I.I.S. “Perlasca” – sez. ITIS – Vobarno (BS)
Laboratorio
di Telecomunicazioni
Data
Relazione
n° 1
Classe – Gruppo
Castellini Fabio
02 /10/15
4
Cognome e Nome
Obiettivo
L’esperienza, suddivisa in 2 parti distinte, si prefigge i seguenti obiettivi:
1°Parte: analisi dell’amplificatore operazionale in configurazione invertente
2°Parte: analisi dell’amplificatore operazionale in configurazione non invertente
1° Parte
LM358 datasheet
Componenti e strumenti utilizzati
Componenti:
resistori vari (R1=8.2kΩ; R2=2.2kΩ), circuito integrato LM358
contenente due A.O., cavetti di collegamento, breadboard.
Strumenti:
Elencare la strumentazione utilizzata
STRUMENTO
Generatore di funzione
Oscilloscopio
Alimentatore
NUMERO
4
4
4
MARCA
Escort
Mitek
Stab
CARATTERISTICHE
Portata=2Mhz
Portata=20MHz
Portata=30V
Schema di montaggio
Accanto è illustrato lo schema di
montaggio su breadboard di un
amplificatore operazionale in
configurazione invertente. GDF
indica il generatore di funzione
che, in questo caso, genera onde
sinusoidali con frequenza pari ad
1kHz ed ampiezza pari a 0.2V.
CH1 e CH2 indicano i canali
dell’oscilloscopio. Chiaramente le
uscite negative delle sonde
andranno a massa (di colore
grigio nel circuito, data dalla
somma algebrica di Vcc e Vss).
Schema elettrico
Accanto è illustrato lo schema elettrico del circuito
analizzato precedentemente.
Successivamente è presente la simulazione
effettuata con Multisim dal quale si possono
dedurre i valori di Vin e Vout tramite le divisioni
dell’oscilloscopio.
Cenni teorici
A.O. IDEALE
Un amplificatore operazionale ideale ha
come caratteristiche:
- una resistenza di ingresso infinita
- una resistenza di uscita pari a 0Ω
- un guadagno ad anello aperto infinito
- un guadagno di modo comune pari a 0
- una larghezza di banda infinita
CORTOCIRCUITO e MASSA VIRTUALE
Fondamentale per comprendere il
funzionamento di questi dispositivi è il
concetto di cortocircuito virtuale, secondo il quale i due morsetti (+ e -) hanno sempre lo stesso potenziale, in
ingresso corrente e tensione sono nulle mentre in uscita possono assumere valori qualsiasi. Il concetto di
massa virtuale è simile a questo concetto in quanto i morsetti non sono effettivamente collegati tra loro ma
se uno dei due è collegato a massa, essendo isopotenziali, anche l’altro avrà una caduta di tensione di 0V
perciò la massa, come il cortocircuito sono detti virtuali.
A.O. INVERTENTE
Un amplificatore operazionale si dice invertente nel momento in cui il terminale non invertente (-) è posto a
massa, o meglio V- > V+. Inoltre il segnale in uscita da tale amplificatore sarà sfasato di 180° rispetto a l
segnale fornito in ingresso. Il guadagno è facilmente calcolabile dalla formula
G=-R2/R1 dove R2 è la resistenza di retroazione, molto maggiore rispetto a R1 che
rappresenta la resistenza in ingresso (un circuito di questo tipo è retroazionato,
cioè l’uscita viene riportata all’ingresso). Da questo si può quindi dedurre che il
guadagno reale non è infinito ma dipende dai valori delle resistenze e soprattutto
dalla massima tensione a cui il circuito può essere alimentato.
Conduzione della prova
In questa esperienza è stato possibile analizzare e verificare il funzionamento di amplificatore operazionale
in configurazione invertente. Inizialmente sono stati decisi, in base al guadagno in dB che è stato fornito dal
docente, per gruppo, i valori delle resistenze (R1=8.2kΩ; R2=2.2kΩ). In questo modo il guadagno dato da
–R2/R1 sarebbe stato il più vicino possibile a quello teorico derivante da quello in dB. Fatto ciò è stato
montato circuito e verificato l’effettivo funzionamento dell’operazionale la cui forma d’onda d’uscita, fornito un
segnale sinusoidale di ampiezza 0.2V a frequenza 1kHz, da parte del generatore di funzione, era sfasata di
180° ed amplificata di -4 volte rispetto a quella i n ingresso. Con l’oscilloscopio abbiamo quindi visualizzato,
scegliendo la scala (dell’ampiezza) più opportuna, i valori delle ampiezze dei due segnali che sono riportati
successivamente.
Risultati sperimentali
Conclusioni
Il concetto teorico è stato verificato e l’obiettivo preimposto è stato raggiunto. L’unica “difficoltà” si è
presentata nel momento in cui, avendo usato una nuova breadboard per motivi logistici nel coordinare due
differenti materie nello stesso laboratorio, è stato “scoperto” che essa presentava un’interruzione del
collegamento a metà delle righe riservate all’alimentazione. Dopo qualche minuto di smarrimento e
disperazione è stato possibile superare l’inconveniente e portare a termine il lavoro.
2° Parte
Componenti e strumenti utilizzati
Componenti:
Strumenti:
resistori vari (R1=8.2kΩ; R2=2.2kΩ), circuito integrato LM358 contenente due A.O.
Elencare la strumentazione utilizzata
STRUMENTO
NUMERO
MARCA
CARATTERISTICHE
Generatore di funzione
Oscilloscopio
Alimentatore
4
4
4
Escort
Mitek
Stab
Portata=2Mhz
Portata=20MHz
Portata=30V
Schema di montaggio
Accanto è illustrato
lo schema di
montaggio su
breadboard di un
amplificatore
operazionale in
configurazione non
invertente. In modo
analogo a prima,
GDF indica il
generatore di
funzione che
genera onde
sinusoidali con
frequenza pari ad
1kHz ed ampiezza
pari a 0.2V. CH1 e
CH2 indicano i
canali
dell’oscilloscopio. Chiaramente le uscite negative delle sonde andranno a massa (di colore grigio nel circuito,
data dalla somma di Vcc e Vss).
Schema elettrico
Accanto è illustrato lo schema elettrico del circuito
analizzato precedentemente.
Successivamente è presente la simulazione
effettuata con Multisim dal quale si possono
dedurre i valori di Vin e Vout tramite le divisioni
dell’oscilloscopio.
Cenni teorici
A.O. IDEALE
Un amplificatore operazionale ideale ha
come caratteristiche:
- una resistenza di ingresso infinita
- una resistenza di uscita pari a 0Ω
- un guadagno ad anello aperto infinito
- un guadagno di modo comune pari a 0
- una larghezza di banda infinita
CORTOCIRCUITO e MASSA VIRTUALE
Fondamentale per comprendere il funzionamento di questi dispositivi è il concetto di cortocircuito virtuale,
secondo il quale i due morsetti (+ e -) hanno sempre lo stesso potenziale, in ingresso corrente e tensione
sono nulle mentre in uscita possono assumere valori qualsiasi. Il concetto di massa virtuale è simile a questo
concetto in quanto i morsetti non sono effettivamente collegati tra loro ma se uno dei due è collegato a
massa, essendo isopotenziali, anche l’altro avrà una caduta di tensione di 0V perciò la massa, come il
cortocircuito sono detti virtuali.
A.O. INVERTENTE
Un amplificatore operazionale non invertente ha un comportamento opposto rispetto a quello invertente,
infatti V+ > V-. Quindi il segnale in uscita da tale amplificatore sarà in fase
rispetto al segnale fornito in ingresso. Il guadagno è facilmente calcolabile dalla
formula
G=1+R2/R1 dove R2 è la resistenza di retroazione, molto maggiore rispetto a R1
che rappresenta la resistenza in ingresso.
Conduzione della prova
In questa seconda parte dell’esperienza è stato possibile analizzare e verificare il
funzionamento di amplificatore operazionale in configurazione non invertente. Mantenendo i valori delle
resistenze (R1=8.2kΩ; R2=2.2kΩ) scelti per la prima esperienza, abbiamo modificato di conseguenza il
guadagno diventando di circa 13.5dB o 4.732 se non espresso in dB. In questo modo applicando la formula
1+R2/R1 è stato ottenuto 4.727, molto vicino al guadagno teorico. Fatto ciò è stato montato circuito e
verificato l’effettivo funzionamento dell’operazionale la cui forma d’onda d’uscita, fornito un segnale
sinusoidale di ampiezza 0.2V a frequenza 1kHz, da parte del generatore di funzione, era questa volta in fase
ed amplificata di +5 volte rispetto a quella in ingresso. Con l’oscilloscopio sono stati quindi visualizzati,
scegliendo la scala (dell’ampiezza) più opportuna, le ampiezze dei due segnali, i quali valori sono riportati
successivamente.
Risultati sperimentali
Conclusioni
Il concetto teorico è stato verificato e l’obiettivo preimposto è stato raggiunto. A questo punto è stato
semplice non commettere l’errore illustrato in precedenza.
