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Istituto di Istruzione Superiore
“F. Besta”, Via Tonale 22
23100 Sondrio
ESAME DI QUALIFICA
3^ OPERATORE ELETTRONICO
A.S. 2008-2009
PROVA PLURIDISCIPLINARE D’ESAME DI QUALIFICA
Anno scolastico 2008-2009
CLASSE 3^ OPERATORE ELETTRONICO
Materie coinvolte: Controlli - Elettronica - Laboratorio - Matematica - Fisica
CONTENUTI DELLA PROVA :
Si vuole monitorare la temperatura del radiatore di una macchina mediante un circuito
elettronico capace .di riconoscere il superamento della temperatura di 90 °C segnalando
l’evento con il suono d’allarme a frequenza di 800 Hz riprodotto attraverso una piccola
altoparlante, prima che l’acqua possa andare in ebollizione.
Si utilizza come sensore un diodo al silicio al quale si attribuiscono le proprietà di
diminuire la tensione ai suoi capi di 3 mV al C e di fornire 0,6V alla temperatura ambiente
di 25 C.
Dato lo schema elettronico risolutivo, il candidato svolga i seguenti punti:
-1) calcolare R2 prendendo in esame la soglia di tensione necessaria sul pin 1
di U1 per avere il riconoscimento dei 90 °C e il funzionamento dell’oscillatore
a porte NAND;
[ punti 14 ]
-2) calcolare R7 affinché il suono abbia una frequenza di 800 Hz;
[ punti 12 ]
-3) realizzare il montaggio dei componenti su bread-bord eseguendo collegamenti
secondo lo schema assegnato in modo ordinato e con minor fili possibili; [ punti 12 ]
-4) misurare, mediante gli idonei strumenti da laboratorio, i valori di tensione
nei punti fondamentali indicandoli sullo schema;
[ punti 10 ]
-5) rilevare le forme d’onda dell’oscillatore a porte NAND e misurare
i relativi paramenti mediante gli idonei strumenti da laboratorio;
[ punti 12 ]
-6) completare il grafico assegnato con l'andamento dei segnali e i relativi
livelli di tensione dei punti fondamentali del circuito;
[ punti 12 ]
-7) svolgere una relazione in cui emerga la conoscenza del funzionamento del
circuito e l’analisi dei risultati con eventuali considerazioni personali;
[ punti 16 ]
-8) disegnare lo schema di un alimentatore completo ed adeguato per alimentare
il circuito dato, indicando il valore pratico di tutti componenti da utilizzare. [ punti 12 ]
LA PROVA PREVEDE LA DURATA COMPLESSIVA DI 5 ORE
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3^ OPERATORE ELETTRONICO
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SOLUZIONE
Per poter calcolare R2 devo prima sostenere quanto segue.
Quando ho 90 gradi la soglia sul pin 1 del NAND IC1 4093 deve raggiungere il 70% della
tensione di alimentazione per riconoscere un livello alto così da liberare l’oscillatore che
genererà il tono d’allarme.
Chiamo questo livello del pin 1 Vh che sarà :
Vh = 12 x 70/100 = 8,4V
Dalla configurazione dell’OP osservo che
Vh = Vu = V2 + (V2 –V1) x A
[1]
dove A è l’amplificazione dell’operazionale ed è dato da:
A = R2 / R1
[2]
Il diodo sensore a 90 °C avrà subito un delta T pari a 65 °C (90-25) e pertanto la delta V1
sarà ΔV1 = 70 x 3 mV = 210 mV pertanto:
V1 a 95 °C = V1 a 25 °C - ΔV1 = 0,6V – 0,195 V = 405 mV
V2 è dato da un partitore di tensione formato da R4 e R5 pertanto:
V2 = 12 x R5 /(R4 + R5) = 12V x 1K / (18K + 1K) = 0,631 V
Sostituendo nella [1] si ha 8,4V = 0,631 + (0,631 – 0,405) x A
da cui l’amplificazione A sarà:
A = (8,4 - 0,631) / (0,631 – 0,405) = 7,769 / 0,226 = 34,4
[3]
Conoscendo A ed R1 sostituendo nella [ 2 ] trovo R2
R2 = R1 x A = 22K x 34,4 = 756 KOhm
Valore commerciale di R2 va scelto tra 680K e 820K , scelgo 820K perché offre minor
scarto ed anche perché l’allarme scatterà un poco prima dei 90 °C considerato che
aumenta il guadagno che con R2=820K sarà A = 820 / 22 = 37.
Se si fa il ragionamento a ritroso sostituendo nella [2] il nuovo A si avrà:
V2 - V1 = 7,769 / 37 = 0,209 da cui V1= V2 – 0,209 = 422 mV pertanto
ΔV1 = V1 a 25°C – 0,422 = 0,6 – 0,422 = 178 mV da cui
ΔT = 178 / 3 = 59,3 °C pertanto la nuova Tmax d’allarme sarà:
Tmax = 59,3 + 25 = 84, 3 °C
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Per il calcolo di R7 devo ricordare che l’oscillatore a porte NAND CMOS, basato sulla
carica e scarica del condensatore C2 attraverso la R7 risponde alla seguente formula:
T = 2,2 R7 C2
Conoscendo la frequenza della nota voluta F= 800 Hz posso trovare il suo periodo
T = 1 / F = 1 / 800 = 1,25 mS
Ne consegue che 2,2 R7 C2 = 1,25 mS da cui, conoscendo C2, R7 sarà:
R7 = T / 2,2 C2 sostituendo si avrà:
R7 = 1,25 10-3 / 2,2 C2 = 1,25 10-3 / 2,2 10 10-9 = 1,25 106 / 20 = 0,0568 106 = 56,8 KOhm
Il valore commerciale di R7 sarà = 56 KOhm
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GRAFICO ANDAMENTO SEGNALI
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SCHEMA ALIMENTATORE
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