Document

Elettronica I
- Laboratorio Didattico -
BREVE INTRODUZIONE AGLI
STRUMENTI DEL BANCO DI MISURA
Generatore di Funzioni
T T i - TG2000
Generatore di Funzioni
T T i - TG2000
Genera i segnali di tensione
Uscita BNC
Regolazioni principali
Forma d’onda del Segnale
Frequenza del Segnale
Ampiezza picco-picco
del Segnale
Offset (componente continua del Segnale)
Generatore di Funzioni
T T i - TG2000
ATTENZIONE !!!
PRIMA DI COLLEGARE L’USCITA MAIN OUT DEL GENERATORE DI FUNZIONI, ALIMENTARE IL
CIRCUITO E VERIFICARE CON L’OSCILLOSCOPIO CHE NON SIANO PRESENTI SULLA PRESA BNC
DELLA BASETTA, SEGNALI O COMPONENTI CONTINUE (DC).
( PRIMA DELLA VERIFICA INSERIRE SULLA PRESA BNC DELLA BASETTA UNA SPINA BNC CON CARICO DA 50 Ω ).
Generatore di Funzioni
T T i - TG2000
Dopo aver impostato il generatore ed aver effettuato gli
opportuni controlli mettere su ON
Oscilloscopio Analogico
Tektronix 2245A
Oscilloscopio Analogico
a Raggi Catodici
Visualizza i segnali nel dominio
del tempo (Banda 100MHz)
Pannello Frontale
Schermo
Controllo “Trigger”
Canali e
Controlli
Regolazione
Schermo
Canali di Ingresso
Ingresso BNC
Canale 1
Segnale
d’ingresso
Accoppiamento in ingresso:
Riferimento di massa
(o linea a 0 V)
Direct Coupling
(DC)
Alternate Coupling
(AC)
Visualizzazione e Posizione
del Livello della Continua
Controllo
Posizione della
Continua
Visualizzazione dei canali
ON/OFF
Posizione della Continua
NB: La continua del
segnale (il suo valore
medio) NON viene
alterata!!!
Si cambia solo la posizione
del segnale sullo
schermo!!!
Controllo della Scale di
Visualizzazione
Scala Verticale
Volt/div
Scala Orizzon.
(Comune)
(Una per canale)
Anche in questo caso il segnale NON viene alterato!!!
E’ solo la visualizzazione che cambia!!!
Controlli per le Misure di
Tempo e Tensione
Cancellazione
Cursori
0.5V
50Hz
20ms
Regolazione Posizione Cursori
(Posizione Iniziale + Offset)
Sonda per le Misure
Punta Sonda
Connettore
BNC
Coccodrillo di
Massa
Elettronica I
- Laboratorio Didattico Per ogni problema:
Dispense del Laboratorio
Tecnico di Laboratorio
Docente/Tutor
Elettronica I
- Prima Esercitazione -
RISPOSTA IN FREQUENZA DI
CIRCUITI RC
PASSA BASSO/PASSA ALTO
RC Passa Basso
Schema Circuitale
RC Passa Basso
Diagramma di Bode - Modulo
Misura di Modulo e Fase di
F(j) al variare di 
Funzione risposta in frequenza: F(j) = Vout(j)/Vin(j)
Scopo:
1. misurare |F(j)| e  = arg[F(j)] al variare di 
2. Tracciare i diagrammi di Bode di modulo e fase di F(j) e determinare fc
Procedura: creazione di una tabella di dati
Freq [Hz]
Vin [V]
Vout [V]
Vout/Vin
|Vout/Vin|dB
t [s]
 [°]
2
1.8
0.9
-0.45
25·10-6
-22.5
100
200
500
1k
2k
5k
...
1M
Misura di Ampiezza: |F(j)|
Misura delle ampiezze di Vin e Vout tramite i cursori orizzontali
Vin
Vout
Misura di Fase:  = arg[F(j)]
Misura del “ritardo” t di Vout rispetto a Vin tramite i cursori verticali
Δt : T =  : 360

 = - 360° · t / T = - 360° · t · f
Vin
Vout
t
RC Passa Basso
Diagramma di Bode - Modulo
f-3dB
RC Passa Basso
Diagramma di Bode - Fase
RC Passa Basso
Risposta al gradino di Tensione
tR: Rise Time (Tempo di Salita)

fc = 0.35 / tR
tR
90%
10%
RC Passa Alto
Schema Circuitale
RC Passa Alto
Diagrammi di Bode - Modulo
f-3dB
RC Passa Alto
Diagrammi di Bode - Fase
RC Passa Alto
Risposta al gradino di Tensione
Elettronica I
- Seconda Esercitazione -
RISPOSTA IN FREQUENZA DI
CIRCUITI CON AMPLIFICATORI
OPERAZIONALI
Alimentatore
Tektronix PS283
Generatori di Tensione
0-30V
(var.)
5V
(fissi)
Premere i tasti solo a strumento spento!!!
Indipendenti
Parallelo
Serie
Regolazione Tensione e Limite
di Corrente
V
VDC
C.V.
C.C.
IMAX
I
IMAX : Limite di corrente (2A max)
Spie che indicano i due regimi
(Attenzione a C.C.!!!)
Spia C.C.
per il generatore
5V 3A
Configurazione Invertente (CI)
Circuito ATTIVO: l’amplificatore operazionale va alimentato
-15V
-15V
OpAmp ideale
+
V
+
V-
-
Vo
Vo
Aa =
= +∞
V+ - VRin = +∞
Rout = 0 Ω
CI con OpAmp ideale
Corto Circuito Virtuale:
+
V =V
Guadagno Conf. Invertente:
Vout
R2
GCI =
=Vin
R1
Configurazione Invertente (CI)
Circuito ATTIVO: l’amplificatore operazionale va alimentato:
SATURAZIONE DEL NODO DI USCITA
-15V
-15V
OpAmp A741
DdB del Modulo di Aa(jω)
Vedi anche grafico a pag. 81 in basso sulle dispense
Diagramma di Bode (modulo) del guadagno
dell’amplificatore operazionale ad anello aperto
Misura di Modulo e Fase di
F(j) al variare di 
Funzione risposta in frequenza: F(j) = Vout(j)/Vin(j)
Scopo:
1. misurare |F(j)| e  = arg[F(j)] al variare di 
2. Tracciare i diagrammi di Bode di modulo e fase di F(j) e determinare fc
Procedura: creazione di una tabella di dati
Freq [Hz]
Vin [V]
Vout [V]
Vout/Vin
|Vout/Vin|dB
t [s]
 [°]
2
1.8
0.9
-0.45
25·10-6
-22.5
100
200
500
1k
2k
5k
...
1M
Misura di Ampiezza: |F(j)|
Misura delle ampiezze di Vin e Vout tramite i cursori orizzontali
Misura di Fase:  = arg[F(j)]
Δt : T =  : 360

 = - 360° · t / T = - 360° · t · f
t
Configurazione Invertente
Diagrammi di Bode - Modulo
OpAmp A741 – Anello Aperto
Diagramma di Bode – Modulo
Vedi anche grafico a pag. 81 in basso sulle dispense
Diagramma di Bode (modulo) del guadagno
dell’amplificatore operazionale ad anello aperto
OpAmp A741 – Anello Aperto
Diagramma di Bode – Modulo
Vedi anche grafico a pag. 81 in basso sulle dispense
Diagramma di Bode (modulo) del guadagno
dell’amplificatore operazionale ad anello aperto
Diagramma di Bode (modulo)
dell’amplificatore invertente in esame
Configurazione Invertente
Diagrammi di Bode - Fase
Corto Circuito Virtuale «Reale»
Effetto del guadagno ad anello
aperto sul Corto Circuito Virtuale:
misura dell’ampiezza della
tensione V al variare della
frequenza (V+ = 0 V)
OpAmp A741
DdB del Modulo di Aa(jω)
Vedi anche grafico a pag. 81 in basso sulle dispense
Diagramma di Bode (modulo) del guadagno
dell’amplificatore operazionale ad anello aperto
Se l’OpAmp Satura, vale il
Corto Circuito Virtuale?
NO! Perché? Pensate al valore di Aa...
L+
Aa =
L-
Vo
V+ - V-
Amplificatore Invertente
Risposta al Gradino
tR: Rise Time (Tempo di Salita)

fc = 0.35 / tR
tR
90%
10%
Integratore di Miller
Approssimato
Stima Diagramma di Bode del
Modulo
Vo
Vi
dB
0
Log (f/Hz)
Stima Diagramma di Bode del
Modulo
Vo
Vi
dB
1MHz
0
Log (f/Hz)
Aa
Stima Diagramma di Bode del
Modulo
Integratore Ideale
Vo
Vi
dB
1MHz
0
1
2πR1C
Log (f/Hz)
Aa
Stima Diagramma di Bode del
Modulo
Integratore Ideale
Vo
Vi
dB
R2
R1
1MHz
0
1
2πR1C
Log (f/Hz)
Aa
Stima Diagramma di Bode del
Modulo
Integratore Ideale
Vo
Vi
dB
R2
R1
Integratore App.
1MHz
0
1
1
2πR2C
2πR1C
Log (f/Hz)
Aa
Integratore di Miller
Diagrammi di Bode - Modulo
Integratore di Miller
Diagrammi di Bode - Fase
Integratore di Miller
Risposta all’Onda Quadra (1)
Frequenza 50Hz
Integratore di Miller
Risposta all’Onda Quadra (2)
Frequenza 1kHz => Integratore!
Configurazione Non Invertente
Configurazione Non Invertente
Diagrammi di Bode - Modulo
Configurazione Non Invertente
Diagrammi di Bode - Fase
Effetto della Tensione e delle
Correnti di Offset
R2 = 10 kΩ
R1 = 100 Ω
II+
e0
VV0o
R1||R2 ≅ 100 Ω
A causa degli offset di
tensione e corrente,
in assenza di segnale
applicato, si osserva
una tensione di uscita
Vo pari a:
Vo = e0 ( 1 + R2 / R1 )
+ R2 ( I- - I+ ) 
Vo ≈ e0 ( 1 + R2 / R1 )
Effetto della Tensione e delle
Correnti di Offset
R = 10 MΩ
II+
e0
Vo
R = 10 MΩ
A causa degli offset di
tensione e corrente,
in assenza di segnale
applicato, si osserva
una tensione di uscita
Vo pari a:
Vo = e0 + R ( I- - I+ ) 
Vo ≈ R ( I- - I+ )
Elettronica I
- Terza Esercitazione -
CIRCUITI CON DIODI
Caratteristica I(V) diodo
1N4148
Datasheet del diodo a pag. 70
I = IS(e
V
nVT
- 1)
I
V
Raddrizzatore a Singola
Semionda (uscita 1)
Raddrizzatore a Singola
Semionda
Caratteristica Vout(Vin)
Raddrizzatore a
Ponte di Diodi (uscita 2)
Raddrizzatore a
Ponte di Diodi
Caratteristica Vout(Vin)
Limitatore al Valore Superiore
Clipping (uscita 3)
Limitatore al Valore Superiore
Clipping
Caratteristica Vout(Vin)
Limitatore al Valore Inferiore
Clipping (uscita 4)
Limitatore al Valore Inferiore
Clipping
Caratteristica Vout(Vin)
Limitatore Max/Min
Clipping
Limitatore Max/Min
Clipping
Caratteristica Vout(Vin)
Aggancio del Massimo
Clamping (uscita 5)
Aggancio del Massimo
Clamping
Aggancio del Minimo
Clamping (uscita 6)
Aggancio del Minimo
Clamping
Polarizzazione e Parametri di
Piccolo Segnale
RL
2.2 kΩ
E < 0 V  Diodo in Diretta
I
V
vs
I
Vo
E
V
rD
Vγ
E > 0 V  Diodo in Inversa
I
V
Ce
Polarizzazione Diretta (E < 0V)
RL
2.2 kΩ
vs
rD =
dI
dV
-1
=
nVT
I
rD
vo
vo = vs
rD
rD + RL
Polarizzazione Inversa (E > 0V)
RL
2.2 kΩ
Ce
vs
Ce =
C0
E
1+
VC
½
vo = vs
vo
1
1 + jωCeRL
Polarizzazione Inversa (E > 0V)
Elettronica I
- Quarta Esercitazione -
INVERTITORI REALIZZATI CON
TRANSISTORI NMOS
TRANSISTORE NMOS AD
ARRICCHIMENTO (1)
TRANSISTORE NMOS AD
ARRICCHIMENTO (2)
Famiglia delle caratteristiche Id - Vds
VGS varia da 0 a 5V (passo .5V)
Invertitore NMOS con Carico
ad Arricchimento (1)
Invertitore NMOS con Carico
ad Arricchimento (2)
Caratteristica Vout - Vin
Invertitore NMOS con Carico
ad Arricchimento (3)
Risposta ad un ingresso ad onda quadra
Vin
Vout
Invertitore NMOS con Carico
ad Svuotamento (1)
Invertitore NMOS con Carico
ad Svuotamento (2)
Caratteristica Vout - Vin
Invertitore NMOS con Carico a
Svuotamento (3)
Risposta ad un ingresso ad onda quadra
Vout
Vin
Invertitore CMOS (VDD = 3V)
3V
Risposta statica all’onda quadra
(f = 1 kHz)
VDD
VDD
Caratterizzazione
Invertitore CMOS
•
•
•
•
•
•
•
•
Misure sulla caratteristica Vout(Vin):
Tensioni di soglia dei MOSFET (VtN e VtP)
Tensione di soglia dell’invertitore (VTH)
Margini di rumore (VIL e VIH)
Guadagno G dell’invertitore usato come amplificatore
di tensione
Misure nel dominio del tempo:
Tensione di soglia dell’invertitore (VTH)
Risposta all’onda quadra con carico Capacitivo
Tempi di propagazione con carico Capacitivo
KP e KN (con carico Capacitivo)
Stima di VTH: Vout = Vin = VTH
VDD
VDD
VTH
VTH
Caratteristica Vout(Vin)
VDD
VOH
-1
1
-1
VtN VIL VTH
VIH
VDD - |VtP|
VOL
VDD
1
VIL
Vin
-Vout
-Vout
Stima di VIL e VIH
1
VIH
Vin
Stima di G
Risposta all’onda Quadra con
carico Capacitivo (f = 10kHz)
Stima di tr e tPLH (con C)
VDD
VDD
0.9VDD
VTH
0.1VDD
0.9VDD
tPLH
VTH
0.1VDD
Stima di tf e tPHL (con C)
VDD
VDD
0.9VDD
VTH
0.1VDD
0.9VDD
tPHL
VTH
0.1VDD
Stima di KN (con C)
IN
+
IC
N
C
Vin
Vo
Se Vo ≥ VDD - VtN N è in Saturazione:
IN = KN(VDD - VtN)2
dVo
IC = C
dt
IN = - IC

Vo(t) = VDD - IN/C t
KN ≈ -
Consideriamo trascurabile l’effetto Early
C ΔVo /Δt
(VDD - VtN)2
Stima di KP (con C)
VDD
IP
+
P
Se Vo ≤ |VtP| P è in Saturazione:
Vin
IC
C
Vo
Consideriamo trascurabile l’effetto Early
IP = KP(VDD - |VtP|)2
dVo
IC = C
dt
IP = IC

Vo(t) =
KP ≈
IP / t
C
C ΔVo /Δt
(VDD - |VtP|)2