L'elettronica lineare
A. Costantini | (la videolezione) Un circuito lineare è quello che non ha componenti elettronici non lineari in esso. Esempi di circuiti lineari sono amplificatori, derivatori e integratori, filtri elettronici lineari o qualsiasi circuito composto esclusivamente da resistori, condensatori, induttori, amplificatori operazionali (nella regione "non satura") e altri elementi circuitali "lineari".
Alcuni esempi di componenti elettronici non lineari sono: diodi, transistor e induttori e trasformatori a nucleo di ferro quando il nucleo è saturo. Alcuni esempi di circuiti che operano in modo non lineare sono raddrizzatori, rilevatori di ricevitori radio e tutti circuiti logici digitali.
I circuiti lineari sono importanti perché possono elaborare segnali analogici senza introdurre distorsioni di intermodulazione. Ciò significa che le frequenze separate nel segnale rimangono separate e non si mescolano, creando nuove frequenze (eterodine).
Sono anche più facili da capire e analizzare. Poiché obbediscono al principio di sovrapposizione degli effetti, i circuiti lineari sono governati da equazioni differenziali lineari e possono essere analizzati con potenti tecniche matematiche di dominio della frequenza, tra cui l'analisi di Fourier e la trasformata di Laplace. Questi danno anche una comprensione intuitiva del comportamento qualitativo del circuito, caratterizzandolo usando termini come guadagno, sfasamento, frequenza di risonanza, larghezza di banda, fattore Q, poli e zeri. L'analisi di un circuito lineare può spesso essere fatta a mano utilizzando una calcolatrice scientifica.
Al contrario, i circuiti non lineari di solito non hanno soluzioni semplici in forma chiusa. Devono essere analizzati utilizzando metodi numerici approssimativi mediante programmi di simulazione di circuiti elettronici, se si desiderano risultati accurati. Il comportamento degli elementi di un circuito lineare (resistori, condensatori e induttori) può essere specificato da un singolo numero (resistenza, capacità, induttanza, rispettivamente). Al contrario, il comportamento di un componente non lineare è specificato dalla sua caratteristica, che può essere rappresentata con una funzione matematica, in forma grafica oppure in forma tabellare. Quindi specificare le caratteristiche di un circuito non lineare richiede più informazioni di quelle necessarie per un circuito lineare.
I circuiti e i sistemi "lineari" formano una categoria separata all'interno della produzione elettronica. I produttori di transistor e circuiti integrati spesso dividono le loro linee di prodotti in linee "lineari" e "digitali". "Lineare" qui significa "analogico"; la linea lineare comprende circuiti integrati progettati per elaborare i segnali in modo analogico, come amplificatori operazionali, amplificatori audio e filtri attivi, nonché una varietà di circuiti di elaborazione del segnale che implementano funzioni analogiche non lineari come amplificatori logaritmici, moltiplicatori analogici e rilevatori di picco.
Gli elementi non lineari, come i transistor, tendono a comportarsi in modo lineare quando vengono applicati "piccoli" segnali. Quindi, nell'analizzare molti circuiti in cui i livelli di segnale sono piccoli, ad esempio quelli nei ricevitori TV e radio, gli elementi non lineari possono essere sostituiti con un modello lineare a piccolo segnale, consentendo di utilizzare tecniche di analisi lineare. Per contro, tutti gli elementi del circuito, anche gli elementi "lineari", mostrano non linearità all'aumentare del livello del segnale. Se non altro, la tensione di alimentazione al circuito di solito pone un limite all'entità della tensione in uscita da un circuito. Al di sopra di tale limite, l'output cessa di scalare in grandezza con l'input, facendo cadere la definizione di linearità.
Alcuni esempi di componenti elettronici non lineari sono: diodi, transistor e induttori e trasformatori a nucleo di ferro quando il nucleo è saturo. Alcuni esempi di circuiti che operano in modo non lineare sono raddrizzatori, rilevatori di ricevitori radio e tutti circuiti logici digitali.
I circuiti lineari sono importanti perché possono elaborare segnali analogici senza introdurre distorsioni di intermodulazione. Ciò significa che le frequenze separate nel segnale rimangono separate e non si mescolano, creando nuove frequenze (eterodine).
Sono anche più facili da capire e analizzare. Poiché obbediscono al principio di sovrapposizione degli effetti, i circuiti lineari sono governati da equazioni differenziali lineari e possono essere analizzati con potenti tecniche matematiche di dominio della frequenza, tra cui l'analisi di Fourier e la trasformata di Laplace. Questi danno anche una comprensione intuitiva del comportamento qualitativo del circuito, caratterizzandolo usando termini come guadagno, sfasamento, frequenza di risonanza, larghezza di banda, fattore Q, poli e zeri. L'analisi di un circuito lineare può spesso essere fatta a mano utilizzando una calcolatrice scientifica.
Al contrario, i circuiti non lineari di solito non hanno soluzioni semplici in forma chiusa. Devono essere analizzati utilizzando metodi numerici approssimativi mediante programmi di simulazione di circuiti elettronici, se si desiderano risultati accurati. Il comportamento degli elementi di un circuito lineare (resistori, condensatori e induttori) può essere specificato da un singolo numero (resistenza, capacità, induttanza, rispettivamente). Al contrario, il comportamento di un componente non lineare è specificato dalla sua caratteristica, che può essere rappresentata con una funzione matematica, in forma grafica oppure in forma tabellare. Quindi specificare le caratteristiche di un circuito non lineare richiede più informazioni di quelle necessarie per un circuito lineare.
I circuiti e i sistemi "lineari" formano una categoria separata all'interno della produzione elettronica. I produttori di transistor e circuiti integrati spesso dividono le loro linee di prodotti in linee "lineari" e "digitali". "Lineare" qui significa "analogico"; la linea lineare comprende circuiti integrati progettati per elaborare i segnali in modo analogico, come amplificatori operazionali, amplificatori audio e filtri attivi, nonché una varietà di circuiti di elaborazione del segnale che implementano funzioni analogiche non lineari come amplificatori logaritmici, moltiplicatori analogici e rilevatori di picco.
Gli elementi non lineari, come i transistor, tendono a comportarsi in modo lineare quando vengono applicati "piccoli" segnali. Quindi, nell'analizzare molti circuiti in cui i livelli di segnale sono piccoli, ad esempio quelli nei ricevitori TV e radio, gli elementi non lineari possono essere sostituiti con un modello lineare a piccolo segnale, consentendo di utilizzare tecniche di analisi lineare. Per contro, tutti gli elementi del circuito, anche gli elementi "lineari", mostrano non linearità all'aumentare del livello del segnale. Se non altro, la tensione di alimentazione al circuito di solito pone un limite all'entità della tensione in uscita da un circuito. Al di sopra di tale limite, l'output cessa di scalare in grandezza con l'input, facendo cadere la definizione di linearità.
