RELAZIONE DI LABORATORIO

RELAZIONE DI LABORATORIO
Esercitazione di laboratorio di Elettrotecnica N° 4
Svolta in data 11/01/2011
Corso di laurea in Ingegneria Aerospaziale
Docente del corso ZICH RICCARDO
Squadra (A,B,C) B
Tavolo N° 8
Componenti:
COGNOME
NOME
MATRICOLA
Capocchiano
Carlo
744790
Chiementin
Luca
742073
Chow
Alex Nicolas
743474
Coda
Matteo
741620
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AMPLIFICATORE OPERAZIONALE IN LINEARITÀ
Configurazione invertente
1. OBIETTIVI
Visualizzare i segnali d’ingresso Vs e quello d’uscita Vo nella configurazione invertente e confrontarla con i
risultati teorici.
2. DESCRIZIONE DELL’ESPERIMENTO E SCHEMA CIRCUITALE
Dopo aver realizzato il circuito seguendo lo schema in figura, abbiamo settato il generatore d’onda
in modo da fornire un’onda sinusoidale con una tensione di alimentazione dell’amplificatore di 15 V
e un segnale sinusoidale a 5 V di frequenza circa 99,6 Hz.
Successivamente abbiamo visualizzato le forme d’onda richieste sullo schermo dell’oscilloscopio
registrando anche i valori di picco delle tensioni Vs e Vo.
3. STRUMENTI E MATERIALI UTILIZZATI
Generatore di funzioni d’onda PeakTech 2080 Function Generator.
Il generatore di funzioni d’onda è l’elemento del circuito che fornisce il segnale. A differenza del generatore
di potenza, si occupa di fornire un segnale anche variabile nel tempo ma di intensità inferiore (µA).
#2 resistore di resistenza 100 Ω; #1 res. da 4,7 k Ω; #1 res. da 1 k Ω.
Oscilloscopio HP 54603B.
L’oscilloscopio è uno strumento in grado di visualizzare su uno schermo l’andamento di un segnale (in
termini di tensione) in funzione del tempo. Con questo strumento si possono eseguire misure di tempo e di
ampiezza della forma d’onda presentata all’ingresso.
Basetta millefori.
Amplificatore operazionale
L’amplificatore operazionale fondamentalmente un amplificatore di segnale alimentato in
continua che, idealmente, presenta: amplificazione o guadagno di tensione infinita,
resistenza di ingresso infinita e resistenza di uscita nulla. Le equazioni
costitutive sono:
Vo
A (V
I
I
V )
A Vd
0
Per alimentarlo sono necessarie due tensioni uguali in valore assoluto,
ma di polarità opposta. L’uscita è alimentata dalla potenza fornita grazie
all’alimentazione.
#3 cavi BNC (cavi di collegamento coassiali).
Un cavo coassiale è composto da due cilindri concentrici di materiale conduttore, separati da un isolante. Il
segnale trasmesso risulta schermato da disturbi elettromagnetici esterni, garantendo una maggior precisione
nelle misure di laboratorio.
Cavi e morsetti.
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Generatore di tensione Stab AR140.
Il generatore di tensione ideale è un elemento circuitale che impone una differenza di potenziale costante tra
due punti, qualunque sia la corrente che lo attraversa.
4. RISULTATI ATTESI (TEORICI)
L’immagine seguente rappresenta la forma d’onda sinusoidale della tensione imposta dal generatore di
segnale (in verde) e della tensione in uscita dall’amplificatore (in rosso). Nel primo caso (immagine di
sinistra) si è rispettato lo schema circuitale, ottenendo un’amplificazione e un’inversione del segnale (in
quanto R2 è maggiore di R1). Nel secondo caso, invertendo le resistenze, otteniamo un’attenuazione del
segnale in uscita.
Per ottenere i risultati teorici seguenti, si è simulato il comportamento ideale di tutti gli elementi
5. RISULTATI SPERIMENTALI
Nella seguente fotografia si nota come l’oscilloscopio reale restituisca un’immagine molto simile a quella
della sua controparte virtuale.
I valori teorici e sperimentali del segnale sul carico sono riassunti nella seguente tabella:
Configurazione Risultati
Amplificatore
Teorici
Sperimentali
Attenuatore
Teorici
Sperimentali
Vs
5V
5V
5,375 V
5,375 V
Formula
R2
Vo
Vs
R1
Vo
- 23,500 V
- 23,750 V
- 1,144 V
- 1,031 V
Errore %
+1,06%
-9,88%
6. CONCLUSIONI
La configurazione invertente permette l’amplificazione o l’attenuazione del segnale in ingresso a seconda
che la resistenza di feedback sia maggiore o minore della resistenza d’ingresso del segnale. Questa
caratteristica si ottiene imponendo V+ = 0 (terra relativa). La tensione duale è ottenuta con un partitore di
tensione, mentre lo zero di riferimento è a +7,5 V rispetto alla terra assoluta. Sia i grafici che gli errori
calcolati confermano quanto previsto teoricamente.
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AMPLIFICATORE OPERAZIONALE IN LINEARITÀ
Configurazione non invertente
1. OBIETTIVI
Visualizzare i segnali d’ingresso Vs e quello d’uscita Vo nella configurazione non invertente e confrontarla
con i risultati teorici.
2. DESCRIZIONE DELL’ESPERIMENTO E SCHEMA CIRCUITALE
Dopo aver realizzato il circuito seguendo lo schema in figura, abbiamo settato il generatore d’onda
in modo da fornire un’onda sinusoidale con una tensione di alimentazione dell’amplificatore di 15 V
e un segnale sinusoidale a 5,5 V di frequenza circa 99,6 Hz.
Successivamente abbiamo visualizzato le forme d’onda richieste sullo schermo dell’oscilloscopio
registrando anche i valori di picco delle tensioni Vs e Vo.
3. STRUMENTI E MATERIALI UTILIZZATI
Generatore di funzioni d’onda PeakTech 2080 Function Generator.
#2 resistore di resistenza 100 Ω; #1 res. da 4,7 k Ω; #1 res. da 1 k Ω.
Oscilloscopio HP 54603B.
Basetta millefori.
Amplificatore operazionale
#3 cavi BNC (cavi di collegamento coassiali).
Cavi e morsetti.
Generatore di tensione Stab AR140.
4. RISULTATI ATTESI (TEORICI)
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L’immagine precedente rappresenta la forma d’onda sinusoidale della tensione imposta dal generatore di
segnale (in verde) e della tensione in uscita dall’amplificatore (in rosso). Nel primo caso (immagine di
sinistra) si è rispettato lo schema circuitale, ottenendo una lieve amplificazione senza un’inversione del
segnale. Nel secondo caso, invertendo le resistenze, otteniamo un’amplificazione maggiore del segnale in
uscita.
Per ottenere i risultati teorici, si è simulato il comportamento ideale di tutti gli elementi
5. RISULTATI SPERIMENTALI
Nella seguente fotografia si nota come l’oscilloscopio reale restituisca un’immagine molto simile a quella
della sua controparte virtuale.
I valori teorici e sperimentali del segnale sul carico sono riassunti nella seguente tabella:
Configurazione Risultati
Amplificatore
Teorici
Sperimentali
Attenuatore
Teorici
Sperimentali
Vs
5,5 V
5,5 V
5,5 V
5,5 V
Formula
R1 R2
Vo
Vs
R1
Vo
6,670 V
6,688 V
31,350 V
30,625 V
Errore %
+0,27%
-2,31%
6. CONCLUSIONI
La configurazione non invertente ha la caratteristica di permettere la sola amplificazione del segnale, a
differenza dell’invertente. Per ottenere la configurazione non invertente bisogna impostare la terra relativa
all’ingresso V- ed il segnale Vs all’ingresso V+. Gli errori sono accettabili in quanto inferiori al 5% quindi
l’esperienza ha avuto esito positivo.
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AMPLIFICATORE OPERAZIONALE IN LINEARITÀ
Configurazioni derivatore ed integratore invertente
1. OBIETTIVI
Visualizzare qualitativamente i segnali d’ingresso Vs e quello d’uscita Vo nelle configurazioni di derivatore
ed integratore invertente variando la forma d’onda in ingresso.
2. DESCRIZIONE DELL’ESPERIMENTO E SCHEMI CIRCUITALI
Dopo aver realizzato il circuito seguendo lo schema in
figura, abbiamo settato il generatore d’onda in modo da
fornire un’onda sinusoidale con una tensione di
alimentazione dell’amplificatore di 15 V e un segnale a
5,5 V di frequenza circa 193,68 Hz.
Successivamente abbiamo visualizzato le forme
d’onda richieste sullo schermo dell’oscilloscopio: onda
sinusoidale e triangolare per il derivatore, sinusoidale,
quadra e triangolare per l’integratore.
3. STRUMENTI E MATERIALI UTILIZZATI
Generatore di funzioni d’onda PeakTech 2080 Function Generator.
#2 resistore di resistenza 100 Ω; #1 res. da 4,7 k Ω;
#1 condensatore C105 (106 pF= 1 µF)
Oscilloscopio HP 54603B.
Basetta millefori.
Amplificatore operazionale
#3 cavi BNC (cavi di collegamento coassiali).
Cavi e morsetti.
Generatore di tensione Stab AR140.
4. RISULTATI ATTESI (TEORICI)
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Le immagini precedenti rappresentano rispettivamente le forme d’onda in uscita del derivatore invertente
(sopra) e dell’integratore invertente (sotto). Come nei precedenti esercizi, in verde è raffigurato l’ingresso e
in rosso l’uscita dall’amplificatore. Il derivatore analogico è costituito da un amplificatore operazionale
invertente con un condensatore in serie all'ingresso. Siccome la relazione costitutiva del condensatore è una
relazione differenziale la tensione di uscita dipende dalla derivata della tensione di ingresso. Allo stesso
modo l’integratore analogico si ottiene mettendo un condensatore come feedback, ottenendo in uscita la
funzione integrale dell’ingresso. Le formule che mettono in relazione ingresso ed uscita sono le seguenti:
Derivatore
Vo
R C
Integratore
dVs
dt
Vo
1
R C
Vs
Per ottenere i risultati teorici, si è simulato il comportamento ideale di tutti gli elementi
5. RISULTATI SPERIMENTALI
Nella seguente fotografia si nota come l’oscilloscopio reale restituisca un’immagine molto simile a quella del
derivatore virtuale.
6. CONCLUSIONI
La configurazione di base è invertente. Nel caso della derivazione il segnale in uscita risulta disturbato
poiché la derivazione amplifica il rumore. Inoltre il derivatore non può sopportare i segnali discontinui
perché la derivata nei punti di discontinuità tende a infinito: una rapida successione di cicli brucerebbe
l’amplificatore, venendo superato il valore massimo tollerato. Per questo motivo non è stato possibile fornire
un segnale ad onda quadra. Viceversa, l’integratore accetta qualunque segnale ed inoltre attenua il rumore.
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