrabile che non può esistere alcuna funzione con le proprietà della delta di Dirac, questa definizione si rivelò operativamente molto utile e fu presto adottata in molti ambiti della fisica e delle scienze applicate. Anche per Dirac era chiaro che la delta non era una funzione nel senso usuale; la sua idea era che il valore della delta nel punto 0 fosse un infinito di grado abbastanza elevato da permettere la proprietà definitoria.In pratica, la funzione delta di Dirac delta : mathbb R rightarrow mathbb R è definita come una distribuzione la cui immagine d è omeomorfa alla funzione gradino di Heaviside h : mathbb R rightarrow mathbb R con h : frac 1 rm sgn x 2 e soddisfa la seguente equazione integrale: Precedenti definizioni della delta di Dirac Prima ancora della definizione formale, i matematici del passato avevano la necessità di definire una funzione di tipo impulsivo, che rappresentasse cioè un fenomeno fisico di durata infinitesima.Definizione rigorosa Formalmente, la delta di Dirac può essere definita come una distribuzione, vale a dire un funzionale lineare su un opportuno spazio di funzioni. Chiamiamo D lo spazio di funzioni considerato: presa una funzione f ?Dalla definizione si evince che la delta può agire su qualunque funzione che abbia un ben definito valore nel punto 0, quindi D può essere un qualsiasi spazio i cui elementi soddisfino questa proprietà. È facile convincersi che la delta non è una distribuzione regolare, cioè che non può esistere una funzione d tale che tuttavia, principalmente per comodità, la notazione integrale è largamente utilizzata. Proprietà e operazioni della delta di Dirac Diamo di seguito la definizione delle proprietà principali della Delta e delle operazioni che possiamo effettuare su di essa Parità Delta è una funzione pari in quanto è facile provare che Prodotto per uno scalare Per definizione di distribuzione si ha int - infty infty a delta operatorname phi operatorname d t a int - infty infty delta operatorname phi operatorname d t Traslazione Dalla definizione di distribuzione Riscalamento Dalla definizione della delta Diamone la dimostrazione int - infty infty delta operatorname phi operatorname d t 1 over a int - infty infty delta operatorname phi operatorname d t 1 over a operatorname phi int - infty infty 1 over a delta operatorname phi operatorname d t Il primo passaggio è lecito se si considerano separatamente a 0 e a 0, e trovando che il risultato è definito a meno del segno - Prodotto per una funzione Data una funzione operatorname alpha di classe C infty, si ha Diamone la dimostrazione int - infty infty delta operatorname phi operatorname d t int - infty infty delta operatorname phi operatorname d t operatorname alpha operatorname phi int - infty infty delta operatorname phi operatorname d t Derivata del gradino La funzione delta è la derivata della funzione gradino operatorname u . Diamone la dimostrazione eseguendo una integrazione per parti, e applicando quindi le proprietà degli integrali e del gradino int - infty infty operatorname u operatorname phi operatorname d t operatorname - int - infty infty operatorname u operatorname phi operatorname d t operatorname - int 0 infty operatorname phi operatorname d t operatorname - 0 infty operatorname phi int - infty infty operatorname delta operatorname phi operatorname d t Tale definizione è il punto di partenza per calcolare la derivata distribuzionale di una funzione, ossia la sua derivata nel senso delle distribuzioni. Tale calcolo si effettua addizionando alla derivata ordinaria della funzione gli impulsi concentrati nei punti di discontinuità della funzione, con area pari al salto della funzione nei punti stessi.Possiamo effettuare la dimostrazione inversa, ossia dimostrare che operatorname u è primitiva di operatorname delta osservando che int a b operatorname delta left begin matrix 1, mbox se a 0 b 0 notin end matrix right. Dalle proprietà dell integrale di Riemann sappiamo che L unica funzione che soddisfa tale vincolo è il gradino. Convoluzione Il prodotto di convoluzione di una funzione per la delta è uguale a Trasformata di Fourier La Trasformata di Fourier della delta è la funzione costante pari a 1. Diamone la dimostrazione a partire dalla definizione di trasformata di Fourier delle distribuzioni int - infty infty mathfrak F operatorname phi d omega int - infty infty operatorname delta mathfrak F d omega mathfrak F omega 0 int - infty infty operatorname phi dt Derivate della delta La derivata della delta di Dirac si ottiene in modo simbolico utilizzando ancora una volta l integrale con una funzione di prova, e integrando per parti: Il termine finito va a zero sfruttando il fatto che la delta di Dirac è una funzione nulla al di fuori dell origine.La relazione si può generalizzare alle derivate successive, iterando l espressione per la derivata prima della delta: Ulteriori definizioni La funzione delta può essere considerata come il limite di alcune particolari successioni ossia che la successione degli integrali tenda a f per tutte le funzioni continue f. Ecco alcune tra le successioni: Nota: se d è una distribuzione di probabilità su tutto l asse reale può essere costruita sulla sua funzione caratteristica come segue: dove è la funzione caratteristica di d.Significato fisico La funzione delta può essere pensata come la densità di un punto.converga ad M. Essendo f 0 al di fuori di D l integrale può essere esteso a tutto lo spazio e si può quindi scrivere: Ora, se immaginiamo di restringere la regione V senza variare la massa del corpo, la densità di questo dovrà conseguentemente aumentare e tenderà all infinito al tendere di V al singolo punto: vogliamo, quindi, trovare un espressione come densità limite per la densità del corpo puntiforme. Per semplicità consideriamo un corpo con densità costante e a una regione V sferica con raggio R; il volume di V sarà e la corrispondente densità e in questo modo Se si considera il limite avverrà che f 8 per x 0, f 0 per x?0, da cui e questo vuol dire che f non è assimilabile alla densità di un punto di massa M. Consideriamo allora un diverso tipo di limite per le densità fR: il cosiddetto limite debole.Questa formula mostra che il limite debole della successione fR, è il funzionale che associa alla funzione h il valore M h, questo limite, che indichiamo simbolicamente M d, è la densità cercata; infatti, posto h 1, abbiamo dove il primo integrale è un espressione simbolica con cui si sottointende il passaggio al limite. In un circuito RC la costante di tempo è una misura del tempo di risposta caratteristico del circuito.Il valore di questa costante si ottiene come prodotto della resistenza e della capacità elettrica del circuito: se R viene espresso in ohm e C in farad, t risulta espresso in secondi. In pratica é il tempo richiesto per caricare il condensatore, attraverso il resistore, al 63,2 della sua capacità di carica totale; oppure per scaricarlo al 36,8 del suo voltaggio iniziale.oppure, equivalentemente, Alcune equazioni condizionali: Altre equazioni utili sono: 4 cdot tau 2 cdot tau Costanti tempo e frequenze di taglio considerate standard Per la pre-emphasis de-emphasis dei filtri RC: Nella teoria dei segnali si definisce coppia di Poiret un sistema ordinato di impulso-risposta in cui la convergenza non influisce in alcun modo su un numero discreto n di valori trasformati unilateri quando il sistema è stabile rispetto all intervallo di tempo preso in considerazione. Per una coppia di Poiret qualsiasi A, f vale la disequazione di commensurabilità: n right rfloor, forall a in A così come il limite di semicasualità di Chebyshev: Curiosità Ha destato interesse presso la comunità scientifica il recente annuncio di uno studio accurato delle coppie di Poiret per mezzo di supercomputer per conto dell Agenzia Spaziale Europea nell ambito di un programma volto alla ricerca delle proprietà dei superfluidi nel vuoto. Il 180 nm è un processo produttivo della tecnologia dei semiconduttori con cui vengono prodotti i circuiti integrati a larghissima scala di integrazione. Questa misura è significativa del processo e dà un idea della effettiva capacità del processo di integrare un gran numero di componenti in un singolo chip. Entrato in produzione alla fine degli anni 90, è ancora utilizzato per una larghissima famiglia di prodotti come cellulari, processori, memorie, GPS eccetera.Attualmente sono in fase di studio processi con larghezza di canale di 65 nanometri e inferiori. Il processo costruttivo a 32 nm è l evoluzione del prossimo processo a 45 nm utilizzato per i microprocessori Intel e AMD. Per avere un idea di cosa voglia dire 32 nm basti considerare che il virus dell HIV è grande circa 120 nm, un globulo rosso umano circa 6000-8000 nm e un capello quasi 80000 nm. I vantaggi nel passare a questo processo costruttivo e, più in generale, a cercare di migliorare sempre più la miniaturizzazione, sono molteplici: si va dal miglioramento della resa produttiva con conseguente abbattimento di costi , alla diminuzione del consumo elettrico, passando per la possibilità di integrare un numero di transistor sempre maggiore con conseguente aumento della potenza elaborativa. Intel ha già previsto quali saranno i passi successivi, si parla dei futuri processi costruttivi a 22 nm e 10 nm. Il processo costruttivo a 45 nm è l evoluzione del precedente processo a 65 nm utilizzato per i microprocessori Intel e AMD e la sua introduzione è prevista per il 2007 ad opera, però, della sola Intel; AMD invece ha annunciato l arrivo sui mercati dei primi prodotti per la prima metà del 2008. Il termine 45 nm indica la dimensione media del gate di ogni singolo transistor. Per avere un idea di cosa voglia dire 45 nm basti considerare che il virus dell HIV è grande circa 120 nm, un globulo rosso umano circa 6000-8000 nm e un capello quasi 80000 nm. A 45 nm, lo spessore dello strato isolante sopra un transistor è estremamente ridotto, e questo causa un fenomeno di elettro-migrazione, ovvero alcuni elettroni saltano dall altra parte dell isolamento.Intel ha dovuto far fronte a questo problema già con il Pentium 4 Prescott, costruito a 90 nm, che scatenò subito diverse polemiche legate appunto al suo alto leakage , e quindi all enorme consumo. Tale problema dovrebbe risolversi con il futuro utilizzo di una nuova versione della tecnologia strained silicon e un nuovo strato isolante a bassa costante K . I vantaggi nel passare a questo processo costruttivo e, più in generale, a cercare di migliorare sempre più la miniaturizzazione, sono molteplici: si va dal miglioramento della resa produttiva con conseguente abbattimento di costi , alla diminuzione del consumo elettrico, passando per la possibilità di integrare un numero di transistor sempre maggiore con conseguente aumento della potenza elaborativa. Intel ha già previsto quali saranno i passi successivi, si parla dei futuri processi costruttivi a 32 nm, 22 nm e 10 nm. Il processo costruttivo a 65 nm è l evoluzione del processo a 90 nm utilizzato per i microprocessori Intel e AMD che viene utilizzato, al momento solo da parte di Intel, a partire dai primi mesi del 2006. Per avere un idea di cosa voglia dire 65 nm basti considerare che il virus dell HIV è grande circa 120 nm, un globulo rosso umano circa 6000-8000 nm e un capello quasi 80000 nm. A 65 nm, lo spessore dello strato isolante sopra un transistor è estremamente ridotto, e questo causa un fenomeno di elettro-migrazione, ovvero alcuni elettroni saltano dall altra parte dell isolamento.Intel ha dovuto far fronte a questo problema già con il Pentium 4 Prescott, costruito a 90 nm, che scatenò subito diverse polemiche legate appunto al suo alto leakage , e quindi all enorme consumo. Tale problema dovrebbe risolversi con il futuro utilizzo di una nuova versione della tecnologia strained silicon e un nuovo strato isolante a basa costante K . Il primo processore a 65 nm è stato Yonah, ossia la prima generazione della nuova CPU mobile Core Duo, successore del Pentium M Dothan. Per quanto riguarda Intel, tale processo produttivo raggiungerà la propria maturità a partire dalla fine del 2006, periodo in cui verrà lanciato Merom, successore di Yonah, oltre a Conroe e Woodcrest, derivati da Merom, e indirizzati rispettivamente al settore desktop e al settore server. Intel ha affermato inoltre che il nuovo processo produttivo, se confrontato con il precedente a 90 nm, permetterà transistor del 20 più veloci richiedendo il 30 di energia in meno. Il processo costruttivo a 90 nm è l evoluzione del precedente processo a 180 nm utilizzato per i microprocessori Intel dai primi mesi del 2004 e AMD dai primi mesi del 2005. Per avere un idea di cosa voglia dire 90 nm basti considerare che il virus dell HIV è grande circa 120 nm, un globulo rosso umano circa 6000-8000 nm e un capello quasi 80000 nm. Dal 2002 fino al 2004 l obiettivo di passare ai 90 nm, ovvero scendere sotto la soglia per certi versi storica dei 100 nm è diventato quasi uno slogan e certamente quasi una priorità. Ovviamente i primi prodotti costruiti con tale processo sono stati memorie RAM prima, e Flash poi, più semplici di un processore; successivamente, affinato il processo, si è passati alla produzione delle CPU. Oltre alle già citate Intel e AMD anche altre aziende sono passate ai 90 nm, tra cui IBM, Texas Instruments, Motorola, Fujitsu e TSMC. I vantaggi nel passare a questo processo costruttivo e, più in generale, a cercare di migliorare sempre più la miniaturizzazione, sono molteplici: si va dal miglioramento della resa produttiva con conseguente abbattimento di costi , alla diminuzione del consumo elettrico, passando per la possibilità di integrare un numero di transistor sempre maggiore con conseguente aumento della potenza elaborativa. Inoltre più è piccolo il gate e più velocemente un transistor può commutare tra lo stato ON e OFF, indipendentemente dal clock effettivo. A 90 nm però, lo spessore dello strato isolante sopra un transistor è estremamente ridotto, e questo causa un fenomeno di elettro-migrazione, ovvero alcuni elettroni saltano dall altra parte dell isolamento. In sostanza quindi aumentano notevolmente i problemi e diminuiscono i veri vantaggi, senza trascurare inoltre che processi costruttivi sempre più raffinati richiedono anche una sempre maggiore sofisticazione delle macchine necessarie a produrli. Intel, più di ogni altro, si è dovuta scontrare contro questi problemi con il Pentium 4 Prescott, che scatenò subito diverse polemiche legate appunto al suo alto leakage , e quindi all enorme consumo. Tale problema dovrebbe risolversi con il futuro utilizzo, in processi costruttivi più evoluti, di una nuova versione della tecnologia Strained silicon e un nuovo strato isolante a basa costante K . AMD invece ha adottato una diversa tecnica di produzione, diversa da quella Strained silicon , chiamata SOI : durante il processo di fabbricazione un sottile strato di ossido viene applicato sopra il wafer fungendo da strato isolante in modo da mantenere più facilmente gli elettroni all interno della struttura del chip. Il coulomb , è l unità di misura derivata SI della carica elettrica, ed è definita in termini di ampere: 1 coulomb è la quantità di carica elettrica trasportata da una corrente di 1 ampere che scorre per 1 secondo. 1 Coulomb è all incirca 6.24 1018 volte la carica di un elettrone. Prende il nome da Charles Augustin de Coulomb , il primo scienziato a studiare qualitativamente le cariche e le forze che ne regolano il moto. La forza del Coulomb Per approfondire, vedi la voce forza di Coulomb. Se si utilizza questa grandezza per calcolare la forza esercitata tra una carica positiva ed una negativa poste ad una distanza di 0,5 10-10m si ottiene che tale forza ha una intensità pari a Fe 9 10-8N. Sembra una forza debole, ma se viene confrontata con la forza gravitazionale si scopre che: ovvero la forza gravitazionale, alle scale atomiche, è trascurabile. Il crossover è un componente elettronico dei diffusori che assolve al compito di ripartire le frequenze che compongono il suono da riprodurre, in modo da ottimizzare la resa e al contempo proteggere gli altoparlanti. Nella riproduzione musicale, la gamma di frequenze da diffondere è particolarmente critica per diversi aspetti. Innanzitutto, a seconda del tipo di diffusore utilizzato, è frequente il caso di intermodulazione delle frequenze gravi a scapito di quelle acute: la membrana di un altoparlante che riproduce il suono di un violino dovrà vibrare ad una frequenza elevata, ma se contemporaneamente si aggiunge un contrabbasso ad un livello molto alto, le oscillazioni di breve lunghezza d onda, necessarie per riprodurre il suono del violino, verranno sovrapposte ad altre di lunghezza maggiore, dando così origine ad una distorsione di fase. Inoltre, la ripartizione della potenza nei diffusori elettroacustici non è affatto lineare: la potenza necessaria a riprodurre dignitosamente le frequenze gravi ad alto volume, con conseguente spostamento di grandi volumi d aria, potrebbe distruggere gli altoparlanti a membrana più piccola, destinati alla riproduzione di frequenze elevate e con necessità di muoversi in un volume d aria estremamente più ridotto. A questo scopo sono stati ideati i filtri crossover; la loro funzione è quella di suddividere lo spettro sonoro da riprodurre in più porzioni, da destinare a più altoparlanti separatamente, ciascuno con la propria predisposizione meccanica. Un semplice filtro crossover a due vie, per esempio, potrà avere la frequenza di incrocio a 2 kHz, il canale delle basse frequenze con un filtro passa-basso ad un polo ed il canale delle frequenze acute a due poli . Perché questa distinzione? La diversa pendenza dei due filtri è dettata da ulteriori fattori: l altoparlante per le frequenze basse, ad esempio, dovrà avere la possibilità di sconfinare nella regione di competenza dell altoparlante per le frequenze acute, per evitare distorsioni di fase udibili in prossimità della frequenza di taglio del filtro ; d altro canto, l altoparlante per gli acuti dovrà essere interessato da una potenza molto bassa per evitare di essere danneggiato dalle basse frequenze, per cui il filtro passa-alto che lo pilota dovrà essere molto selettivo verso le basse frequenze, per proteggerlo. I filtri crossover esistono sia in forma passiva che in forma attiva. Il filtro crossover passivo è composto unicamente da componenti passivi: generalmente induttanze, condensatori e resistori, e viene collocato all interno del mobile che contiene il diffusore. Il filtro crossover attivo, invece, è un dispositivo elettronico che seleziona le frequenze quando il segnale audio si trova ancora a basso livello, tipicamente dopo il preamplificatore, e le sue uscite sono connesse a più amplificatori di potenza, eventualmente diversificati a seconda della gamma tonale che sono chiamati ad alimentare. Il grande vantaggio della soluzione a crossover attivo, peraltro molto più costosa dell altra, consiste nella possibilità di intervenire facilmente sulle impostazioni dei filtri, ottimizzando l ascolto in funzione dell acustica del locale, e nella possibilità di isolare tra loro gli amplificatori di potenza, evitando che anche in essi possano verificarsi evidenti fenomeni di intermodulazione. Infine, nella configurazione a crossover attivo, gli altoparlanti dei singoli canali sono connessi direttamente alle uscite dell amplificatore, che si presenteranno con un impedenza minima, aumentando così il fattore di smorzamento e migliorandone la risposta ai transienti. La corrente elettrica è un qualsiasi flusso di carica elettrica, tipicamente attraverso un filo metallico o qualche altro materiale conduttore. La corrente convenzionale venne definita in precedenza, nella storia dell elettricità, come il flusso di carica positiva, anche se sappiamo, nel caso della conduzione metallica, che la corrente è causata dal flusso di elettroni con carica negativa nella direzione opposta. Il simbolo normalmente usato per la quantità di corrente è I, e l unità di misura nel SI della corrente elettrica è l ampere.Nei conduttori metallici, come i cavi elettrici, la corrente è causata da un flusso di elettroni , ma non è così nella maggior parte dei conduttori non metallici. La corrente elettrica negli elettroliti è data dal flusso di atomi e o molecole elettricamente cariche , che possono essere sia negativi che positivi. Ad esempio, una cella elettrochimica può essere costruita con acqua salata su un lato della membrana, ed acqua pura dall altra parte. La membrana fa passare gli ioni di sodio con carica positiva, ma non quelli di cloro con carica negativa, il risultato netto è una corrente.Esistono anche casi in cui gli elettroni sono la carica che si muove, ma dove ha più senso pensare alla corrente come ai buchi positivi come quelli in movimento.Si veda conduzione elettrica per ulteriori informazioni sui meccanismi fisici del flusso di corrente nei materiali. La corrente elettrica può essere misurata direttamente con un amperometro, ma questo metodo richiede l interruzione del circuito, che spesso è un inconveniente.Indice Definizione Sappiamo che un conduttore si trova in equilibrio elettrico se il campo elettrico è nullo in ogni punto interno al conduttore, ossia il potenziale elettrico sia costante in ogni punto del conduttore. Chiaramente se vi è una differenza di potenziale fra due punti del conduttore allora vi è anche campo elettrico diverso da zero e quindi corrente elettrica. Questa differenza di potenziale viene chiamata forza elettromotrice ed è alla base del funzionamento dei circuiti elettrici ed elettromagnetici insieme alla Legge di Ohm e alle Leggi di Kirchhoff. Presa una sezione del conduttore attraverso la quale transita una quantità di carica elettrica ?Q nell intervallo di tempo ?t si ha una intensità di corrente elettrica: L intensità di corrente elettrica è una quantità scalare.Densità di corrente La densità di corrente è la quantità di corrente per unità di tempo attraverso l unità di superficie : siano allora N il numero dei portatori di carica per m3 ognuno di essi di carica q che si muovono entro il conduttore con velocità vd detta velocità di deriva; allora la carica che fluisce nell unità di tempo attraverso una sezione A del conduttore: dove vec n è il versore normale alla superficie A.Questo è un vettore che ha la stessa direzione e lo stesso verso della velocità di deriva dei portatori di carica che a sua volta ha direzione uguale e concorde al campo elettrico se la carica q è positiva e discorde se negativa.La corrente elettrica I è definita come il flusso netto della densità di corrente attraverso una superficie del conduttore: La densità di corrente può essere dovuta sia a portatori positivi che negativi e quindi in generale è definita come: dove N ed N - è il numero di cariche per metrocubo rispettivamente di cariche q e q - che attraversano la stessa sezione di conduttore con velocità vec v e vec v -. Equazione di continuità Dalla conservazione della carica deriva una proprietà fondamentale della densità di carica: l equazione di continuità. int A vec J cdot vec n dA Phi A int tau vec nabla cdot vec J , d tau dove t è il volume del conduttore. La carica che fluisce attraverso la superficie A è la stessa quantità di carica che fluisce attraverso il volume t nello stesso tempo: dove la derivata parziale è necessaria poiché la corrente può variare anche per superficie.ovvero Nel caso stazionario la carica si conserva nel tempo ?cioè ci si trova in regime stazionario di modo che il campo vettoriale prodotto dal vettore densità di corrente è solenoidale. Ciò ci dice anche che il flusso della densità di corrente è costante e quindi la corrente elettrica attraverso una qualunque sezione del conduttore è sempre la stessa, indipendentemente dalla sezione considerata.Digressione sulla velocità di deriva Nella definizione di densità di corrente ci si trove di fronte ad una velocità dei portatori di carica. La velocità di agitazione termica delle particelle entro un conduttore o un gas è dovuta all agitazione termica e ubbidisce alle distribuzioni statistiche e al principio di equipartizione dell energia ed è dell ordine di 105m s.dove m e 9,1 cdot 10 -31 , Kg è la massa di un elettrone, k B 1,4 cdot 10 -23 , J K è la costante di Boltzmann e T 300 , K è la temperatura ambiente assoluta.La velocità di deriva o di trascinamento degli elettroni di conduzione è circa dell ordine di 10 -5 , m s cioè frazioni di millimetro al secondo.dove t è il tempo medio del cammino libero medio tra gli urti di due elettroni. Ma questa velocità non impedisce ai segnali elettrici di trasmettersi a velocità dell ordine della velocità della luce, poiché, quello che si propaga non è la carica elettrica, ma il campo elettrico attraverso il conduttore. Questa ultima considerazione ci permette di vedere che il vettore densità di carica è proporzionale al campo elettrico, infatti: dove l m 10 -8 m è il cammino libero medio degli elettroni e vt è la velocità di agitazione termica degli elettroni. In questo modo vec J sigma vec E dove s è la conduttività elettrica ed è il fattore di proporzionalità. l Consumer Electronics Show è una fiera dell elettronica di consumo che si tiene ogni gennaio a Las Vegas ed è sponsorizzato dalla Consumer Electronics Association.Il primo CES si tenne nel giugno del 1967 a New York. Dal 1978 al 1994, il CES si tenne due volte all anno: una in gennaio, a Las Vegas, e una in giugno, a Chicago. Apparecchi in grado di visualizzare immagini o riprodurre suoni possono essere collegati tra loro mediante vari tipi di connessioni audio video. Su tali apparecchi sono presenti delle prese di vario tipo, alle quali vanno collegati opportuni cavi in grado di trasportare i segnali audio video da un apparecchio all altro. Quando una porta è utlizzata per inviare il segnale dall apparecchio A all apparecchio B, tale porta sarà definita uscita; la porta corrispondente nell apparecchio B, in cui verrà connesso il cavo proveniente dall uscita di A, sarà detta entrata o ingresso. Alcune particolari prese possono essere sia ingressi che uscite a seconda del tipo di cavo che vi viene collegato, mentre altre possono essere soltanto entrate o soltanto uscite. È possibile sapere se la porta posta su un apparecchio è un ingresso o un uscita osservando il simbolo eventualmente presente accanto ad esso: Apparecchi in grado di visualizzare immagini o riprodurre suoni possono essere collegati tra loro mediante vari tipi di connessioni audio video. Su tali apparecchi sono presenti delle prese di vario tipo, alle quali vanno collegati opportuni cavi in grado di trasportare i segnali audio video da un apparecchio all altro. Quando una porta è utlizzata per inviare il segnale dall apparecchio A all apparecchio B, tale porta sarà definita uscita; la porta corrispondente nell apparecchio B, in cui verrà connesso il cavo proveniente dall uscita di A, sarà detta entrata o ingresso. Alcune particolari prese possono essere sia ingressi che uscite a seconda del tipo di cavo che vi viene collegato, mentre altre possono essere soltanto entrate o soltanto uscite. È possibile sapere se la porta posta su un apparecchio è un ingresso o un uscita osservando il simbolo eventualmente presente accanto ad esso:Un componente elettronico è un dispositivo atto a regolare il passaggio di corrente elettrica attraverso di esso e o il valore di tensione elettrica ai suoi capi secondo una legge matematica ben determinata. In questa legge possono intervenire anche forze fisiche esterne, non elettriche: componenti particolari possono o modulare o generare correnti o tensioni elettriche sotto l effetto di altre forze fisiche, o ancora a reagire a questo passaggio generando luce o effetti fisici di altro genere: in questo caso essi sono detti trasduttori.La funzione principale del trasformatore è quella di trasformare una corrente elettrica dal basso voltaggio e dall alta intensità in una corrente elettrica dall alto voltaggio e dalla bassa intensità . Il funzionamento è semplice: dalla centrale proviene un filo corto e largo che viene avvolto attorno ad una barra di materiale ferromagnetico facente parte di un nucleo di forma quadrata detto nucleo magnetico, alla cui altra estremità è attaccata una barra simile, attorno alla quale è avvolto un filo lungo e stretto. L energia si propaga nel campo magnetico e, sempre per la seconda legge di Ohm, nel filo più lungo abbassa la sua intensità e aumenta il suo voltaggio.Il termine compatibilità elettromagnetica si riferisce alla disciplina, nell ambito dell ingegneria elettrica ed elettronica, che studia la generazione, la trasmissione e la ricezione non intenzionali di energia elettromagnetica in relazione agli effetti indesiderati che queste possono comportare, con l obiettivo di garantire il corretto funzionamento nel medesimo ambiente dei diversi apparati che coinvolgono fenomeni elettromagnetici nel loro funzionamento. Nel perseguire il suo intento, la compatibilità elettromagnetica prende in considerazione diverse problematiche: le problematiche di emissione si riferiscono alla riduzione della generazione non intenzionale di energia elettromagnetica ed alle contromisure atte ad evitare la sua trasmissione, le problematiche di suscettibilità, si riferiscono invece al corretto funzionamento degli apparati elettrici ed elettronici in presenza di disturbi elettromagnetici provenienti dall esterno. Quando, nell ambito della compatibilità elettromagnetica, si prendono in considerazione disturbi elettromagnetici che si propagano in strutture guidanti quali conduttori metallici, ci si riferisce a problematiche di sucettibilità ed emissione condotte, quando invece ci si riverisce a disturbi propagantisi in spazio libero, ci si riferisce a problematiche di suscettibilità ed emissione irradiata . In passato le problematiche di compatibilità elettromagnetica erano lasciate alla valutazione dei singoli produttori o regolamentate a livello nazionale. Gli sviluppi sempre più rapidi dell elettronica e l interscambio commerciale sempre più intenso hanno reso necessario imporre delle normative comuni di regolamentazione.L Italia, in paricolare, ha approvato tali normative e dal 1 gennaio 1997 l apposizione del marchio CE comporta il rispetto di normative specifiche su queste problematiche . Indice Cenni storici Le problematiche connesse alle interferenze elettromagnetiche nascono praticamente con l inizio delle trasmissioni radio, con Guglielmo Marconi . Durante la seconda guerra mondiale l uso di apparati radio, sistemi di navigazione e radar in modo diffuso comportò l aumento delle problematiche dovute ad interferenze. I problemi si aggravarono verso gli anni 50 con l introduzione dei primi transistor, dei circuiti integrati e dei primi microprocessori negli anni 70. Negli ultimi anni, l uso di tecniche digitali in sostituzione di quelle analogiche e l elaborazione di segnali a frequenze sempre più elevate ha aumentato l intensità delle sorgenti di disturbi.Il codice Gray è un codice numerico binario. Questo standard prevede che una qualunque coppia di bit adiacenti differisca al suo interno solamente di un bit. Matrice di commutazione in un encoder rotativo Gray a tre bit Ingrandisci Matrice di commutazione in un encoder rotativo Gray a tre bit Diversi dispositivi elettronici di acquisizione di posizione, gli encoder di posizione lineare o rotativa , codificano il valore digitale della posizione chiudendo o aprendo una serie di contatti elettrici o barriere ottiche. Il problema è che a causa delle tolleranze meccaniche è improbabile che due o più bit di una cifra possano commutare esattamente nello stesso istante.Per questo scopo fu progettato e brevettato nel 1953 dal ricercatore Frank Gray dei laboratori Bell un apposito codice, il codice Gray. Negli encoder che utilizzano questo codice, il passaggio da un valore al successivo o precedente comporta la commutazione di un unico circuito, eliminando ogni possibile valore equivoco. Da notare che anche nel passaggio dall ultima alla prima parola del codice cambia solamente un bit. Costruzione Un codice Gray ad n-bit si costruisce attraverso un algoritmo ricorsivo, abbastanza semplice.Al passo successivo, si mette una riga ad di sotto dell 1, come se fosse uno specchio, e si ricopiano le cifre invertendo l ordine, con la riga che funge da specchio, appunto.Iterando i passi precedenti, si mette la riga, si specchia la sequenza e si aggiunge il bit più significativo, si costruiscono codici ad n-bit. Codebook Excited Linear Prediction è un algoritmo di codifica vocale proposto in origine nel 1984 da M.R.S.Il Clock Gating è una tecnica di progettazione dei circuiti integrati che permette di ridurre il consumo di potenza dei chip. Storia Questa tecnica ha assunto rilevanza con l introduzione nel mercato degli apparecchi mobili negli anni 90 e si è diffusa poi nel campo dei processori e dei chip grafici in partcolare. Obiettivi In alcune applicazioni moderne dei circuiti integrati, come ad esemipio negli apparecchi mobili e di fondamentale importanza cercare di ridurre il consumo di potenza durante il funzionamento. Questo al fine di ridurre il consumo delle eventuali batterie e permettere un autonomia maggiore all apparato oppure di ridurre il riscaldamento e la conseguente rumorosità dell apparato dovuto alla ventola di raffreddameno.Funzionamento Ogni sistema digitale esegue le proprie operazioni funzionali alla cadenza di uno o più segnali di clock, che altro non sono che forme d onda quadra a una certa frequenza. D altra parte la frequenza di clock è anche un indice della capacità di elaborazione di un processore e comunque delle prestazioni di un chip generico. Il consumo di potenza e le prestazioni quindi sono entrambe funzioni del clock ma in maniera opposta. Tuttavia, di solito, non tutti i sottosistemi di un chip funzionano contemporaneamente e quindi di fatto è possibile spegnere quelle parti del chip che non lavorano, senza pregiudicare le prestazioni globali. La filosofia del Clock gating è proprio quella di spegnere i sottosistemi del chip che non lavorano o di ridurre la frequenza del clock alla minima necessaria per l applicazione corrente.In Elettronica il termine clock indica un segnale periodico utilizzato per sincronizzare il funzionamento dei dispositivi elettronici digitali, viene generato da un oscillatore a quarzo. Il segnale è costituito da un livello di tensione che periodicamente in modo regolare fa una rapida transizione dal valore zero ad un valore che generalmente coincide con la tensione di alimentazione del circuito, rimane a questo livello per un certo tempo e poi in modo altrettanto rapido ritorna a livello zero, rimane a livello zero per un determinato tempo e poi il ciclo si ripete. La commutazione di tutti i circuiti logici avviene durante la transizione di questa tensione, ovverosia durante la variazione di livello di questo segnale. Gli ingressi dei dispositivi preposti a ricevere il clock sono definiti per consuetudine attivi alti o attivi negati , i primi commutano durante il fronte di salita del clock i secondi sul fronte di discesa. Non necessariamente il segnale deve essere simmetrico, un clock di 100 Mhtz può essere costituito da un segnale che sta alto 3 nanosecondi e rimane a zero 7 nanosecondi, o viceversa. Il ciclo di clock è il tempo che trascorre tra il verificarsi di due colpi di clock successivi. Poiché i clock sono in genere molto veloci, si usano comunemente i multipli kilohertz , megahertz e gigahertz per indicare mille, un milione e un miliardo di cicli al secondo. Prendiamo, ad esempio, il funzionamento di un processore. Perché tale operazione avvenga correttamente però è necessario che ad ogni circuito sia indicato il momento esatto in cui può ritenere validi i segnali che riceve in ingresso. La sua frequenza quindi deve essere calcolata in modo tale che il ciclo di clock sia sufficientemente lungo da consentire a tutti i circuiti, anche il più lento, di completare correttamente le proprie operazioni. Più è breve, e quindi maggiore è la frequenza, maggiori sono le operazioni che possono essere eseguite nello stesso lasso di tempo. Visto che tale valore è limitato dal circuito logico più lento, è facile che alcuni circuiti molto complessi causino colli di bottiglia che riducono molto le prestazioni generali. Per ovviare a questo problema è possibile ridurre la lunghezza massima dei circuiti logici spezzando in più parti quelli che lo sono eccessivamente.Ad esempio poniamo che un processore abbia circuiti logici che in media richiedono 1 ns per portare a termine i calcoli, ma il circuito più lento ne richiede 5. È possibile spezzare tale circuito in cinque parti, ottenendo così circuiti con latenze di 1 ns, consentendo la riduzione del clock. Aumentare la frequenza di clock in questo modo può portare ad effettivi benefici nelle prestazioni solo se si ottiene un ragionevole compromesso. Il circuito stampato è quel componente che in un moderno circuito elettronico è adibito a fungere le seguenti funzioni principali: supporto meccanico per i componenti e gli accessori , in modo da costituire un sistema nel quale ogni componente trova una precisa posizione geometrica. Inoltre la lavorabilità meccanica del supporto consente la sagomatura dei bordi in modo da consentire l alloggiamento meccanico del circuito stampato in contenitori anche di forma complessa. Indice Tipi di circuito stampato A seconda del tipo di substrato e di processo produttivo, il circuito stampato può essere definito meccanicamente rigido oppure flessibile , oppure costituito da parti rigide collegate tra loro da sezioni flessibili, nel qual caso si definisce rigido-flessibile . A seconda degli strati conduttivi presenti nel circuito stampato, si parla di circuiti monofaccia o monorame ; doppia faccia ; 4 strati , e così via.Costruzione Un circuito stampato rigido a doppia faccia si compone di un substrato isolante solido, piano e di spessore costante anche se gli spessori possono partire da 0,1mm a 5,0mm, costituito da materiali aventi caratteristiche più o meno spinte di autoestinguenza nei confronti del fuoco. Questi materiali sono detti materiali di base , ed esistono in una vasta gamma di varietà, che si distinguono essenzialmente per la diversa rigidità dielettrica, capacità di resistere alle elevate temperature e o agli stress termici. Su entrambe le due facce esterne del substrato viene applicato con forte collante termoadesivo composto da tessuto di vetro impregnato di resina, uno strato di rame laminato avente spessore costante e predeterminato per lavorazioni di schede speciali si possono utilizzare spessori di rame da 5 m e 140 m. La piastra così ottenuta viene forata per consentire il futuro passaggio dei terminali passanti dei componenti elettronici, e soprattutto per realizzare il collegamento elettrico tra i piani superiore ed inferiore. Per ricavare dal piano pieno di rame l insieme dei soli collegamenti necessari, si esegue asportazione chimica selettiva del rame in eccesso . Il collegamento elettrico tra lo strato di rame superiore e quello inferiore avviene attraverso la metallizzazione di appositi fori , tramite un delicato processo di deposizione galvanica di rame. Per realizzare circuiti con più di 2 strati, si replica quanto suddetto per ciascun elemento da 2 strati ma senza la foratura e il processo galvanico; successivamente i vari elementi doppia faccia vengono separati da fogli isolanti di pre-preg , e pressati termicamente , fino a sciogliere le resine interne e costituire un unico circuito, da destinare quindi alla foratura, e successivamente alla metallizzazione dei fori, mediante deposito di rame chimico dentro i fori, fotostampa dei lati esterni e galvanica rame finale. Le parti delle due facce esterne di rame non destinate alla successiva saldatura dei terminali dei componenti che verranno poi montati sul circuito stampato, vengono protette dall ossidazione e dai contatti elettrici indesiderati con una vernice isolante chiamata solder resist o solder mask , normalmente di colore verde smeraldo . Al fine di garantire che il circuito stampato non presenti anomalie elettriche, al termine di tutte le lavorazioni, il circuito stampato viene testato elettricamente per verificare la funzionalità elettrica.Tecnologia a montaggio superficiale Scheda a montaggio superficiale Ingrandisci Scheda a montaggio superficiale A partire dal 1960 è stata sviluppata una tecnica che prevede il montaggio di componenti appositamente progettati direttamente a contatto della superficie del circuito stampato, chiamata Surface Mounting Technology . Questa fondamentale tecnologia ha consentito una vera e propria rivoluzione industriale nel mondo dei circuiti elettronici, in quanto: consente di collocare una quantità molto precisa di pasta saldante sulle piazzuole di rame che in seguito alloggeranno terminali di componenti; consente di saldare i componenti elettronici alle pads tramite un processo termico molto controllabile e meno stressante; riduce il numero di fori da praticare sul circuito stampato in quanto non sono più necessari i fori per alloggiare le terminazioni dei componenti . I componenti sono progettati per avere il minimo ingombro e peso possibile, ed i contatti sono costituiti da corte linguette sporgenti ai lati dell oggetto. Un componente SMD può avere un ingombro pari ad un decimo di un componente tradizionale e costare, compreso il montaggio, fino ad un quarto. Il principale vantaggio di questa tecnica, oltre alla miniaturizzazione risiede nella semplificazione e velocizzazione del montaggio automatico dei componenti e quindi anche una maggiore economia. Una macchina preleva i componenti dai nastri continui su cui sono commercializzati e li depone con precisione nella loro collocazione sul circuito stampato, trattenuti da una colla. Il circuito completo viene preriscaldato e collocato in un forno, dove il calore provoca la fusione della pasta per saldare, costituita da una miscela di polvere di lega, flussante ed altri additivi, precedentemente disposta, di solito, sulla superficie del circuito stampato.Sigle identificative Nel campo industriale italiano molti si riferiscono al circuito stampato con la sigla CS . Erroneamente molti chiamano PCB anche un circuito elettronico completo , per questo motivo per definire un circuito stampato nudo si può usare il termine sinonimo PWB , che sta per Printed Wiring Board , a significare che l oggetto in questione costituisce fondamentalmente un insieme di collegamenti elettrici e non anche un insieme di componenti. Un circuito elettrico è detto circuito lineare se è composto solo da componenti lineari nel campo previsto di funzionamento del circuito stesso . Da un punto di vista applicativo, e nel caso specifico degli amplificatori, un amplificatore è lineare se mantiene costante il modulo della risposta in frequenza. Essendo impossibile costruire circuiti che si comportino in questa modo per qualsiasi valore di frequenza, vengono considerati lineari gli amplificatori in cui il modulo della risposta in frequenza è ragionevolmente costante all interno di un prefissato campo di frequenze, detto banda passante.Un circuito elettronico è una rete di componenti elettronici connessi fra loro; è definito da degli ingressi opportuni , delle uscite e da una legge matematica che consente di ottenere i valori delle uscite a partire da quelli degli ingressi e dallo stato in cui si trova il circuito in un dato istante, la funzione di trasferimento, espressa nel dominio di Laplace come una funzione di variabile complessa. Un ingegnere elettronico, un perito o qualsiasi persona che conosca la materia, può partire da una certa funzione di trasferimento desiderata e voler progettare un circuito elettronico che la implementi , oppure avere un circuito già esistente e voler scoprire come funzioni, cioè quale sia la sua funzione di trasferimento . Un circuito elettronico può essere lineare o non lineare, a seconda se lo è o no la sua funzione di trasferimento: questa distinzione è fondamentale nel caso di circuiti che elaborano segnali analogici, come gli amplificatori, perché un circuito non lineare introduce gravi alterazioni nei segnali in transito attraverso di esso. Nel caso di circuiti che non elaborano segnali in ingresso, come gli oscillatori, la linearità o meno del circuito si riferisce al funzionamento del circuito e non alla funzione di trasferimento in senso proprio. Un circuito RC è un circuito elettronico basato su una resistenza e un condensatore. A seconda di come sono disposti i due componenti il circuito RC può filtrare le frequenze basse oppure quelle alte , realizzando un filtro di primo ordine. Per le sue caratteristiche questo circuito è basilare per funzioni quali la pulizia di un segnale e nei sintetizzatori. Sfruttando il principio di carica e scarica del condensatore, questa configurazione trova utilizzo anche come oscillatore.Tuttavia, vista la variabilità dei comportamenti del condensatore in funzione delle condizioni ambientali, questa configurazione è utilizzata nelle applicazioni in cui la temporizzazione non necessita grande precisione. I componenti elettrici di un circuito, generalmente resistori e condensatori, possono essere collegati fra loro in serie oppure in parallelo per mezzo di un conduttore elettrico che trasporta l energia per il funzionamento. Si parla di collegamento in serie quando due o più componenti sono collegati in modo da formare un percorso unico per la corrente elettrica che li attraversa; nel caso di componenti elettrici a due terminali il collegamento in serie prevede che l estremità di ciascuno di essi sia collegata solo con l estremità di un altro, come se fossero persone che si prendono per mano a formare una catena. Il primo e l ultimo componente hanno una estremità libera, e a queste si applica la tensione elettrica che fa circolare la corrente e permette il funzionamento di tutto l insieme. Si parla invece di collegamento in parallelo quando i componenti sono collegati ad una copppia di conduttori in modo che la tensione elettrica sia applicata a tutti quanti allo stesso modo. Riprendendo l esempio delle persone, queste sono disposte fra due corde distese e parallele, ed ogni persona stringe ciascuna corda con una mano in modo che ognuno tenga con la mano destra la stessa corda che tutti gli altri tengono con la mano destra, e lo stesso per la mano sinistra. Nel caso di funzionamento in corrente continua di due o più resistori, si può determinare la tensione elettrica ai capi di ciascun componente con la Legge di Ohm V R times I ;; allo stesso modo nel funzionamento in parallelo si può conoscere la corrente elettrica che circola in ciascun componente : I frac V R ; Un esempio di condensatori collegati in parallelo si può trovare negli alimentatori per computer e negli apparecchi Hi-fi; se necessita una capacità di 20.000 microfarad, è più conveniente impiegare 5 condensatori da 4000 microfarad che uno solo da 20.000. Una soluzione analoga si può verificare con i resistori; se in un circuito occorre dissipare in calore 100 Watt tramite un resistore da 50 Ohm, a volte risulta più conveniente impiegare due resistori da 100 Ohm - 50 Watt, collegati in parallelo. Il collegamento in serie di resistori a volte si adotta per necessità. Un tipico esempio è il circuito che genera l alta tensione nei vecchi oscilloscopi a tubo catodico; Un resistore da 50 MegaOhm avente ai suoi capi una tensione di 2000 Volt, va incontro a connseguenze distruttive nel caso si verifichi un arco voltaico; per prevenire questo rischio, il costruttore realizza il resistore da 50 MegaOhm collegando in serie 5 resistori da 10 MegaOhm, conseguentemente ciascun resistore vede ai suoi capi una tensione di 400 Volt, un valore di tutta sicurezza. Il circolatore è un componente elettronico per microonde costituito da una cavità circolare dotata di tre o più porte sul perimetro. Il circolatore è caratterizzato da un senso di rotazione evidenziato da una freccia stampata sull involucro tale che il segnale introdotto da una porta fuoriesce dalla porta adiacente nel senso indicato. Un utilizzo tipico del circolatore a tre porte si ha come separatore dei segnali in un sistema ricetrasmettitore a microonde. Ad una porta è collegata la cavità trasmittente, alla porta successiva è collegata, attraverso un cavo coassiale o una guida d onda, l antenna, infine alla porta rimanente l unità ricevente.La cifra di rumore è una grandezza utilizzata in elettronica e nel campo delle telecomunicazioni assieme alla temperatura equivalente di rumore per quantificare la rumorosità di un sistema . La determinazione della rumorosità di un quadripolo viene effettuata mediante il confronto con la rumorosità introdotta da un riferimento, il quale è in generale la resistenza che adatta in potenza la porta d ingresso del quadripolo stesso e che si trova alla temperatura assoluta di 290 kelvin . Immagine:quadripolo adattato.png Nello schema dNi indica la potenza disponibile di rumore introdotta dal resistore posto all ingresso del quadripolo mentre dNu indica la potenza disponibile di rumore misurata all uscita.dNi kTdf , ! in cui k 1.38 10-23 J K è la costante di Boltzmann e T è la temperatura assoluta a cui si trova il resistore . La cifra di rumore riferita al quadripolo considerato è definita come: F frac dNu dNu in cui dNu è la potenza disponibile di rumore misurata all uscita del quadripolo in una banda di frequenze infinitesima dovuta sia al contributo della rumorosità d ingresso sia alla rumorosità introdotta dal quadripolo stesso; dnu è invece la potenza disponibile di rumore che si misurerebbe all uscita del quadripolo stesso se esso fosse ideale, cioè se non introducesse rumore. Indicando con G il guadagno disponibile del quadripolo si ha che: dNu dNi cdot G kTdfG Dalla definizione di F si può quindi ottenere la potenza disponibile di rumore all uscita del sistema: dNu F cdot dNu kTFdfG La cifra di rumore quantifica inoltre il peggioramento del rapporto segnale-rumore a causa della rumorosità che introduce il quadripolo stesso: F frac SNR in SNR out La cifra di rumore e la temperatura equivalente di rumore sono fra loro legate dalle seguenti relazioni, ottenibili confrontando le espressioni di dNu che si ottengono utilizzando l una o l altra in riferimento allo stesso quadripolo: F frac T T r T T r T , ! in cui T è la temperatura assoluta del riferimento alla quale è stata calcolata F. La cifra di rumore in generale è funzione della frequenza; inoltre F dipende dal riferimento considerato e dalla sua temperatura . I valori di F forniti dai produttori di apparecchiature elettroniche sono quindi da considerare riferiti alla temperatura di riferimento utilizzata per il loro calcolo: anche in questo caso il valore di riferimento è di 290 kelvin quando non è specificato altrimenti. Un CCD consiste in un circuito integrato formato da una riga, o da una griglia, di elementi semiconduttori in grado di accumulare una carica elettrica proporzionale all intensità della radiazione elettromagnetica che li colpisce. Questi elementi sono accoppiati in modo che ognuno di essi, sollecitato da un impulso elettrico, possa trasferire la propria carica ad un altro elemento adiacente. Inviando al dispositivo una sequenza temporizzata d impulsi, si ottiene in uscita un segnale elettrico grazie al quale è possibile ricostruire la matrice dei pixel che compongono l immagine proiettata sulla superficie del CCD stesso. Questa informazione può essere utilizzata direttamente nella sua forma analogica, per riprodurre l immagine su di un monitor o per registrarla su supporti magnetici, oppure può essere convertita in formato digitale per l immagazzinamento in file che ne garantiscano il riutilizzo futuro. Storia Il CCD fu ideato alla divisione componenti semiconduttori dei Bell Laboratories da Willard S.Nel 1975 fu realizzata la prima videocamera con CCD con una qualità dell immagine sufficiente per le riprese televisive. Agli inizi del XXI secolo il CCD è il cuore delle moderne macchine fotografiche e videocamere digitali, ma anche dei fax e negli scanner. La scelta di una buona macchina passa per la scelta di un buon CCD, caratterizzato dalla dimensione in pollici e dal numero di pixel che compongono l immagine catturata.CCD in astronomia Sensore CCD sviluppato per applicazioni aerospaziali.Ingrandisci Sensore CCD sviluppato per applicazioni aerospaziali.Sin dalla sua nascita il CCD ha avuto largo uso in campo astronomico, dimostrando subito le enormi potenzialità rispetto la fotografia tradizionale. Gli osservatori astronomici si sono dotati di questo strumento anche per velocizzare e rendere più precise le osservazioni astronomiche; anche l immagine catturata dallo specchio di 2,4 metri di diametro del telescopio spaziale Hubble viene focalizzata su un CCD di 8 megapixel. L abbattimento dei costi, inizialmente molto alti, ha permesso negli ultimi anni la diffusione dei CCD anche in campo amatoriale.Il CCD per uso astronomico, contrariamente ai CCD utilizzati per le videocamere, webcam, macchine fotografiche, deve avere, causa le lunghe esposizioni, il minimo rumore di fondo e quindi la sua componente più importante, il rumore termico. Per ottenere tale risultato è necessario utilizzare CCD con elettronica progettata appositamente per tale scopo, con la possibilità di potersi interfacciare ad un dispositivo di raffreddamento , che consente di mantenere il dispositivo ad una temperatura molto bassa. Quando il sensore CCD è mantenuto ad una temperatura più bassa, la qualità delle immagini migliora, in quanto si riduce il rumore termico catturato dal dispositivo. Negli ultimi anni si è venuta ad affermare un altra tecnica di utilizzo del CCD in astronomia per oggetti non troppo deboli, come la Luna ed i pianeti. Questa tecnica prevede di eseguire una lunga serie di riprese del soggetto, e successivamente, con appositi software, sommare tali riprese in modo che il rumore di fondo vada a scomparire e venga esaltata l immagine del corpo celeste ripreso. Questa tecnica ha di fatto permesso ai modesti strumenti amatoriali di ottenere riprese di grande qualità, confrontabili, qualche volta, con gli strumenti utilizzati dagli osservatori professionali. Il cercametalli, in inglese metal detector è uno strumento atto a rivelare la presenza di metalli nelle vicinaze dello stesso.La storia Un rudimentale metaldetector fu costruito e utilizzato molti anni prima... Nel 1881 James Garfield, presidente degli Stati Uniti, in un attentato fu colpito da due proiettili, uno dei quali entrato dall inguine non venne individuato dai 16 chirurghi che a turno cercarono di localizzarlo. Allora in un ultimo disperato tentativo venne convocato anche Alexander Graham Bell, già famoso per aver inventato il telefono, che utilizzò un primitivo metaldetector da lui costruito, che segnalò un oggetto metallico, non il proiettile, ma le molle del materasso. Una svolta decisiva avvenne negli anni 60 con l introduzione dei transistors che ridussero drasticamente il peso e i consumi.CeBIT è la più importante manifestazione IT mondiale.000 m e in media riceve circa 700.000 visitatori.000 presenze e si è tenuta dal 9 marzo al 15 marzo, 2006.Il nome CeBIT sta per Centrum der B ro- und Informationstechnik ed era, in passato, una sezione della Fiera di Hannover, una grande fiera per l industria che si teneva ogni anno. La prima esposizione fu nel 1970, quando fu aperto il Padiglione 1 , che, allora, era il piu grande a livello mondiale. In seguito, negli anni 80, la sezione delle telecomunicazioni e dell information technology mettevano a dura prova le risorse della Fiera di Hannover in modo tale che si decise di fare un esposizione separata da tenersi quattro settimane prima della Fiera di Hannover, a partire dal 1986. Poiché CeBIT continuava a crescere velocemente e stava diventando troppo grande, si decise di rivolgersi al solo mercato professionale, mentre il mercato dell elettronica di consumo, era da svolgersi separatamente, durante l estate, in quello che fu chiamato il CeBIT home, da tenersi a cadenza biennale.Un supporto a cartuccia è una qualsiasi unità secondaria rimovibile dotata di un proprio contenitore. Viene usata in elettronica per programmare il funzionamento di vari apparecchi, in informatica per distribuire vari contenuti, e in generale come contenitore facilmente sostituibile di materiale destinato a consumo .Una cartuccia può essere un metodo alternativo al caricamento di software per qualsisasi scopo, contenendo parti del programma o il programma intero. Quest ultimo sistema si diffuse tra i primi computer domestici, nei quali era fornita una porta speciale che permetteva l inserimento di cartucce contenenti software ROM.Una cartuccia per stampanti è un dispositivo rimovibile utilizzato in una stampante contenente l inchiostro necessario per il processo di stampa. In molti modelli di stampante si utilizza in abbinamento una cartuccia per il nero e una cartuccia multicolore con i tre colori fondamentali , ma sono molto diffuse anche le stampanti che utilizzano singole cartucce mono-colore. La cartuccia a getto d inchiostro può essere costituita da un semplice serbatoio, normalmente di materiale plastico, o incorporare in un unico blocco il serbatoio e la testina di stampa, cioè il vero e proprio dispositivo che realizzata l espulsione delle minuscole gocce di inchiostro che compongono l immagine sul foglio di carta. Questa soluzione comporta il rischio che, esaurendosi l inchiostro, si svuotino i minuscoli canalini di passaggio dell inchiostro nella testina, causando il danneggiamento della testina stessa. Per scongiurare tale evenienza, alcuni modelli di cartucce sono dotate di un chip in grado di stimare il livello di inchiostro e di comunicare questa informazione ai ai circuiti della stampante e al computer ad essa collegato, in modo da poter avvisare l utente che è necessario provvedere alla sostituzione della cartuccia.Una volta esaurito l inchiostro, la cartuccia in molti casi può essere, con opportune precauzioni, nuovamente riempita con inchiostri idonei: si parla in questo caso di cartucce rigenerate, ampiamente disponibili sul mercato accanto a quelle originali ad un costo inferiore. Questo sistema, all inizio fonte di contenzioso con i produttori di originali, determina il riciclo di un materiale inquinante ed assume quindi una particolare valenza ecologica considerate le grandi e crescenti quantità di cartucce consumate in tutto il pianeta. In elettronica e in telecomunicazioni, con il termine canale si indica una porzione dello spettro elettromagnetico, all interno della quale trasmettere il segnale generato dalla sorgente di informazione che vi accede.L accesso a questo, può avvenire sia direttamente, cioe accoppiando la sorgente di informazione con il mezzo fisico, sia tramite un opportuna tecnica di modulazione, cioè facendo seguire alla sorgente di informazione un opportuno modulatore, che adatti le caratteristiche proprie del segnale generato dalla sorgente alle caratteristiche fisiche del mezzo materiale che lo realizza concretamente. Il canale è caratterizzato da una propria larghezza di banda, più o meno ampia a seconda della tecnica di modulazione utilizzata e quindi della quantità di informazioni che vengono trasmesse, sia analogiche, sia digitali. Una camera bianca è un locale asettico dove l aria è dalle 10.000 alle 50.000 volte più pulita dell aria normale. Il sistema è costituito da ventilatori a bassa velocità che immettono nella camera attraverso il soffitto un flusso laminare di aria proveniente da poderosi filtri posizionati all esterno della stessa, ed aspirata attraverso griglie poste sul pavimento. Viene usata in genere in campo elettronico nei casi in cui un componente o un dispositivo possano essere danneggiati da granelli di polvere presenti nell aria normale. La camera bianca viene usata nell assemblaggio dei dischi rigidi, e nei casi in cui sia necessario aprire il dispositivo per recuperare i dati contenuti o per riparazione. Aprirlo in un ambiente normale renderebbe il disco inutilizzabile in poco tempo; basti pensare che la particella di fumo di una sigaretta ha un diametro maggiore della distanza che c è fra la testina magnetica di lettura scruttura del disco rigido dalla superfice magnetica del piatto. Il CMRR è una figura di merito di un amplificatore operazionale, è il rapporto di reiezione del modo comune ed esprime il rapporto tra la sensibilità ai segnali differenziali e la sensibilità ai segnali di modo comune. È espresso in dB e in un amplificatore operazionale ideale è infinito, in un amplificatore operazionale reale si attesta su valori che vanno da 80 a 120 dB. La Tecnologia CMOS è un tipo di tecnologia utilizzata in elettronica per la progettazione di componenti digitali utilizzando transistor. Si fonda su una struttura circuitale costituita dalla serie di una rete di Pull-Up ed una di Pull-Down . La prima s incarica di replicare correttamente il livello logico alto LL1 mentre alla seconda è destinata la gestione del livello logico basso LL0. La rete di Pull-Up è costituita di soli P-MOS, ovvero quel particolare tipo di transistori MOS che si accendono solo se la tensione presente al loro gate è minore della loro tensione di soglia.Inversamente la rete di Pull-Down è costituita di soli N-MOS, ovvero quel particolare tipo di transistori MOS che si accendono solo se la tensione presente al loro gate è maggiore della loro tensione di soglia. Per poter capire meglio come sia strutturata la tecnologia CMOS può risultare utile osservare una porta logica NOT realizzata con tecnologia CMOS. Si può notare come, nell eventualità che il segnale d ingresso sia a LL1, sia il solo N-MOS ad attivarsi portando l uscita a LL0. Particolarità di questa porta logica è di avere lo swing logico pieno, cioè pari alla massima tensione applicata, Vcc; inoltre né la rete di pull-up né la rete di pull-down soffre di effetto body.Indice 1 Potenza di cortocircuito 2 Potenza associata alla carica scarica del condensatore Caratteristiche Il tratto di caratteristica ad alto guadagno è indipendente dal rapporto tra i fattori di forma dei due mos . Potenza statica dissipata nulla: caratteristica dovuta alla complementarietà del PD e PU; ossia, quando è acceso il PU, è spento il PD e viceversa.Dimensionando opportunamente i due mos è possibile avere una caratteristica simmetrica, soluzione ottima per avere il margine di immunità ai disturbi il più elevato possibile. Si può realizzare una qualsiasi funzione logica in tecnologia CMOS seguendo semplici regole: And: PU, PD Or: PU, PD Ricordando che la funzione generata sarà negata. La CDMA è una tecnica di accesso, da parte di più sorgenti di informazione, allo stesso canale di trasmissione, tramite l impiego della stessa banda di frequenze, che consiste nell associare all informazione trasmessa da ciascuna di queste sorgenti, un codice che la identifichi univocamente rispetto a tutte le altre e che permetta ad un ricevitore, di estrarre selettivamente l informazione associata a ciascuna di esse. È una tecnologia alla base del funzionamento dei telefoni cellulari di terza generazione , che funzionano secondo lo standard UMTS. La tecnologia CDMA presenta numerosi vantaggi rispetto alle antecedenti FDMA e TDMA , utilizzate dai cellulari GSM , tra i quali ad esempio una maggiore velocità di trasmissione dati. Indice Generazioni di cellulari Le generazioni di cellulari sono divise in: 5G - GPRS - Cellulari digitali ad alta velocità di trasmissione dati Esempio Un esempio che può descrive il modo di operare di questa tecnica di accesso multiplo è il seguente: si consideri il caso in cui più persone si trovino all interno di una stessa sala e stiano parlando contemporaneamente, ciascuna, con il proprio interlocutore e tutte, con lo stesso livello della voce; nel caos che si crea all interno della stanza, ciascuna persona sarà comunque in grado di comprendere la conversazione dell interlocutore, poiché riesce a selezionarne la voce, grazie al riconoscimento del suo timbro . Realizzazione Tecnicamente, questo metodo di accesso multiplo, può essere realizzato moltiplicando l informazione binaria generata da una sorgente di informazione, per un opportuna parola di codice; la sequenza in uscita dal moltiplicatore, sarà modulata secondo la tecnica 2PSK. Il segnale ricevuto dal ricevitore, sarà costituito dalla somma vettoriale di tutti i segnali trasmessi dalle singole sorgenti di informazione, con in più, un eventuale termine dovuto al rumore termico. L estrazione dell informazione associata a ciascuna delle sorgenti, potrà essere fatta moltiplicando il segnale ricevuto, con il codice associato alla sorgente che si vuole estrarre e successivamente integrando il segnale cosi ottenuto, in un intervallo di tempo pari alla durata del bit di informazione. Il risultato di un operazione di questo tipo, permetterà di ottenere un segnale che è dato dalla somma di un segnale di ampiezza dominante, che è il segnale utile cioè quello associato all informazione della sorgente che si vuole estrarre e da un segnale di ampiezza minore, costituito da una combinazione fra il rumore termico e i segnali associati alle altre sorgenti, quest ultimo, noto anche come interferenza da accesso multiplo. Tanto maggiore è il numero delle sorgenti che accedono contemporaneamente allo stesso canale, tanto maggiore sarà il contributo dell interferenza da accesso multiplo e tanto peggiore sarà l estrazione dell informazione associata alla sorgente desiderata. Brionvega è un impresa italiana, fondata nel 1945, produttrice di prodotti per il radioascolto e la televisione. Avvalendosi di designer di fama mondiale, come Hannes Wettstein, Mario Bellini, Richard Sapper, Marco Zanuso, i fratelli Castiglioni ed Ettore Sottsass, ha prodotto modelli di radio e televisione di successo ed esempi di design industriale italiano, esposti in innumerevoli musei. Tra i prodotti più famosi di Brionvega, si ricordano la radio TS502 , la quale aveva la coppia di pannelli di comando, in alluminio pressofuso, il televisore portatile Algol, avente nella prima versione un tubo CRT monocromatico da 11 pollici e successivamente sostituito con uno a colori di dimensioni maggiori, il guscio in plastica ABS era disponibile nei colori bianco, nero, giallo e rosso, per ultimo, il radiogrammofono RR126.Il bipolo è una rete comunque complessa accessibile solo da una coppia di morsetti e di cui ci interessa solo il comportamento esterno . Il comportamento esterno è regolato dall impedenza che si presenta sui due morsetti ; in regime lineare il comportamento agli effetti esterni è indicato con la tensione ai capi dei due poli e la corrente entrante da un polo e uscente dall altro polo.L autocorrelazione definisce il grado di dipendenza spaziale tra i valori assunti da una variabile campionata.Elettronica L Autocorrelazione è uno strumento matematico usato frequentemente nella teoria dei segnali per l analisi di funzioni o di serie di valori. L autocorrelzione è utile per cercare in un segnale pattern che si ripetono, in modo tale da determinare la presenza di un segnale periodico che è stato sepolto da un rumore, o identificare la frequenza fondamentale di un segnale che non contiene effettivamente che tale componente di frequenza, ma contiene varie frequenze armoniche. Geostatistica Una caratteristica intuitiva dell ambiente è che le sue proprietà sono in relazione fra di loro in una qualche scala, grande o piccola che sia. Questo significa che valori campionati in luoghi vicini tra di loro, tendono ad avere comportamenti simili, mentre valori di una stessa variabile misurati in campioni raccolti in luoghi lontani tra di loro tendono ad avere comportamenti differenti, o almeno tendono a differire dai valori medi che si riscontrano nei due loghi stessi.Rapporti tra campioni vicini molto correlati, 1, distanti poco correlati, 2, e lontani non correlati, 3, con il punto considerato e rapporto tra correlazione e distanza, o autocorrelazione . Rapporti tra campioni vicini molto correlati, 1, distanti poco correlati, 2, e lontani non correlati, 3, con il punto considerato e rapporto tra correlazione e distanza, o autocorrelazione . Ad esempio, nel campionamento quantitativo di popolazioni animali in un lago,la presenza di un variogramma positivo indica che se per cause naturali o per opera dell uomo viene modificato il numero di essi in uno dei punti georeferiti campionati questo avrà ripercussioni anche nel numero di animali campionati negli altri punti. L autocorrelazione è il principio di base della Geostatistica, e viene stimata dal semivariogramma in termini di distanza; il variogramma ci indica infatti attraverso il range il raggio entro il quale i valori osservati presentano autocorrelazione. In elettrotecnica ed elettronica s intende per attenuazione la diminuzione in ampiezza, che subisce un segnale che passa per un circuito, in dipendenza delle sue caratteristiche e di quelle del circuito che attraversa. Alternativamente la misura dell attenuazione é un rapporto fra la potenza del segnale all uscita del circuito e la sua potenza all entrata dello stesso.dove A è l attenuazione, Pout la potenza in uscita e Pin la potenza in ingresso. L attenuazione si misura generalmente in decibel , che corrisponde a 10 volte il rapporto logaritmico: Esempio Come esempio un segnale elettrico che attraversando un circuito si riduce in potenza del 50 si attenua di circa 3dB, mentre un attenuazione di 10 volte corrisponde esattamente a 10 dB, ed un attenuazione di 1000 volte a circa 30 dB. Se non vi sono variazioni di impedenza tra l ingresso e l uscita del circuito, il rapporto di potenza é equivalente al rapporto dei quadrati delle ampiezze, per cui la attenuazione si pu calcolare con : dove A è l attenuazione espressa in decibel. Generalizzazione La attenuazione pu essere generalizzata a trasmissione in mezzi fisici e quindi non si limita ai soli circuiti elettronici. Per esempio si parla di attenuazione del segnale laser in una fibra ottica, di attenuazione nelle onde sismiche propagantesi nella terra o di attenuazione dell energia elettromagnetica nella trasmissione in un ponte radio, anche se in questo caso il motivo della perdita di potenza non si deve a perdite in dispositivi elettronici. In elettrotecnica, due bipoli si dicono in antiparallelo nel caso ogni bipolo sia polarizzato, ed il parallelo venga effettuato in modo che le polarità dei due bipoli risultino opposte.L antifusibile al silicio è un elemento microelettronico che allo stato vergine si comporta da isolante ma che successivamente può essere reso permanentemente ed irreversibilmente conduttore con appositi segnali elettrici. Si basa sulla perforazione di uno strato molto sottile di nitruro di silicio, un dielettrico isolante, mediante un un breve impulso dell ampiezza di circa 16 Volt.Attualmente la non testabilità, la ridotta possibilità di miniaturizzazione, la complessità e la lentezza delle operazioni di programmazione, il costo relativamente elevato rendono questa tecnologia poco competitiva nelle applicazioni consumer, mentre è impiegata di preferenza in dispositivi militari e aerospaziali per l intrinseca non volatilità. In generale, è la rappresentazione o trasformazione di una grandezza fisica tramite una sua analoga. Esempi: La rappresentazione numerica di una grandezza analogica è quasi sempre data da un numero reale o da una loro combinazione. Nella pratica, però, il segnale televisivo o delle schiere di sensori è rappresentato mediante numeri complessi, intesi come coppie di reali. In elettronica, per analogico si intende il modo di rappresentare il segnale elettrico all interno di una data apparecchiatura ; il segnale è detto analogico quando i valori utili che lo rappresentano sono continui . Cioè se prendessimo in esame un intervallo spazio temporale A - B e MAX si passerebbe da Min a MAX per una infinità di mutazioni elettriche, non numerabili in R .In parole povere, se considerassimo il semplice ed unico potenziometro presente su di un amplificatore di potenza di un impianto hi-fi, non saremo mai in grado, una volta mutata la posizione fisica del potenziometro, di riportarlo una seconda volta sulla stessa posizione o, più volgarmente, allo stesso e medesimo volume. Un amplificatore può essere considerato qualsiasi dispositivo che usa una piccola quantità di energia per comandarne una quantità più grande, benché il termine attualmente si riferisca quasi esclusivamente ad un amplificatore elettronico. La relazione tra ingresso e uscita dell amplificatore, usualmente espressa come funzione della frequenza del segnale di ingresso, è detta funzione di trasferimento dell amplificatore e l ampiezza della funzione di trasferimento è detta guadagno. Indice 1 Amplificatori a valvole 2 Amplificatori a transistor 3 Amplificatori operazionali 4 Amplificatori integrati 5 Amplificatori ibridi 6 Amplificatori per Shaker 7 Altri amplificatori 1 Audiofrequenza 2 Guadagno 3 Potenza 4 Il segnale in ingresso 5 Gli stadi di amplificazione 6 Il segnale in uscita 7 Prestazioni attuali Amplificatori elettronici Le tipologie sono le più varie, una delle più comuni è l amplificatore elettronico comunemente utilizzato in trasmettitori e ricevitori per radio e televisione, equipaggiamenti stereo ad alta fedeltà, personal computer ed altro equipaggiamento elettronico digitale.Amplificatori a valvole Nei primi anni dell elettronica la valvola termoionica era l unico dispositivo attivo disponibile; attualmente il loro uso è riservato all amplificazione di potenza delle microonde e all amplificazione del segnale in sistemi audio, da parte di piccoli produttori operanti nel mercato Hi-End. Ottimo e semplice da realizzare, a differenza di un progetto a transistor, necessita l uso di trasformatori, un componente elettrico relativamente voluminoso e pesante, necessario per poter adattare l elevata impedenza del tubo termoionico, alla bassa impedenza del carico pilotato l altoparlante. È molto usato dai gruppi musicali per l amplificazione degli strumenti, per la capacità di sopportare senza conseguenze sovraccarichi momentanei e presentare meno fastidio all orecchio in caso di distorsione del suono. Le potenze con tale tecnologia usata per riproduzione musicale, si aggirano fra 8-10 e 30-40 Watt. Molto interessante la produzione attuale cinese, sovente utilizzata, previo cambio immagine da marchi esoterici occidentali, gli amplificatori per strumenti musicali possono avere potenze oltre i 100 Watt. Nelle realizzazioni a transistor sono ottenibili sicuramente gli stessi risultati ma con maggiori difficoltà circuitali; .Amplificatori a transistor Gli amplificatori a transistor utilizzano transistor BJT i quali amplificano il segnale in corrente e i JFET che amplificano il segnale in tensione; questi circuiti possono impiegare insieme ai transistor anche circuiti integrati. Il guadagno dell amplificatore dipende sia dal tipo di transistor che dal circuito esterno, ed è fissato dal costruttore in fase di progetto. Un amplificatore è costituito da uno stadio di ingresso nel quale sono presenti uno o più transitor che preamplificano il segnale per portarlo ad un livello tale da poter essere utilizzato da altri transistor, denominati finali, i quali alzano ulteriormente il livello di tale segnale che viene poi trasferito ad un diffusore acustico con caratteristiche adeguate alla potenza che l amplificatore è in grado di erogare. Gli stadi di ingresso e finale utilizzano configurazioni diverse a seconda della tipologia di amplificazione che si vuole ottenere, le tipologie degli stadi finali sono denominate classi . I transistor finali, lavorando, generano calore ed è per questo motivo che occorre montarli su un dissipatore di dimensioni proporzionate alla potenza in watt da dissipare, il quale, per convezione, trasferisce all ambiente il calore prodotto dalle giunzioni dei finali. Amplificatori operazionali Gli amplificatori operazionali sono amplificatori ad altissimo guadagno realizzati su un circuito integrato allo stato solido che utilizzano una retroazione esterna per il controllo della funzione di trasferimento.In merito all impiego degli operazionali nell amplificazione audio, prima dell avvento dell Hi-end, le migliori prestazioni si ottenevano impiegando componenti discreti . Oggi i migliori apparecchi in commercio, adottano soluzioni di ingegnerizzazione del circuito amplificatore, volte a impedire la conoscenza della componentistica adottata, il circuito è racchiuso in un monoblocco di resina dal quale fuoriescono solo i terminali di collegamento, non è possibile conoscerne la componentistica né valutare il circuito; l unico dato che il costruttore fornisce è la sigla o il codice relativo al custom, necessari in caso di sostituzione, pertanto non è possibile sapere se i migliori amplificatori in commercio adottino operazionali. Si potrebbe presumere che in qualche caso se ne faccia uso, data la presenza sul mercato di amplificatori che impiegano circuiti integrati; è il caso del costruttore statunitense Jeff Rowland, il quale ha in listino un apparecchio i cui stadi finali impiegano operazionali di potenza collegati a ponte, lo stadio preamplificatore è però customizzato, pertanto inaccessibile ad un analisi. Amplificatori integrati Al fine di agevolare i progettisti di apparecchiature elettroniche, i produttori di circuiti integrati, pongono in commercio dispositivi amplificatori da loro stessi progettati, sono disponibili per tutte le frequenze, dal campo audio alle microonde. Il loro impiego ha molti vantaggi, avendo dimensioni molto più compatte di un analogo circuito a componenti discreti, permette al progettista di ridurre le dimensioni dell intera apparecchiatura, inoltre essendo realizzati su un unico chip, l affidabilità nel tempo risulta molto elevata, inoltre agevola il progettista in termini di spese e di tempo nel portare a termine il proprio progetto.Amplificatori ibridi Concettualmente simili agli integrati, si differenziano per la tipologia di costruzione e per la maggior complessità circuitale. Sono composti da chip multipli, resistori e condensatori, assemblati su una piastrina di ceramica e collegati insieme a formare il circuito, il tutto racchiuso in un contenitore ermetico da cui fuoriescono solo i reofori o i pin per il montaggio sul circuito stampato, sono disponibili con potenze anche di centinaia di watt, alcuni incorporano anche il dissipatore di calore. Si definivano ibridi anche alcune tipologie circuitali adottate degli anni 60, in cui il transistor e la valvola termoionica coesistevano nello stesso circuito. Amplificatori per Shaker Sono amplificatori molto particolari, di grande potenza realizzati da pochi produttori specializzati, usati dalle grandi aziende per testare in fase di progetto, il comportamento dei loro manufatti alle sollecitazioni meccaniche cui saranno sottoposti durante il loro uso. Il sistema è costituito da un oscillatore sinusoidale con frequenza variabile da zero a qualche Kilohertz, il quale pilota l amplificatore a cui è collegato lo shaker. Questo e costruito concettualmente come un altoparlante, la membrana è costituita da una robusta tavola metallica predisposta a ricevere tramite fissaggio solidale con essa, il manufatto da sottoporre al test. Ovviamente il dimensionamento delle parti meccaniche sono in rapporto con le energie in gioco, la membrana deve sostenere masse in vibrazione di decine di chilogrammi, la bobina è raffreddata con un flusso d aria forzata, le batterie di transistor degli stadi finali sono fissati su barre cave in alluminio, contenenti liquido in circolo, il pavimento che ospita lo shaker è realizzato su specifiche del costruttore.C.O di Ivrea, ne impiegava uno di produzine germanica per testare i suoi prodotti. Altri amplificatori Amplificatori meccanici sono i servomeccanismi utilizzati nei veicoli per diminuire lo sforzo richiesto ad azionare freno e sterzo.L amplificatore magnetico è un tipo di trasformatore che utilizza alcune proprietà non lineari del nucleo generando amplificazione tramite la sua saturazione. Esistono amplificatori di corrente continua, generalmente usati per l azionamento di motori elettrici. Amplificatori audio Audiofrequenza Qualsiasi suono può essere convertito in correnti elettriche mediante appositi dispositivi di volta in volta più indicati. Queste correnti sono dette ad audiofrequenza o anche a bassa frequenza e solitamente sono di valore talmente basso che è necessario amplificarle. Guadagno Per fare ciò si utilizza un amplificatore, che al suo interno presenta dei componenti attivi che, offerto un segnale in entrata, lo aumentano di guadagno di X volte rendendolo disponibile in uscita con il massimo della fedeltà possibile. Ci sono amplificatori a basso guadagno, medio guadagno, alto guadagno, ciò che li differenzia è il numero di componenti attivi presenti nell amplificatore stesso ovvero dagli Stadi di amplificazione.Esempio: un microfono ci fornisce una tensione di 0,005 Volt, questo segnale lo mandiamo all ingresso di un amplificatore e alla sua uscita misuriamo la tensione di 50 Volt, il guadagno ottenuto dall amplificatore è 50:0,005 10.000 Potenza Uno dei fattori primari di un amplificatore è la potenza, ed è espressa in watt . Tale corrente quando viene fatta circolare all interno di un altoparlante fa vibrare la membrana dello stesso, traducendo in suono le variazioni di corrente. Per ascoltare della musica in una stanza di medie dimensioni, a seconda della qualità del suono che si desidera ottenere, la potenza da disporre può andare da 15-20 watt, fino a 150-200 e anche più; un amplificazione di uno spazio aperto come una piazza o uno stadio dove si tiene un concerto, ad esempio, sarà necessario disporre di migliaia o decine di migliaia di watt. Il segnale in ingresso I due fattori, Guadagno e Potenza non sono direttamente in relazione, ci possono essere amplificatori con basso guadagno ma con alta potenza o viceversa. Se il segnale è piccolo sceglieremo di avere alti guadagni, viceversa se è già grande, potremmo decidere di fissare un guadagno più modesto. Molti amplificatori audio dispongono di più prese di ingresso o di selettori, preposti a far transitare il segnale nello stadio avente il guadagno più appropriato per quel segnale specifico, ad esempio il segnale che esce da una testina di lettura a magnete mobile , impiegata per l ascolto dei dischi in vinile, è mille volte più piccolo del segnale che esce da un lettore CD; realizzare un preamplificatore avente buone caratteristiche per segnali di livello così piccolo comporta costi elevati, per questa ragione in molti preamplificatori ad alta fedeltà, la sezione di ingrasso per testine a magnete mobile è fornita come optional. Nel trattare questi deboli segnali, proprio perchè i guadagni sono così elevati, i progettisti devono prestare la massima attenzione affinchè nel progetto del circuito, il trasferimento del segnale lungo il suo percorso sia disturbato il meno possibile da interferenze elettriche o disturbi esterni. Molto curate e raffinate sono a volte le soluzioni adottate per la schermatura dei circuiti; un piccolo disturbo verrà infatti amplificato sovrapposto al segnale, indistintamente e ad ogni stadio, con un risultato finale in genere pessimo, o comunque non conforme alle specifiche del progetto. Gli stadi di amplificazione In generale un amplificatore è formato, semplificando molto, da due unità accoppiate tra loro: stadio pre-amplificatore e stadio di potenza. un ulteriore guadagno con componenti capaci di dare la necessaria potenza al segnale in uscita e renderlo udibile. In teoria si può fare tutto con un solo stadio, ma in pratica un solo stadio non basta, tutto comunque è in funzione di ciò che si vuole ottenere. In generale ogni stadio fornisce un guadagno che si somma a quello precedente e così via, tutto questo a spese della corrente fornitagli da un adeguato circuito di alimentazione Nel settore dell alta fedeltà di classe elevata , gli stadi di amplificazione sono suddivisi in due distinti telai, il Preamplificatore, che contiene gli stadi a basso livello e il Finale di Potenza contenente gli stadi ad alta corrente. Il segnale in uscita Il segnale di piccola intensità applicato all ingresso esce più o meno amplificato dagli stadi finali di amplificazione ed è pronto per essere trasferito al dispositivo che lo renderà udibile; l altoparlante. Anche in questo caso, come il segnale di ingresso, bisognerà adattarlo al sistema che lo riceve, per fare in modo di trasferirlo senza sprechi di potenza e senza distorsioni. Il parametro principale da tenere presente è il valore di impedenza dell altoparlante, o del diffusore acustico, i valori usati sono tre, 4-8-16 Ohm, il più basso viene impiegato su sistemi destinati alle autovetture, essendo disponibile solo la tensione di 12 volt della batteria, un valore basso di impedenza permette un maggiore valore di corrente circolante, ottenenendo più potenza. Il valore di 8 Ohm è adottato dalla maggior parte dei costruttori per i sistemi con alimentazione dalla rete a 220 volt. Il valore di 16 Ohm era usato ai tempi degli amplificatori a valvole, i quali avevano nel circuito di uscita un trasformatore, necessario per adattare l elevato valore di impedenza della valvola al basso valore di impedenza dell altoparlante, in qualche caso viene impiegato ancora oggi. A differenza del segnale di ingresso, il segnale di uscita non è praticamente più soggetto ad interferenze. Prestazioni attuali Dagli anni 60 ad oggi le prestazioni degli amplificatori audio sono aumentate in misura notevolissima soprattutto per merito della componentistica, migliorata in modo costante in precisione, potenza ed affidabilità, i migliori amplificatori progettati per l Hi-end sono in grado di fornire per breve tempo correnti di centinaia di Ampere, potenze dell ordine dei Kilowatt anche su carichi fortemente induttivi e avere una linearità in frequenza, contenuta entro frazioni di decibel, dalla corrente continua a ben oltre i 20 KiloHertz; il modello M5 Jeff Rowland, un finale stereo ormai fuori produzione, dichiarato 150 watt rms su 8 Ohm per canale, su un carico di 2 Ohm fornisce 470 watt, il dimensionamento dell alimentatore è tale, da poter fornire su ciascun canale per un tempo di 20 millisecondi una corrente di 90 ampere su un carico di 0,1 Ohm, la risposta in frequenza si estende dalla corrente continua a oltre 310 KiloHertz.33, riesce a fornire 1200 watt su un carico di 2 Ohm per un tempo indefinito. Un aneddoto risalente agli anni 70, riportato nelle pagine della rivista Suono ancora oggi in edicola, dimostra di quale grado di affidabilità e resistenza ai sovraccarichi possedevano i migliori amplificatori in commercio già in quegli anni; dovendo sottoporre a prova un grosso amplificatore finale americano, e non disponendo della rete elettrica con frequenza di 60 Hertz, decisero di adottare come sorgente di rete, un grosso finale McIntosh, collegandogli all ingresso il segnale sinusoidale a 60 Hertz proveniente da un generatore di funzioni, in quel caso, un finale audio riuscì a simulare la rete elettrica americana.L ampere è l unità base SI usata per misurare l intensità della corrente elettrica, le altre unità sono definite in relazione all ampere. Per definizione, 1 ampere è quella corrente che, se mantenuta in due conduttori lineari paralleli, di lunghezza infinita e sezione trasversale trascurabile, posti a un metro di distanza l uno dall altro, nel vuoto, produce tra questi una forza pari a 2x10-7 newton per metro. L ampere prende il nome da André-Marie Ampère, uno dei principali scopritori dell elettromagnetismo. A causa della difficoltà nella misurazione delle forze tra due conduttori, venne proposto il cosiddetto ampere internazionale o statampere : definito in termini di tasso di deposizione dell argento, è pari a 0,99985 ampere.Un alimentatore è un apparato elettrico semplice o composto che serve a trasformare ed eventualmente a raddrizzare la corrente elettrica in modo da fornire energia ed adattarla all uso di altre apparecchiature. Un generico alimentatore è idealmente scomponibile nelle sezioni: Trasformatore: provvede a ridurre la tensione proveniente dalla rete elettrica o da batterie per avvicinarla al valore richiesto dal carico da servire. Stabilizzatore: assicura che la tensione generata dall alimentatore si mantenga costante nel tempo ed entro una stretta tolleranza rispetto al valore richiesto, al variare della tensione della rete elettrica e del carico applicato. Gli alimentatori differiscono ampiamente in funzione della potenza gestita, così anche per le caratteristiche di qualità della corrente fornita all uscita. Un alimentatore con pari valori di tensione e potenza è più complesso e costoso quanto più la tensione fornita è precisa e stabile, e quanto maggiore è la sua affidabilità. Questi alimentatori hanno anche una limitazione della corrente massima fornita, in alcuni casi regolabile, utile per evitare problemi in caso di cortocircuito e per speciali circuiti con alimentazione in corrente costante. In molti casi l alimentatore fornisce più di una tensione di uscita.3, 5, 12, -5, -12 volt. Esistono due approcci tecnologici profondamente differenti per la realizzazione di alimentatori: Indice Tradizionale o lineare Si tratta di una tecnologia estremamente semplice ed economica, largamente usata ove la potenza richiesta sia limitata ed il costo rappresenti un limite. Sono composti fondamentalmente dai seguenti elementi collegati in cascata: un circuito elettronico stabilizzatore detto anche regolatore, che può spaziare da un semplice diodo zener ad un circuito integrato dedicato. In molti casi dove non occorra una tensione stabile e precisa, specialmente nei piccoli alimentatori a spina, non è presente la sezione di stabilizzazione. I principali limiti di questi alimentatori risiedono nel basso rendimento energetico, che comporta, nel caso di elevate potenze gestite, un consistente sviluppo di calore, che deve essere smaltito per evitare danni all apparato. Un altro limite è nell eccessivo incremento di dimensioni e peso all aumentare della potenza di un alimentatore analogico. Switching o a commutazione Alimentatore elettronico ATX di un comune personal computer, privato del coperchio Ingrandisci Alimentatore elettronico ATX di un comune personal computer, privato del coperchio Sono circuiti più complessi rispetto ad un alimentatore tradizionale, ma hanno diversi vantaggi, tra cui un minore ingombro e peso a parità di potenza, un rendimento maggiore e quindi minore calore prodotto, sono meno adatti per l uso in laboratorio, essendo caratterizzati da un elevato ripple. Il principio alla base del funzionamento è che un trasformatore è più efficiente, richiede un nucleo ferromagnetico più piccolo ed è molto più compatto, a parità di potenza, all aumentare della frequenza operativa. Negli alimentatori elettronici vengono utilizzati particolari trasformatori fatti funzionare a frequenze di decine o centinaia di migliaia di Hertz invece dei 50 Hz della rete elettrica di distribuzione. Il nucleo di questo trasformatore è in Ferrite, materiale realizzato con polveri metalliche incollate, invece dei tradizionali lamierini di ferro, che alle alte frequenze comporterebbero una notevole perdita di energia. In un alimentatore elettronico la tensione di rete viene per prima cosa raddrizzata e livellata con un condensatore. Successivamente un circuito oscillatore genera a partire da questa corrente continua una corrente alternata di elevata frequenza che viene applicata al trasformatore.La funzione di stabilizzazione è solitamente ottenuta retroazionando l errore del segnale in uscita sul regime di funzionamento dell oscillatore. In pratica, un circuito misura la tensione di uscita, e se questa risulta troppo alta viene ridotta l energia inviata dall oscillatore al trasformatore, se invece la tensione scende, viene aumentato il flusso di energia. Per esempio gli alimentatori per notebook spesso possono essere collegati sia alla rete europea a 230 V 50 Hz, sia a quella statunitense a 115 V 60 Hz. L apparato è reso più complesso dalla presenza di sistemi di protezione contro sovraccarichi e cortocircuiti, e da filtri necessari per evitare che il segnale ad alta frequenza si propaghi verso il carico oppure ritorni verso la rete elettrica. Alimentatori universali A seconda della forma dell ingresso, è richiesto un particolare tipo di alimentatore per l erogazione della corrente. L alimentatore universale adatta automaticamente corrente e tensione a quelli rilevato nella presa ed ne ha una multipla che è in grado di connettersi ai diversi tipi di presa in commercio; oltreché alle più recenti porte USB. Da laboratorio Possono essere di tipo switching o lineari, sono usati nei laboratori di ricerca, di riparazione, e da hobbisti e radioamatori. La loro caratteristica è di poter fornire una tensione regolabile da zero a molte decine di volt, tramite una manopola posta sul pannello. Alcuni modelli hanno una seconda manopola per permettere di regolare anche la corrente, utile ad esempio per caricare una batteria con una corrente costante per un certo numero di ore.Possone essere realizzati anche a più sezioni, ovvero più alimentatori galvanicamente isolati tra loro, racchiusi in un solo apparecchio e ciascuna sezione può fornire tensioni e correnti differenti dalle altre. Sono utili nei casi in cui necessitino più tensioni di valore diverso tra loro, pensiamo ad un circuito in progetto composto da chip logici insieme a chip lineari e da un relè; servirà un 5 volt per alimentare il blocco logico, un 15 e un -15 volt per il blocco lineare e un 24 volt per il relè, un alimentatore di questo tipo agevola l operatore e fa risparmiare spazio nell area di lavoro. I migliori modelli da laboratorio possono essere programmabili, cioè essere collegati ad in un sistema computerizzato tramite bus IEEE-488 e lavorare in modo automatico. Il ripple È uno dei parametri che caratterizzano la qualità di un alimentatore, la sua misura si effettua con l oscilloscopio. Questo residuo è costituito da una lieve oscillazione della tensione di uscita avente andamento identico alla sinusoide di ingresso, in pratica questo piccolo disturbo si sovrappone alla tensione continua fornita in uscita. Per usi generici, questa componente residua risulta ininfluente sull utilizzo, in altri casi, esempio fornire alimentazione ad un circuito in progetto, operante a bassi livelli di tensione o elevato guadagno, un ripple relativamente alto può essere di disturbo. Per questa ragione i migliori alimentatori da laboratorio sono in tecnologia lineare, con un ripple garantito su tutto il range di tensione corrente, contenuto entro pochi millivolt.