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 terz