2010_elII_Iprova_itinere_1

FILA A --------ELETTRONICA II
Prima Prova in itinere 01/12/2010
Tempo a disposizione: 2 h
Non si possono usare libri o appunti e si prega di scrivere in modo ordinato e leggibile
1) Progettare un convertitore A/D a doppia rampa con 12 bit di risoluzione, per segnali
positivi con tensione di fondo scala di uguale a 12 V. Utilizzando amplificatori
operazionali (rail to rail) con tensioni di saturazione uguali a ± 15 V, progettare il sistema in
modo da ridurre al minimo gli effetti del segnale di rumore in ingresso a 50 Hz, ed in modo
che la tensione di picco in uscita all'integratore raggiunga le tensioni di saturazione
quando in ingresso si ha la tensione di fondo scala. In dettaglio:
a) disegnare lo schema del circuito da realizzare e spiegarne sinteticamente il principio di
funzionamento.
b) Determinare la frequenza massima del segnale di clock con cui può funzionare il
convertitore ed il corrispondente valore della costante di tempo dell’integratore,
compatibilmente con le specifiche.
c) Indicare quale è la frequenza massima dei segnali che è possibile convertire con il
dispositivo progettato.
d) Discutere quali sono la potenza ed il valor medio del rumore di quantizzazione in uscita
dal convertitore.
2) Disegnare lo schema di un sistema in grado di generare onde quadre e triangolari.
utilizzando come componenti attivi due amplificatori operazionali e, discutendone
analiticamente il funzionamento
b) Dimensionare il circuito, supponendo di utilizzare amplificatori operazionali ‘rail to rail’
alimentati a ±10 V, perché le forme d’onda generate abbiano valor medio diverso da zero,
periodo di 4 kHz e duty cycle del 80%.
3) Indicare l’unità di misura della capacità e del campo elettrico? Trovare la relazione fra la
citate unità di misura e le grandezze elettriche fondamentali.
FILA B --------ELETTRONICA II
Prima Prova in itinere 01/12/2010
Tempo a disposizione: 2 h
Non si possono usare libri o appunti e si prega di scrivere in modo ordinato e leggibile
1) Indicare l’unità di misura dell’energia e del campo elettrico? Trovare le relazioni fra le
citate unità di misura e le grandezze elettriche fondamentali.
2) Si disegni il circuito di un multivibratore monostabile basato amplificatore operazionale
(AO) e diodi, in grado di generare impulsi positivi, e se ne discuta il funzionamento
supponendo ideali sia l’AO che i diodi (Vγ=0V).
Dimensionare il circuito affinchè la durata degli impulsi sia 10 ms e la minima tensione
sul morsetto invertente dell’operazionale sia in valore assoluto uguale a 8 V. A questo scopo
si suppongano ancora ideali i diodi e l’AO. Si supponga inoltre che l’AO sia rail to rail e sia
alimentato con ±13 V.
3) Un segnale analogico compreso tra 0 e -10 V deve essere digitalizzato in modo che,
passando da una parola alla successiva, la variazione in tensione, sia inferiore di 40 dB
rispetto alla tensione di fondo scala.
a) Quanti bit sono necessari?
b) Si supponga di utilizzare per il convertitore analogico digitale in questione una
configurazione a distribuzione di carica: se ne disegni lo schema e se spieghi il
funzionamento.
c) Specificare quale legge di quantizzazione utilizza il convertitore del punto precedente e,
supponendo di poter trattare l’errore di quantizzazione come una variabile aleatoria
uniformemente distribuita nell’intervallo di quantizzazione, se ne determini il valor medio ed
il valore quadratico medio.
FILA C --------ELETTRONICA II
Prima Prova in itinere 01/12/2010
Tempo a disposizione: 2 h
Non si possono usare libri o appunti e si prega di scrivere in modo ordinato e leggibile
1) Si progetti un trigger di Schmitt invertente utilizzando un amplificatore operazionale rail
to rail alimentato tra +15 V e -15V, in modo che presenti un ciclo di isteresi di 6 V con valor
medio di 3 V. (riportare lo schema circuitale e la caratteristica tensione di uscita – tensione
di ingresso del trigger).
Modificare il circuito progettato aggiungendo una resistenza di 5 kΩ ed una capacità di
20 nF in modo da ottenere un multivibratore astabile. Trovare il duty cycle della forma
d’onda generata da questo circuito? (riportare gli andamenti temporali delle tensioni dei
nodi del circuito variabili nel tempo).
2)Progettare un circuito basato su amplificatori operazionali, che realizzi la seguente
funzione:
Vo(t)=5V1(t) -5V2(t) ed abbia resistenza di ingresso ai morsetti in cui sono applicati V1(t) e
V2(t) maggiore di 10 MΩ.
Supponendo che l’amplificatore operazionale utilizzato sia ‘rail to rail’, sia alimentato tra
±12V ed abbia uno ‘slew rate’ di 0,8V/μs, determinare la banda a piena potenza del
circuito.
3) Indicare l’unità di misura della capacita e dell’energia elettrica? Trovare le relazioni fra
le citate unità di misura e le grandezze elettriche fondamentali.
FILA D --------ELETTRONICA II
Prima Prova in itinere 01/12/2010
Tempo a disposizione: 2 h
Non si possono usare libri o appunti e si prega di scrivere in modo ordinato e leggibile
1) Indicare l’unità di misura della capacità e della densità di corrente? Trovare la relazione
fra la citate unità di misura e le grandezze elettriche fondamentali.
2) Disegnare lo schema di un generatore di onda triangolare, discutendone analiticamente
il funzionamento.
Dimensionare il circuito, supponendo di utilizzare amplificatori operazionali ‘rail to rail’
alimentati a ±15 V, perché le forme d’onda generate abbiano valor medio nullo, periodo di
2 kHz, duty cycle uguale a 0,5 e la tensione al terminale invertente sia inferiore a 6V.
Ripetere il dimensionamento affinché le forme d’onda generate abbiano valor medio di 1 V
e duty cycle uguale a 0,5.
3) Un segnale analogico compreso tra 0 e 12 V deve essere digitalizzato con 16 bit.
Determinare l’errore di quantizzazione del convertitore analogico digitale, supponendo di
utilizzare per il convertitore analogico digitale in questione un convertitore a doppia rampa
e, se ne disegni lo schema e se ne spieghi il funzionamento.
Supponendo di poter trattare l’errore di quantizzazione come una variabile aleatoria
uniformemente distribuita nell’intervallo di quantizzazione, se ne determini il valor medio
ed il valore quadratico medio.
Confrontare in termini di complessità e tempo di conversione il convertitore suddetto con
una realizzazione tipo parallelo.
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