Prof. Paolo Colantonio a.a. 2011-12

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a.a. 2011‐12
La breadboard o scheda per prototipi è un dispositivo di facile utilizzo che consente
di realizzare rapidamente prototipi di circuiti elettronici senza eseguire saldature, con
il vantaggio, quindi, di poter facilmente modificare i prototipi realizzati
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Al suo interno il dispositivo è costituito da numerose serie di clip metalliche.
La disposizione delle clip sulla breadboard realizza una serie di linee di cinque
pozzetti collegati tra loro (socket strip) ed una serie di linee collettrici (bus strip): le
prime vengono di norma utilizzate per il collegamento dei componenti elettronici
mentre le seconde per le connessioni di alimentazione o di massa
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Schema a blocchi di un alimentatore non stabilizzato  Il primo blocco è un trasformatore che fornisce una tensione alternata sinusoidale
tale che sia possibile ottenere il valore di ampiezza più appropriato per la tensione
continua desiderata.
 Il secondo blocco è un raddrizzatore che converte la tensione alternata a valore
medio nullo in una tensione pulsante e unipolare con valore medio diverso da zero.
 II terzo blocco consiste di un filtro che, eliminando dall’uscita raddrizzata le
componenti in alternata, smussa la forma d’onda e consente di livellare la tensione
pulsante, fornendo in uscita una tensione di valore sostanzialmente costante cui è
sovrapposto un residuo in alternata (ripple).
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Alimentatori non stabilizzati
La tensione varia in maniera inversamente proporzionale al carico e si ha un notevole
aumento del ripple.
Alimentatori stabilizzati
Mantengono stabile la tensione di uscita con qualsiasi carico, entro i limiti di progetto,
mediante l’impiego di un regolatore.
Vengono a loro volta suddivisi in due classi a seconda del regolatore usato:
 regolatore shunt
 regolatore serie
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Limitazione della corrente IMax
Gli alimentatori sono in genere dotati di un circuito per limitare la corrente
massima erogata in uscita (regolabile da utente), utile
 ad evitare la presenza di correnti troppo elevate
 ad evitare problemi in caso di cortocircuito accidentale
 per i circuiti che richiedono una alimentazione in corrente costante, anziché in
tensione costante.
I
vMax
V
RL=R1
+
-
RL
VMax
IMax
I
IMax

RL
R1
0
RL=R1  0
+
V
RL
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1.
2.
3.
4.
5.
6.
Interruttore di accensione
Abilitazione visualizzazione uscita da 0 a +6V
Abilitazione visualizzazione uscita da 0 a +20V
Abilitazione visualizzazione uscita da 0 a ‐20V Uscita da 0 a +6V Terminale comune
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7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Uscita da 0 a +20V
Uscita da 0 a ‐20V Terminale di connessione a massa
Manopola di controllo allineamento
Manopola di controllo dell’uscita 6V Manopola di controllo dell’uscita ±20V
LED di sovraccarico Display corrente Display tensione
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
L’alimentatore fornisce:
◦ 2 uscite in modalità tracking con tensione massima ±20V a 0.5A,
◦ 1 uscita con tensione massima +6V a 2.5A.

Le uscite in modalità tracking possono essere utilizzate in serie per fornire una tensione di 40V a 0.5A.

Le tre uscite condividono il terminale COM, isolato dalla messa a terra del telaio.

Il riferimento a massa è ottenuto connettendo il terminale COM al terminale ┴

Durante il funzionamento delle uscite +6V e ±20V, se una variazione del carico comporta il superamento dei limiti di corrente, il LED OVERLOAD si illumina.
◦ Nota: in questo modello il limite massimo di corrente non è selezionabile da utente ma impostato dallo strumento (2.5A per l’uscita a 6V, 0.5A per l’uscita a 20V)
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Un generatore di forme d’onda è un elemento fondamentale per la realizzazione di un
banco di misura.
Infatti esso genera una forma d’onda periodica che può essere iniettata all’ingresso del
circuito da misurare.
Tipici segnali ottenibili sono costituiti da:
• Forme d’onda sinusoidali
• Forme d’onda triangolari
• Forme d’onda rettangolari
Di queste si può variare la frequenza, l’ampiezza ed il livello medio.
Ulteriore utilità, presente in molti generatori di segnale, è la possibilità di introdurre una
modulazione in ampiezza e frequenza.
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16
15
11
7
12
2
8
1
3
1 Interruttore ON/OFF
2 Tasto di visualizzazione
3 Tasti di Modulazione/Sweep/Burst
4 Tasto del menù storage
5 Tasto del menù utility
6 Tasto del menù help
7 Tasti dei menù di scelta da display
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4
5
6
10 9 13
14
8 Tasti di selezione delle forme d’onda
9 Tasto di trigger manuale
10 Tasto abilita /disabilita uscita
11 Manopola di regolazione
12 Tasti per spostare il cursore
13 Connettore di sincronismo
14 Connettore d’uscita
15 Tasti numerici
16 Display
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5
6
10
•
Per ottenere informazioni su una funzione, premere e tenere pigiato il tasto di
interesse o premere il tasto del menù Help (6).
•
Una tasto acceso indica che la funzione corrispondente è attiva.
•
Nessun segnale è emesso in uscita se il tasto Output (10) non è illuminato.
•
Per selezionare una tensione in DC dal pannello frontale premere il tasto Utility
(5) e premere la funzione DC on.
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2
7
•
Il tasto Graph (2) permette di passare dal modo grafico al modo Menù.
•
Nel modo Menù i sei tasti di selezione da display (7) permettono di scegliere
parametri e funzioni. Per esempio, il primo tasto di selezione permette di
specificare frequenza o periodo.
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•
In modo Graph i tasti di selezione funzionano come in modo Menù, eccetto
che è mostrata soltanto una etichetta.
•
Il segnale può essere specificato tramite ampiezza e offset o tramite Hi Level
e Lo Level.
•
Le caratteristiche modulazione, sweep o burst possono essere utilizzate con
parecchi tipi di forme d’onda.
•
Permette la connessione a PC tramite GPIB, USB, o LAN.
•
Forme d’onda possono essere create su PC ed introdotte sul generatore di
funzione d’onda.
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• Premere l’interruttore ON/OFF. Dopo alcuni secondi il generatore si configura sui valori iniziali. • Selezionare la forma d’onda. • Modificare i parametri della forma d’onda.
• Premere il tasto per specificare il parametro da modificare. Per esempio l’ampiezza. • Mediante i tasti del cursore (12) selezionare la prima cifra.
• Mediante la manopola (11) modificare il valore della prima cifra
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• Selezionare l’Offset.
• Tramite i tasti (12) e la manopola (11) modificare il valore dell’offset
• Mediante il primo tasto di selezione (7) scegliere la frequenza.
• Premendo ancora tale tasto si seleziona il periodo. • Mediante la tastiera numerica si modifica il valore.
• Tramite tasti di selezione si sceglie l’unità di misura. Elettronica II
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Il multimetro è uno strumento di misura che permette di misurare tensioni, correnti o
valori di resistori.
Ogni tasto permette di selezionare due funzioni, una scritta sul tasto stesso, e l'altra,
riportata con la scritta in colore diverso sotto o sopra lo stesso tasto, che si attiva
premendo il tasto SHIFT.
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Attiva la funzione di Voltmetro
o di Amperometro in DC
Attiva la funzione di Voltmetro
o di Amperometro in AC
Attiva la funzione di ohmetro a 2
fili (2W), o 4W (misura di
resistenze con il metodo dei 4
fili).
Permette di effettuare la misura
della frequenza o del periodo
del segnale applicato
Tasti per navigare nel menù dello strumento
Servono per impostare i parametri dello strumento, quale numero di cifre da
utilizzare o tasti di navigazione nel menù dello strumento.
NOTA: In questo strumento, come in molti altri multimetri, la cifra più significativa
(quella più a sinistra) può assumere solo due valori: 0 o 1.
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Per tensioni (DC o AC)
fino a max. 200V
4W Sense/
Ratio Ref
HI
200V
Max
1000V
Max
Per tensioni (DC o AC)
fino a max. 1000V
LO
500Vpk
Max
3A
RMS
VMax 200V
4W Sense/
Ratio Ref
I
Input
V  
HI
HI
200V
Max
1000V
Max
Circuito
HI
Circuito
Input
V  
LO
500Vpk
Max
3A
RMS
VMax 1000V
I
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Lo strumento misura la caduta di potenziale su una resistenza interna di
valore noto (tipicamente decimi di Ohm)
4W Sense/
Ratio Ref
Input
V  
HI
HI
200V
Max
1000V
Max
0.1 
LO
500Vpk
Max
3A
RMS
I
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Circuito
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Lo strumento inietta una corrente di riferimento di valore noto e misura la
caduta di potenziale sulla resistenza da misurare.
4W Sense/
Ratio Ref
IRef
Input
V  
HI
HI
200V
Max
1000V
Max
Resistenza
da misurare
LO
500Vpk
Max
3A
RMS
I
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Se la resistenza da misurare è troppo piccola, la misura può essere affetta da errore in
quanto si misurerebbero anche le resistenze dei fili di collegamento (RP) utilizzati per
collegare la resistenza allo strumento. Si ricorre allora alla tecnica a 4 fili (4W)
Rs
4W Sense/
Ratio Ref
IRef
Input
V  
HI
HI
200V
Max
Rp
1000V
Max
LO
500Vpk
Max
Rp
3A
RMS
Rx
Resistenza
da misurare
I
Rs
Sui collegamenti in cui è presente la resistenza parassita RS non scorre corrente, per cui
il Voltmetro interno misura direttamente la caduta sulla resistenza incognita RX.
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
L’oscilloscopio consente di visualizzare forme d’onda

Più in generale è un dispositivo che visualizza una qualunque funzione di 2 variabili. Per fare ciò le 2 variabili devono essere (o essere trasformate in) tensioni elettriche.

Nell’uso più comune l’oscilloscopio visualizza sullo schermo l’andamento in funzione nel tempo (asse X) di una tensione elettrica (asse Y). A volte l’intensità del display è detta asse Z.
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
Il grafico rappresentato sullo schermo dell’oscilloscopio consente di effettuare misure e di fornire molteplici informazioni su:
◦ Forma del segnale
◦ Tensioni ( correnti): si può misurare la differenza tra tensione massima e minima ovvero l’escursione picco‐picco del segnale ◦ Periodi delle forme d’onda ( frequenze)
◦ Differenze temporali DT legate a differenze di fase DF

Si possono individuare la presenza di disturbi e rumore, la presenza di una componente continua o di una alternata sovrapposte in un segnale
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
L’oscilloscopio utilizza le sonde di misura per prelevare il segnale dal circuito.
•
L’impedenza di ingresso degli oscilloscopi è di 1 MW per frequenze <1 kHz.
•
Per frequenze superiore comincia a diventare importante la capacità di ingresso dell’oscilloscopio in parallelo a quella delle sonde (100 pF) e quindi diminuisce.
•
Gli oscilloscopi si suddividono in 2 categorie: digitali ed analogici.
 Quelli analogici utilizzano direttamente tensioni variabili
 Quelli digitali lavorano con numeri binari che rappresentano campioni di tensioni. Elettronica II
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
La traccia ottenuta sullo schermo dipende da due fattori:
◦ il movimento di un punto sullo schermo
◦ e la persistenza dell’immagine sulla retina dell’occhio.

Lo spostamento del punto è il risultato di due movimenti, uno lungo l’asse
orizzontale, prodotto da una tensione periodica a dente di sega, l’altro lungo l’asse
verticale, prodotto dal segnale all'ingresso.

Pertanto se il segnale in ingresso è periodico ed è garantita una sincronizzazione tra
i due segnali Y e X si ottiene come risultato l’andamento della tensione nel dominio
del tempo.
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• Per realizzare la sincronizzazione dei due segnali, gli oscilloscopi fanno ricorso alla funzione denominata Trigger, la quale permette di controllare l'avvio della scansione solo in corrispondenza del verificarsi di un particolare evento sul segnale in ingresso, quale ad esempio il superamento di una determinata soglia (positiva, negativa o nulla).
Generatore base dei tempi
Sweep Time 1
Time
Sweep Time 2
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T Max
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Controlli
verticali
MENU’
ON/OFF
Controlli di
misura
Controlli
orizzontali
Controlli di
funzionamento
Controlli di
forma d’onda
Manopola di
inserimento
Controlli
di menù
Controlli
di trigger
Interruttore
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Display
Tasti di
selezione
Ingressi
Terminali di
compensazione
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Ogni canale ha un menù di controlli verticali attivato premendo i tasti 1 o 2 sul pannello frontale. Le caratteristiche della traccia sono modificata tramite le manopole Scala e Posizione.
Il menù è attivato tramite il tasto MENU’ ON/OFF. • Controllo di connessione
• Controllo di limite di banda
• Controllo di attenuazione della sonda POSIZIONE
• Controllo di inversione
• Controllo dei filtri digitali
SCALA
Menù
Massa
Barra di
stato
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Le operazioni matematiche sono attivate tramite il tasto Math. Le forme d’onda possono essere memorizzate mediante il menù Ref.
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• I controlli Scale e Position permettono di modificare la collocazione della forma d’onda. • Il menù associato alla base tempi è attivato premendo il tasto Main/Delayed. Elettronica II
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SCALE
POSITION
Main/
Delayed
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 Il tasto FORCE serve per avviare una acquisizione indipendentemente dalla presenza o meno di un adeguato segnale di trigger.
 Il tasto Mode/Coupling attiva sul display il menù per il controllo del tipo di trigger, ovvero quale dei due segnali di ingresso deve essere utilizzato come riferimento per il trigger, con che tipo di accoppiamento, e altre funzioni dipendenti dal tipo di oscilloscopio a disposizione.
 Il tasto LEVEL 50% consente di impostare automaticamente il livello del segnale di trigger a metà della forma d'onda di ingresso a cui si è associato il trigger stesso.
 La manopola LEVEL permette di impostare manualmente il livello del segnale di trigger
 La porta di ingresso Ext Trig. permette di inviare allo strumento un segnale di Trigger esterno. Elettronica II
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Misura della tensione picco-picco e del periodo/frequenza
Misura dello sfasamento tra due segnali
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 E’ possibile attivare la modalità X‐Y per visualizzare il grafico di V2(t) vs. V1(t) generando così le figure di Lissajous (attraverso il menù dei controlli verticali e quindi selezionando la funzione Time Base).
=0
=45
0
=90
0
0
=135
0
=180
0
0
0
0
0
=360
=315
0
0
=225
0
=270
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0
0
0
0
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 Le sonde di tensione ad alta impedenza permettono di prelevare il segnale dai circuiti e trasferirne una copia non distorta all'ingresso dello strumento.  alterare il meno possibile il segnale prelevato
 minimizzare l'effetto di carico sul circuito sotto misura.  Limitare al massimo l'accoppiamento fra il sistema di misura ed i campi elettrici esterni di disturbo eventualmente presenti.
CV
CC
gRox
Cox
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Rox
•
Rosc rappresenta la resistenza di ingresso dell'oscilloscopio (1 M)
•
Cosc esprime la capacità di ingresso dell'oscilloscopio (20 pF)
•
CC rappresenta la capacità del cavo coassiale (circa 25pF/m, lunghezza tipica del cavo 1.5m)
•
CV è la capacità della testa della sonda ed è variabile in quanto serve per la compensazione (valore di circa 10pF)
•
Rin è la resistenza della testa della sonda (9 M)
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C1
 Modello equivalente
v1(t)
R1
C2
R2
v2(t)
R2  1  j R1C 1 
V2
H=

V1 R1  1  j R2 C 2   R2  1  j R1C 1 
 Zero
 1 =R1C 1
 Polo
R1 R2
2 =
C 1  C 2 
R1  R2
H LF
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R2

R1  R2
H HF
C1

C1  C2
38 | 41
0.25
 Partitore Compensato
Compensato
Sottocompensato
Sovracompensato
|H|
0.2
H LF  H HF
R2 C 1

R1 C 2
0.15
0.1
0.05
0
10
 Partitore sovra-compensato
2
10
4
10
Freq. (Hz)
6
10
8
10
0.5
H LF  H HF
Compensato
Sottocompensato
Sovracompensato
0.4
R2 C 1

R1 C 2
0.3
phase(H)
0.2
0.1
 Partitore sotto-compensato
0
H LF  H HF
-0.1
-0.2
-0.3
0
10
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2
10
4
10
Freq. (Hz)
6
10
R2 C 1

R1 C 2
8
10
39 | 41
Compensazione a bassa frequenza
1. Impostare l’attenuazione della sonda a 10X 1. selezionare il canale
2. Dal menu frontale selezionare Probe fino a che non appare 10x
2. Attaccare la sonda al connettore di compensazione
3. Premere Autoscale
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Compensazione ad alta frequenza
1. Collegare la sonda ad un generatore di onde quadre
2. Impostare sul generatore un’onda quadra a frequenza 1 MHz ed
ampiezza 1 Vp‐p.
3. Premere Autoscale
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