Realizzazione di semplici circuiti non lineari: diodo
annuncio pubblicitario
Circuiti elettrici non lineari Il diodo Misure con l’oscilloscopio e con il multimetro Edgardo Smerieri Laura Faè PLS - AIF - Corso Estivo di Fisica Genova 2009 Individuazione dei pin del diodo Anodo Anodo ID + VD − Catodo Catodo ⎛ VD ⎞ ⎜ ⎟ I D = I 0 ⎜ e ηVT − 1⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 2 1 Diodo e sua curva caratteristica Zona di conduzione diretta ⎛ VD ⎞ ⎜ ⎟ I D = I 0 ⎜ e ηVT − 1⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ VT = 26 mV a temperatura ambiente I0 ~ 10 nA per diodi al Si η è un numero che varia tra 1 e 2 3 Diodo e sua curva caratteristica Terzo quadrante: Zona di conduzione inversa I D ≅ −I0 4 2 Elenco delle misurazioni 1. 2. 3. 4. Raddrizzatore a semionda Raddrizzatore a semionda con filtro capacitivo Raddrizzatore a ponte Raddrizzatore a ponte con filtro capacitivo Particolare attenzione va posta alle modalità di visualizzazione dei segnali sull’oscilloscopio in base a come sono generati 5 Raddrizzatore a semionda Segnale d’ingresso prelevato da un generatore di funzioni - Sinusoide - Ampiezza 1 V - Frequenza 1 kHz Vin e VR al CH1 e CH2 dell’oscilloscopio 6 3 Raddrizzatore a semionda Segnale d’ingresso sinusoidale di 1 kHz di frequenza e ampiezza 1V-4V-7V-10V. Si nota che al crescere dell’ampiezza del segnale d’ingresso l’intervallo di tempo di non conduzione del diodo diventa sempre più piccolo in rapporto al periodo del segnale applicato quindi il funzionamento del diodo come raddrizzatore si avvicina maggiormente ad un comportamento ideale. 7 Misure sul raddrizzatore a semionda 1. Misurare il valore medio Vdc con un multimetro in DC e confrontarlo con il valore teorico per un diodo ideale V Vdc = max π – per Vin = 1 V V V − VDon 1 − 0.7 Vdc = max = in max = ≅ 0.096 V π – π per Vin = 10 V Vdc = 2. π Vmax π = Vin max − VDon π = 10 − 0.7 π ≅ 2.96 V Calcolare il valore medio Idc = Vdc / R e confrontarlo con il valore il valore misurato con il multimetro 8 4 Raddrizzatore a semionda Filtro capacitivo Segnale d’ingresso prelevato da un generatore di funzioni - Sinusoide - Ampiezza 10 V - Frequenza 1 kHz Vin e Vout al CH1 e CH2 dell’oscilloscopio Valore medio Vdc Diodo in conduzione ΔV Diodo in interdizione 9 Misure sul raddrizzatore a semionda Filtro capacitivo 1. 2. Misurare il valore medio Vdc con un multimetro in DC Misurare ΔV utilizzando l’oscilloscopio Per Vin = 10 V si ha ΔV di circa 4.6 V pertanto Vdc ≅ Vmax − 3. ΔV ΔV = (Vin max − VDon ) − ≅7V 2 2 Calcolare il valore medio Idc = Vdc / R e confrontarlo con il valore il valore misurato con il multimetro 10 5 Raddrizzatore a ponte I diodi conducono a coppie: D1 conduce insieme a D3 D2 conduce insieme a D4 11 Raddrizzatore a ponte Vdc = 2Vmax π Vdc = 2(Vs max − 2VDon ) π 12 6 Raddrizzatore a ponte • Misurare il valore medio Vdc con un multimetro in DC e confrontarlo con il valore teorico ideale (VsRMS = 15 V) Vdc = 2Vmax 2Vs max = ≅ 13.5 V π π • Tenendo conto della caduta di tensione ai capi dei diodi del ponte sempre per VsRMS = 15 V si ha Vdc = 2Vmax 2(Vs max − 2VDon ) 2(21.21 − 1.4) ≅ 12.6 V = = π π π 13 Individuazione dei pin di un ponte commerciale 14 7 Raddrizzatore a ponte Filtro capacitivo VsRMS = 15V frequenza = 50 Hz 15 Raddrizzatore a ponte Filtro capacitivo Diodi D1 e D3 in conduzione a Diodi D2 e D4 in conduzione c b d Tutti i diodi in interdizione 16 8 Raddrizzatore a ponte Filtro capacitivo Al crescere della capacità: • diminuisce il “ripple” cioè l’ondulazione della tensione d’uscita • la scarica del condensatore è sempre più lineare (scarica a corrente costante) • diminuisce il tempo durante il quale i diodi conducono • aumenta il tempo durante il quale il condensatore si scarica 17 Raddrizzatore a ponte Filtro capacitivo Vmax Valore medio Vdc ΔV Vdc ≅ Vmax − ΔV ΔV = (Vs max − 2VDon ) − 2 2 18 9 Raddrizzatore a ponte Filtro capacitivo • Nell’ipotesi che il condensatore nella fase di diodi interdetti, si scarichi a corrente costante per un intervallo di tempo pari a T/2 , l’equazione teorica approssimata della tensione media d’uscita è Vdc ≅ Vmax − I dc 4 fC o alternativamente Vdc ≅ Vmax 1 1+ 4 fRL C • Quanto più il valore del condensatore è elevato tanto più la formula precedente è accurata e quindi tanto più il valore medio misurato si avvicina al valore teorico 19 Raddrizzatore a ponte Filtro capacitivo • Misurare il valore medio Vdc con un multimetro in DC • Per VsRMS = 15 V e C = 22 μF la simulazione fornisce una variazione ΔV di circa 4.8 V pertanto Vdc ≅ 17.4 V • Per VsRMS = 15 V e C = 33 μF la simulazione fornisce una variazione ΔV di circa 3.5 V pertanto Vdc ≅ 18.0 V • L’applicazione della formula precedente fornisce invece – per C = 22 μF una tensione media Vdc = 16.7 V – per C = 33 μF una tensione media Vdc = 17.6 V 20 10 Misure sul raddrizzatore a ponte con filtro capacitivo • • • • Variare la resistenza di carico (la resistenza di carico è costituita per questa misura da una resistenza fissa da 470Ω in serie una variabile da 2 kΩ) Misurare in corrispondenza di ogni variazione i valori di Vdc e Idc Fare il grafico di Vdc in funzione di Idc Verificare che la caratteristica è una retta Vdc ≅ Vmax − Vdc Vmax C1 > C2 I dc 4 fC ΔVdc 1 =− ΔI dc 4 fC C1 C2 Idc 21 Circuito di misura per il rilievo della caratteristica Idc-Vdc 22 11
