1989 Seconda Prova Scritta: tema di ELETTRONICA GENERALE

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