Misure di potenza - Corsi di Laurea a Distanza

Misure Elettroniche II
Misure di potenza a BF
Misure di potenza
Misure di potenza
Misure di potenza a BF
Misure di potenza a RF
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Misure Elettroniche II
Misure di potenza a BF
Misure di potenza a BF
Obiettivi della lezione
Metodologici
problematiche di una misura di potenza
corretta definizione del misurando
concetti di potenza disponibile dal generatore e
potenza effettivamente erogata su un carico
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Misure Elettroniche II
Misure di potenza a BF
Prerequisiti per la lezione
Elettrotecnica:
concetto di potenza elettrica in un carico resistivo
e in una impedenza
trasformatore di tensione
resistenza caratteristica di un doppio bipolo
attenuatore e attenuazione espressa in dB
Fondamenti di Misure Elettroniche:
voltmetri a valore efficace
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Bibliografia per la lezione
“Misure Elettriche-Metodi e strumenti”
G. Zingales
Utet Libreria-Torino, 1992
“Misure Elettroniche”
U. Pisani
Ed. Politeko,Torino, 2000,
capitoli 3, 4
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Misure Elettroniche II
Misure di potenza a BF
Contenuti della lezione
Misure di potenza a BF:
Definizione del misurando
Tecniche di misura in Bassa Frequenza
Misuratore di potenza su carico variabile
Esercizio: misuratore di potenza BF
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Misure di potenza a BF
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Misure Elettroniche II
Misure di potenza a BF
Campi di frequenza di misura
I metodi di misura differiscono a seconda delle
frequenze
Si possono in linea di massima distinguere
metodi a BF fino a un centinaio di kilohertz
metodi a RF da centinaia di kilohertz fino alle onde
millimetriche
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Premesse sulla Misura di Potenza 1/4
A differenza dell’Ingegneria Elettrica industriale,
in Elettronica e nelle Telecomunicazioni
generalmente si intende misurare la potenza
attiva (su carico resistivo)
Ci si occupa di potenze relativamente piccole che
vanno dai nanowatt alle decine di watt
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Misure Elettroniche II
Misure di potenza a BF
Premesse sulla Misura di Potenza 2/4
La potenza si misura di norma con tecnica
indiretta misurando direttamente:
tensione e corrente o solo la tensione ai capi di un
resistore noto (nel caso di misure in BF)
effetti termici su resistori in cui viene dissipata la
potenza incognita (nel caso di misure in RF e MW)
Siccome sono coinvolte misure di più grandezze,
in generale le misure di potenza sono meno
accurate di quelle di tensione e corrente
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Premesse sulla Misura di Potenza 3/4
Il misurando deve essere ben definito
Occorre specificare qual è la potenza oggetto
della misurazione:
si può voler misurare la potenza attiva PL entrante
in un particolare carico resistivo in una data
configurazione circuitale (carico e generatore ben
definiti)
+
E
RG
RL
PL
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Misure di potenza a BF
Premesse sulla Misura di Potenza 4/4
si può voler misurare la potenza attiva PAV
disponibile da parte del generatore (il carico va
quindi adattato alla resistenza di uscita del
generatore)
+
E
RG
RL⇒RG
PAV
ovviamente, note le impedenze di generatore e
carico dall’una si può risalire all’altra
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Misure Elettroniche II
Misure di potenza a BF
Misura in Bassa Frequenza 1/4
Nel caso di misura di PL, se RL è noto (da
specifiche oppure misurato in precedenza) è
sufficiente misurare Veff ai capi di RL e ricavare
indirettamente:
PL =
2
Veff
RL
meglio è utilizzare un voltmetro a vero valore
efficace specie se si ritiene che le distorsioni del
segnale, idealmente sinusoidale, possono
influenzare la misura
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Misura in Bassa Frequenza 2/4
un voltmetro che ha solo la scala tarata in valore
efficace infatti dà indicazione corretta di Veff solo
in presenza di segnale puramente sinusoidale
se RL è fissa, la scala del voltmetro può essere
tarata direttamente in PL (scala quadratica)
l’incertezza di RL ovviamente incide sull’incertezza
di misura
(incertezza relativa: ε rPL = 2 ε rVeff + ε rRL )
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Misure di potenza a BF
Misura in Bassa Frequenza 3/4
Nel caso di misura di PAV, occorre che il
misuratore di potenza abbia la possibilità di
variare la sua impedenza di ingresso in modo
noto per imporre RL=RG
E
+
RG
RL
M
PAV
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Misura in Bassa Frequenza 4/4
Si utilizza per questo motivo un circuito
adattatore di impedenze costituito da un
trasformatore a prese variabili (idealmente privo
di perdite)
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Misure di potenza a BF
Misure di potenza a BF
Misuratore di potenza di carico 1/2
Schema di un misuratore di potenza con
trasformatore in ingresso
Ve
PAV, RL
V0
N1:N2
P0, R0
At
Attenuatore
Variabile a
Scatti con
Resistenza
caratteristica
R0
V
PM, R0
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Misure di potenza a BF
Misuratore di potenza di carico 2/2
Scegliendo N1 e N2, si imposta il rapporto spire
per avere RL=RG
Ve
V0
PAV, RL
N1:N2
P0, R0
2
+
RG
E
RG
M
PAV
⎛N ⎞
V2
R L = R G = R 0 ⎜⎜ 1 ⎟⎟ ; PAV = e
RG
⎝ N2 ⎠
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Misuratore di potenza di carico 2/2
Se il trasformatore è a basse perdite P0 ≅ PAV
Trasformatore
+
RG
E
RG
P0
PAV
V0
P0, R0
At
Atten.con
Resist.
Caratter.
R0
R0 V0
VM
PM =
PAV
V02
≅ P0 =
R0
A2V2
VM2
= t 0 = A 2tP0 ≅ A 2tPAV
R0
R0
PM, R0
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Misure di potenza a BF
Misure di potenza a BF
Testo dell’esercizio
Si vuole misurare la potenza PL che un
amplificatore eroga in regime sinusoidale su un
carico resistivo RL=4 Ω
Lo schema di principio del misuratore, che
costituisce anche il carico dell’amplificatore, è
disegnato in figura
Ve
PL, RL
V0
N1:N2
P0, R0
At
Attenuatore
Variabile a
Scatti con
Resistenza
caratteristica
R0
V
PM, R0
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Misure Elettroniche II
Misure di potenza a BF
Parametri noti
La potenza PL è dell’ordine di 1W
Il trasformatore è idealmente privo di perdite e i
valori possibili di N1 e N2 sono rispettivamente:
N1=16, 80, 283
N2=16, 80, 283
La resistenza caratteristica dell’attenuatore e il
carico su cui si misura la tensione è R0=100Ω
Il voltmetro a valore efficace che si utilizza ha
una portata di Veff=1V
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Quesiti posti
Quesito n.1
definire il rapporto spire del trasformatore
Quesito n.2
definire l’attenuazione At dell’attenuatore per
mantenere la lettura dello strumento all’interno
della portata
Ve
PL, RL
V0
N1:N2
P0, R0
At
Attenuatore
Variabile a
Scatti con
Resistenza
caratteristica
R0
V
PM, R0
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Misure Elettroniche II
Misure di potenza a BF
Soluzione al quesito n.1
Occorre realizzare un carico RL=4Ω all’ingresso
del trasformatore che è chiuso su R0=100Ω
si sceglie il rapporto spire tale che
tra i valori disponibili si sceglie
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Soluzione al quesito n.2
Definire l’attenuazione At dell’attenuatore
trasformatore privo di perdite P0=PL
data la portata del voltmetro (1Veff) la max.
potenza misurabile vale
l’attenuazione dell’attenuatore vale
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