Laboratorio di Progettazione Elettronica:
Esercitazione 3
In questa esercitazione verranno realizzati fisicamente su breadboard i circuiti progettati durante la prima
esercitazione. Una esempio di breadboard è riportato in Figura 1: si tratta di una piastra di plastica con
all’interno varie connessioni metalliche già realizzate
Figura 1: breadboard
In particolare le connessioni della breadboard che utilizzeremo sono indicate nella parte destra di Figura 1:
Le sezioni A e D sono connesse orizzontalmente ( tipicamente si utilizzano per portare l’alimentazione e la
massa al circuito), mentre le sezioni C e D sono connesse in verticale.
L’utilizzo della breadboard rappresenta uno strumento semplice e veloce di prima prototipazione per
verificare il comportamento del circuito che si vuole progettare. I fori nelle piastre B e C sono disposti a una
distanza di 2.54 cm l’uno dall’altro, tale distanza, infatti è usata in quasi tutti i package di circuiti integrati.
Avendo quindi, come nel nostro caso un package a 8 pin, possiamo sistemarlo nei fori della breadboard a
cavallo tra la zona B e la zona C. Tutte le altre interconnessioni dovranno essere fatte tenendo conto del
circuito che si vuole progettare e della struttura della breadboard, prestando attenzione a non fare corti
indesiderati mappando, per esempio, due nodi diversi sulla stessa colonna nelle zone B o C.
Per svolgere l’esercitazione avrete a disposizione:
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Una breadboard
Un componente OPA2137 (dual)
Tutti i componenti presenti nel kit della TI myParts Kit (trovate l’elenco dei componenti nel
coperchio)
Un Kit “analog discovery 2” della digilent che può essere utilizzato come alimentatore, come
generatore di segnale e come oscilloscopio. (il manuale è a disposizione all’indirizzo
https://reference.digilentinc.com/analog_discovery_2:refmanual)
Un adattatore con BNC per il kit analog discovery,
2 sonde per oscilloscopio
1 cavo BNC
Gli strumenti che vi possono essere utili per svolgere l’esercitazione sono:
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Il software waveforms 2015, per gestire la board analog discovery. Potete trovarlo a link:
http://store.digilentinc.com/waveforms-2015-download-only/ scaricatelo e installatelo sul vostro
PC. Il software è di utilizzo abbastanza intuitivo, per ogni difficoltà il manuale di utilizzo è
disponibile al link: https://reference.digilentinc.com/waveforms3/refmanual
Codice a colori delle resistenze (Figura 2):
Figura 2: codice a colori per le resistenze a foro passante
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La codifica dei valori di capacità: Per quanto riguarda i capacitori elettrolitici (Figura 3a), trovate il
valore direttamente scritto sul componente. Prestate attenzione al fatto che questo tipo di
capacitori ha una polarità, dovete quindi mettere il piedino con il segno meno dal lato della
tensione minore. Per quanto riguarda i capacitori ceramici (Figura 3b) invece per interpretare il
codice bisogna tenere presente che:
L’unità di misura è il picofarad
Le prime due cifre stampate rappresentano le prime due cifre del valore della
capacità, mentre la terza cifra rappresenta il numero di zeri che seguono le prime
due cifre, ad esempio se trovate scritto 103, significa che quel capacitore ha un
valore pari a C=10*103 pF, cioè 10nF.
(a) Capacitori elettrolitici
(b) Capacitori ceramici
Figura 3
Esercizio 1: Progettare un amplificatore operazionale in configurazione
invertente come rappresentato in Errore. L'origine riferimento non è stata
trovata.. Utilizzare l’amplificatore operazionale commerciale della Texas
Instruments OPA2137.
Figura 4
a) Scegliere i componenti da montare sulla breadboard in modo da avere un guadagno pari a 10V/V
b) Montare i componenti sulla breadbord con le relative interconnessioni
c) Il sistema verrà alimentato con un’alimentazione single supply Vdd=5V, che verrà fornita
dall’alimentatore presente nella board analog discovery. È quindi necessario anche generare la
Vref=2.5V. Dovrete quindi aggiungere un partitore resistivo tra massa e Vdd per generare la Vref.
d) Connettere alimentazione, generatore di segnale e oscilloscopio per visualizzare l’uscita alla board
analog discovery
e) Impostare nel software waveforms 2015 una sinusoide di ingresso con ampiezza 50 mV e frequenza
1kHz (centrata su 2.5V)
f) Attivare i segnali e monitorare l’uscita, fate delle prove facendo variare ampiezza e frequenza del
segnale di ingresso per vedere come risponde l’amplificatore
g) Fate al circuito tutte le modifiche necessarie per utilizzare un’alimentazione dual supply e ripetete
l’esperimento.
Esercizio 2: Progettare un amplificatore a due stadi (Figura 5), utilizzando
l’amplificatore operazionale commerciale della Texas Instruments
OPA2137.
a) Dimensionare le resistenze per avere un guadagno pari a 80dB, utilizzare un’alimentazione dual
supply
.
1 stadio
CAP
2 stadio
Figura 5
È necessario introdurre la capacità di disaccoppiamento C1 perché, come specificato nel datasheet,
il componente ha una tensione di offset dell’ordine dei mV, e tale tensione sarebbe amplificata dal
secondo stadio causando possibili problemi di saturazione verso le alimentazioni). Dimensionare i
componenti (R1, R2, R3, R4 e C1) in modo che:
Il guadagno di 80 dB sia distribuito equamente tra i due stadi (40 dB per ogni stadio)
La frequenza di taglio del passa alto introdotta da C1-R4 sia pari a circa 1 Hz
b) Scegliere i componenti da montare sulla breadboard per soddisfare le specifiche
c) Montare i componenti sulla breadbord con le relative interconnessioni
d) Connettere alimentazione, segnale di ingresso e oscilloscopio per visualizzare l’uscita sia del primo
che del secondo stadio alla board analog discovery
e) Impostare nel software waveforms 2015 una sinusoide di ingresso con ampiezza 5 mV e frequenza
1kHz
f) Attivare i segnali e monitorare le uscite del primo e secondo stadio usando entrambe le sonde
dell’oscilloscopio, fate delle prove facendo variare ampiezza e frequenza del segnale di ingresso per
vedere come risponde l’amplificatore
