Prof. Paolo Colantonio a.a. 2011-12
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Prof. Paolo Colantonio 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 2 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 3 | 41 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 4 | 41 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). Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 5 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 6 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 7 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 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 8 | 41 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) Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 9 | 41 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. Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 10 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 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 11 | 41 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. Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 12 | 41 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. Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 13 | 41 • 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. Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 14 | 41 • 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 15 | 41 • 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 Prof. Paolo Colantonio 16 | 41 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. Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 17 | 41 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. Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 18 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 19 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio Circuito 20 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 21 | 41 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. Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 22 | 41 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. Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 23 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 24 | 41 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 Prof. Paolo Colantonio 25 | 41 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. Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 26 | 41 • 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 27 | 41 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 28 | 41 T Max Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 29 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio Display Tasti di selezione Ingressi Terminali di compensazione 30 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio Le operazioni matematiche sono attivate tramite il tasto Math. Le forme d’onda possono essere memorizzate mediante il menù Ref. 31 | 41 • 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 Prof. Paolo Colantonio SCALE POSITION Main/ Delayed 32 | 41 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 33 | 41 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 Prof. Paolo Colantonio 34 | 41 Misura della tensione picco-picco e del periodo/frequenza Misura dello sfasamento tra due segnali Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 35 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 0 0 0 0 36 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 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) 37 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 40 | 41 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 Elettronica II Prof. Paolo Colantonio 41 | 41
