Esercitazione sperimentale # 2

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 INFORMATICA
Anno Accademico 2012 – 2013
Insegnamento di Elettrotecnica (082742)
Laboratorio di ELETTROTECNICA
Prof. Giovanni Vannozzi --- Ing. Edoardo Vannutelli Depoli
Esercitazione sperimentale # 2
Argomento: rilievo sperimentale delle forme d’onda caratteristiche della tensione e della corrente
di un condensatore di una rete RC, sollecitata all’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:
INFORMATICI – 1
INFORMATICI – 2
Data: 17 – Maggio – 2013
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______________________________ Matricola ____________
______________________________ Matricola ____________
Firme:
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Obiettivi:
a) verifica sperimentale del valore e del ruolo della costante di tempo nei fenomeni di risposta in
transitorio per reti RC 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.
Dispositivo multi funzione – sezione: Alimentatore regolabile [VS = (0  30) V]
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
Personal Computer (software Lab VIEW 6,0)
Strumenti:
Componenti: Resistenza R1 da 10 KW
Resistenza R2 da 10 KW
Condensatore C1 elettrolitico da 100 F - 50 V.
Resistenza R3 da 2,2 KW
Resistenza R4 da 10 KW.
Condensatore C2 ceramico da 0,1 F - 50 V
Diodo 1N4002 – VDON = 0,65 V (commutazione veloce)
Schema del banco di misura – parte prima:
R1
1
Vmin
Vmax
VS
Ch.A
ACH 3
2
ACH 2

S
R2
Ch.B
iC(t)
vC(t)
C1

Alimentatore
(figura – 1)
Rete RC in prova
Schema del banco di misura – parte seconda:
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 RC in prova
(figura – 2)
Obiettivo a): Rappresentazione grafica del ruolo della costante di tempo =CR sperimentalmente
rilevato, afferente alla tensione ai morsetti del condensatore, nella fase del transitorio di carica e
di scarica del condensatore. Verifica sperimentale del tempo di assestamento Ta = 5.
vC (t )  vC ()  [vC ()  vC (tO )]  e (t tO ) 
Tensione del condensatore
Tensione alimentazione
Canale A – tensione Va = 5 V
Canale B – tensione condensatore
Tempo t espresso in secondi
Impostazioni dei parametri dell’oscilloscopio
trigger
none
Volt/division canale A Volt/division canale B
500mV/div
500 mV/div
Time/division
slope
1 msec
positiva
(figura – 3)
Descrizione degli aspetti salienti attinenti la simulazione del transitorio di carica e di scarica del
condensatore, afferenti l’azione sperimentale evidenziata nella figura - 3, realizzata mediante il
banco di misura mostrato nella figura - 1.
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Obiettivo 2): Rilievo sperimentale delle forme d’onda caratteristiche della tensione e della
corrente ai morsetti di un condensatore inserito in una rete RC, sollecitata in ingresso dal segnale
lineare a tratti onda quadra TTL compatibile.
tensione vC(t) [V]
tensione vS(t) [V]
0
Tempo t
(figura - 4.a)
Impostazioni dei parametri dell’oscilloscopio
trigger
Volt/division canale A Volt/division canale B
Time/division
software analog
slope
positiva
Descrizione figura - 4.a: frequenza fS = _______ _________________________________________
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0
trigger
software analog
P
O
L
I
T
E
C
Tempo t
N
(figura - 4.b)
IImpostazioni dei parametri dell’oscilloscopio
C canale A Volt/division canale B Time/division
Volt/division
O
slope
positiva
Descrizione figura - 4.b: frequenza fS = _______ _________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
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D
I
M
tensione vC(t) [V]
tensione vS(t) [V]
0
Tempo t
(figura - 4.c)
Impostazioni dei parametri dell’oscilloscopio
trigger
Volt/division canale A Volt/division canale B
Time/division
software analog
slope
positiva
tensione vC(t) [V]
tensione vS(t) [V]
Descrizione figura - 4.c: frequenza fS = _______ _________________________________________
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________________________________________________________________________________
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0
Tempo t
(figura - 4.d)
Impostazioni dei parametri dell’oscilloscopio
trigger
software analog
Volt/division canale A Volt/division canale B
Time/division
slope
positiva
Descrizione figura - 4.d: frequenza fS = _______ _________________________________________
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Grandezza
specifica
fase
vC ()
Carica
 CA
Carica
TA
Carica
vC ()
Scarica
 SC
Scarica
TA
Scarica
(Tabella relativa ai grafici di figura 4a)
Formula
Valore analitico Valore sperimentale
costitutiva
teorico calcolato
rilevato
TA  5  CA
TA  5  SC
Obiettivo c) Verifica delle forme d’onda caratteristiche mediante simulazione software realizzata
col pacchetto applicativo PSpice.
Programma di SIMULAZIONE della RISPOSTA TEMPORALE all’ONDA QUADRA della
RETE RC. Utilizzo del pacchetto applicativo PSPICE.
SCHEMA CIRCUITALE PER LA
SIMULAZIONE MEDIANTE PSPICE
Listato del programma di simulazione
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Spiegazione del significato operativo funzionale delle singole istruzioni:
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Grafico della risposta temporale per la rete RC realizzato col Probe di PSpice
RELAZIONE TEORICO – PRATICA
(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.
Definizione della corrispondenza dei canali analogici della scheda BNC2120 e le tracce dell’oscilloscopio virtuale).
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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