RTF - Cremona

POLITECNICO DI MILANO
DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA,
INFORMAZIONE E BIOINGEGNERIA
20133 MILANO – Piazza Leonardo Da Vinci, 32
Telefono Milano: 02-2399.3404 --- Cremona: 0372-567752
Corso di Laurea in INGEGNERIA GESTIONALE
Corso di Laurea in INGEGNERIA INFORMATICA
Anno Accademico 2013 – 2014
Insegnamento di Elettrotecnica (082742)
Laboratorio di ELETTROTECNICA
Prof. Giovanni Vannozzi --- Ing. Edoardo Vannutelli Depoli
Esercitazione sperimentale # 1
Argomento: rilievo sperimentale delle forme d’onda caratteristiche della tensione e della corrente
di un condensatore di una rete RC e CR, sollecitata in ingresso da un segnale lineare
a tratti. Analisi per sorgenti di segnale a gradino e per segnale ad onda quadra.
Verifica delle forme d’onda specifiche mediante simulazione software con pacchetto
applicativo PSpice.
Banco di Misura: T __
Componenti del Gruppo: (cognomi e nomi in stampatello):
Aula: Laboratorio B 3.6
____________________________ Matricola ____________
Squadra:
____________________________ Matricola ____________
Gruppo A  Gruppo B 
Gruppo C  Gruppo D  ____________________________ Matricola ____________
Data: 23/05/2014 
30/05/2014 
06/06/2014 
Firme:
________________ ________________ ________________
Obiettivi:
a) verifica sperimentale del valore e del ruolo della costante di tempo nei fenomeni di risposta in
transitorio per reti RC e CR modificabili anche mediante commutazione di interruttori;
b) Rilievo sperimentale delle forme d’onda caratteristiche della tensione e della corrente di un
condensatore inserito in una rete RC, sollecitata in ingresso dal segnale lineare a tratti onda
quadra TTL compatibile.
c) Verifica delle forme d’onda caratteristiche mediante simulazione software PSpice.
c1) simulazione rete RC (figura 1), andamenti temporali tensione vC(t) e corrente iC(t);
c2) simulazione rete RC (figura 2), andamenti temporali tensione vC(t) e corrente iC(t);
c3) simulazione rete CR (figura 3), andamenti temporali tensioni vR(t), vC(t) e corrente iC(t);
c4) simulazione rete DRC (figura 3), andamento temporale tensione vC(t);
Generatore di forme d’onda TTL compatibile - (BNC 2120 – sezione G.F.D.)
Scheda di Acquisizione dati National BNC 2120
Oscilloscopio virtuale doppia traccia Lab VIEW 6,0 – Lab VIEW 7.0
Personal Computer (software Lab VIEW 6,0 – Lab VIEW 7.0)
Strumenti:
Componenti: Resistenza R1 da 2,2 KW
Resistenza R2 da 10 KW
Resistenza R3 da 2,2 KW
Resistenza R4 da 10 KW.
Condensatore C1, C2 e C ceramici da 0,1 F - 50 V
Diodo 1N4002 – VDON = 0,65 V (tipico) (commutazione veloce)
Schema del banco di misura:
Generatore
di Segnali
R1
D1
Scheda
BNC 2120
Blocco
Generatore
Forme
d’Onda
ACH.3
vR
vS
vc
Ch.A
R2
C1
Ch.B
ic
ACH.2
Sinusoide
TTL
RETE DRC in prova
Obiettivo: Verifica della risposta in transitorio di una rete del Primo Ordine tipo RC e CR.
Verifica delle costanti di tempo CA, SC e dei relativi tempi di assestamento Ta.
Rilievo sperimentale all’oscilloscopio delle forme d’onda caratteristiche.
Generatore
di Segnali
R1 = 2,2 K ; C = 100 nF
ic(t)
R1
ACH 3
Generatore
Forme d’Onda

vS(t)
Ch.B
vR(t)
Ch.A
C
vC(t)

ACH 2
Sinusoide
TTL
RETE RC
Figura – 1
Generatore
di Segnali
R1 = 2,2 K ; R2 = 10 K ; C = 100 nF
iR(t)
R1
ACH 3
Generatore
Forme d’Onda

vS(t)
Sinusoide
ACH 2
Ch.A
iC(t)
vR(t)
C
Ch.B
R2

vC(t)
TTL
Figura – 2
RETE RC
Generatore
di Segnali
R1 = 2,2 K; C = 100 nF
ic(t)
C
Generatore
ACH.3
Forme d’Onda
vC(t)
vS(t)
Ch.A
R1
Ch.B
vR(t)
ACH.2
Sinusoide
TTL
Figura - 3
RETE CR
Obiettivo: Verifica della risposta in transitorio di una rete RC del 1º ordine commutata.
Verifica delle due costanti di tempo C, SC e dei relativi tempi di assestamento Ta.
Verifica sperimentale delle forme d’onda caratteristiche.
Verifica del ruolo esercitato dal diodo D1 a sigla commerciale 1N4002.
Generatore
di Segnali
D1
R3
Scheda
BNC 2120
Blocco
Generatore
Forme
d’Onda
ACH.3
vR
vS
Ch.A
vc
C2
R4
Ch.B
ic
ACH.2
Sinusoide
TTL
RETE DRC in prova
(figura – 4)
vc (t )  vc ()  [vc ()  Vi ]  e( t RC )
nella quale sono identificati i seguenti parametri:
vC(tO) = valore della tensione ai morsetti del condensatore all’istante t = tO, nota come condizione
iniziale della variabile di stato tensione del condensatore;
vC() = tensione ai morsetti del condensatore a fine transitorio, cioè quando il condensatore viene
modellato con l’equivalente bipolo circuito rapeto;
 = C·RTH = costante di tempo, definita come il prodotto della capacità C del condensatore e
della resistenza equivalente di Thevenin RTH sentita dal condensatore stesso.
scope graph
B
A
Figura 5: andamento della tensione ai capi del condensatore alla frequenza minima fornita
dal generatore di funzioni della scheda BNC 2120
per t = 4 raggiungo circa il 98% del valore di regime
per t = 5 raggiungo circa il 99% del valore di regime
Il calcolo delle costanti di tempo richiede di determinare la resistenza equivalente di Thévenin
sentita dal condensatore, rispettivamente, sia per il circuito caratteristico della fase di carica sia
per il circuito specifico della fase di scarica.
Si perviene, pertanto, alle scritture di seguito riportate:
 C  Req C  R1 R2  C 
R1 R2
2,2 10
2,2
C 
 103  0,1  10 6 
 10 3  0,18 ms
R1  R2
(2,2  10)
12,2
 SC  R2C  R2  C  10 103  0,1 106  103  1 ms
(Tabella relativa ai grafici per la rete di figura 4, ottenuti alla frequenza minima della scheda BNC2120)
Grandezza
specifica
fase
vC ()
Carica
 CA
Carica
TA
Carica
vC ()
Scarica
 SC
Scarica
TA
Scarica
Formula
costitutiva
TA  5  CA
TA  5  SC
Valore analitico Valore sperimentale
teorico calcolato
rilevato
tensione vC(t) [V]
tensione vS(t) [V]
Obiettivo 2): Rilievo sperimentale delle forme d’onda caratteristiche della tensione e della corrente
ai morsetti del condensatore C inserito in una rete commutata, sollecitata in ingresso dal segnale
lineare a tratti realizzato con un’onda quadra TTL compatibile.
0
Tempo t
(figura - 4.a: carica e scarica completa)
Impostazioni dei parametri dell’oscilloscopio
Tipo trigger
Level trigger Volt/div. canale A Volt/div. canale B Time/div
software analog
slope
positiva
Descrizione figura - 4.a: frequenza fS = _______ _________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
0
Tipo trigger
software analog
P
O
L
I
T
E
C
Tempo t
N
(figura - 4.b: carica completa e scarica parziale)
IImpostazioni dei parametri dell’oscilloscopio
LevelC
trigger Volt/div. canale A Volt/div. canale B
O
Time/div
slope
positiva
Descrizione figura - 4.b: frequenza fS = _______ _________________________________________
________________________________________________________________________________
D
I
tensione vC(t) [V]
tensione vS(t) [V]
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
0
Tempo t
(figura - 4.c: carica e scarica parziali – onda pinna di squalo)
Impostazioni dei parametri dell’oscilloscopio
Tipo trigger
Level trigger Volt/div. canale A Volt/div. canale B Time/div
software analog
slope
positiva
tensione vC(t) [V]
tensione vS(t) [V]
Descrizione figura - 4.c: frequenza fS = _______ _________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
0
Tempo t
(figura - 4.d: carica e scarica parziali – onda triangolare)
Impostazioni dei parametri dell’oscilloscopio
Tipo trigger
software analog
Level trigger Volt/div. canale A Volt/div. canale B Time/div
slope
positiva
Descrizione figura - 4.d: frequenza fS = _______ _________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
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Obiettivo c) Verifica delle forme d’onda caratteristiche mediante simulazione software realizzata
col pacchetto applicativo PSpice.
Programma per la SIMULAZIONE della RISPOSTA TEMPORALE all’ONDA QUADRA
della RETE DRC e CR. Utilizzo del pacchetto applicativo PSPICE.
SCHEMA CIRCUITALE RETE DRC
SIMULAZIONE MEDIANTE PSPICE
Listato del programma di simulazione
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_____________________________________
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Spiegazione del significato operativo funzionale delle singole istruzioni:
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SCHEMA CIRCUITALE RETE CR
SIMULAZIONE MEDIANTE PSPICE
Listato del programma di simulazione
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Grafici delle risposte temporali per la rete RC, CR e DRC realizzati col Probe di PSpice
RELAZIONE TEORICO – PRATICA parte b)
(Breve ma esaustiva descrizione dei concetti teorici verificati sperimentalmente esplicitando altresì il ruolo esercitato
dal diodo e la definizione sia della costante di tempo in fase di carica e di scarica, sia del tempo di assestamento.
Rilievo sperimentale delle varie costanti di tempo. Definizione della corrispondenza dei canali analogici della scheda
BNC2120 con le tracce dell’oscilloscopio virtuale).
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A quale forma d’onda tende l’andamento della tensione vC(t) ai morsetti del condensatore se il
segnale d’ingresso è un’onda quadra TTL compatibile ad alta frequenza (fS > 2,5 KHz).
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