ESAME DI MATURITA’ TECNICA INDUSTRIALE Sessione Ordinaria: 1989 Seconda Prova Scritta: tema di ELETTRONICA GENERALE L'amplificazione rappresenta nel settore elettronico la tecnica fondamentale per il trattamento delle informazioni. Il candidato illustri sinteticamente il principio e lo scopo per cui si effettua una amplificazione ed esegua, dopo ,aver fornito le necessarie ipotesi aggiuntive, il progetto ed il dimensionamento dei componenti delle seguenti apparecchiature: a) convertitore-amplificatore che trasforma un segnale di corrente in un segnale di tensione. Il segnale di corrente, lentamente variabile nel tempo e compreso tra 0 e 300 mA, è fornito da un sensore di temperatura che opera linearmente tra 0 °C e 50 °C. Il segnale di tensione in uscita è compreso tra 0 e 5 V; b) amplificatore di potenza in classe B in bassa frequenza con potenza di uscita PL = 10 W su carico resistivo RL = 4 Ω; c) sommatore-medìatore di tre tensioni lentamente variabili nel tempo, ciascuna compresa tra 0 Ve 5 V, con tensione di uscita compresa nello stesso intervallo 0 ÷ 5 V. Il candidato infine rappresenti, mediante schema a blocchi, un sistema di controllo di temperatura di un ambiente che faccia uso, tra l'altro, delle apparecchiature a) e c) sopra elencate. Detto sistema deve rilevare i valori della temperatura da tre sensori, convertirli, farne la media ed azionare un dispositivo di riscaldamento o di raffreddamento, se la tensione media è rispettivamente inferiore a 1,5 V o superiore a 3 V. Traccia di soluzione ⋅ 1) Analisi del testo 2) Schema a blocchi complessivo Punto a) – viene richiesto un circuito di condizionamento che effettua la conversione corrente-tensione, provvedendo anche ad una amplificazione (Vol. 3°, par. 4.2.2); Punto b) – viene richiesto un amplificatore di potenza (Vol. 2°, par. 11.3); Punto c) – viene richiesto un circuito mediatore, che è rappresentato da un sommatore avente resistenze uguali sui tre ingressi (Vol. 2°, par. 5.2.5); - Nelle fig. 89-1, -2, -3 sono riportati gli schemi di massima dei circuiti richiesti, con le relazioni principali di progetto. Lo schema a blocchi del sistema di controllo di temperatura è riportato in fig. 89-4. 3) Scelta delle soluzioni tecniche 4) Studio approfondito dei blocchi Convertitore I / V (Vol. 3°, par. 4.2.2) La relazione tra la corrente iT fornita dal sensore di temperatura e la tensione d’uscita vo, è: V v o = R ⋅ (iT − R ) R1 La scelta del valore di VR è libera e può coincidere con la VCC di alimentazione; il compito del sistema VR e R1 , è l’eliminazione di un eventuale offset cioè, nella condizione iniziale, deve risultare: ii = iR1 – iT = 0 . Nel caso specifico l’offset è nullo, quindi la parte VR e R1 può essere trascurata. fig. 89-1 Amplificatore di potenza in classe AB (Vol. 2°, par. 11.3) Nell’amplificatore in classe AB, per ottenere una potenza utile massima PL su una resistenza di carico RL , occorre calcolare i valori della tensione di alimentazione VCC e dei resistori R. Si assume:VCEsat = 0 V, hFE = 50, VF = 0,7 V. Si determina il valore di VCC tenendo conto che la massima corrente di collettore è data da Icp(max) = VCC / RL (essendo VCEsat = 0 V): 1 V2 VCCIcp(max) = CC 2 2RL ; da cui: VCC = 2Pu(max)RL Per garantire la polarizzazione diretta dei diodi, deve risultare I > Ibp(max) Pu(max) = fig. 89.2 dove I è la corrente nei resistori e Ibp(max) è il valore di picco della massima corrente di base, che vale: Icp(max) Ibp(max) = hFE I cp(max) = 2Pu (max) VCC ; si ricava I bp(max) = I cp(max) / hFE . ma: Fissata la corrente I, si ricava il valore di R: − 2VF 2V R = CC 2I La resistenza di reazione R2 collega l’uscita del finale con l’ingresso invertente dell’operazionale; ciò determina: v R G = o = 1+ 2 v R1 ; un guadagno complessivo: i - una reazione negativa sull’intero sistema, che riduce la distorsione di cross-over. Sommatore non invertente / mediatore (Vol. 2°, par. 5.2.5) Le relazione del sommatore non invertente, sono: R 1 (v a + v b + v c )(1 + 2 ) 3 R1 ; Ri = 2 R ; Ro = 0 vo = fig. 89-3 fig. 89.4