Misure di potenza - Corsi di Laurea a Distanza
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Misure Elettroniche II Misure di potenza a BF Misure di potenza Misure di potenza Misure di potenza a BF Misure di potenza a RF 2 © 2006 Politecnico di Torino 1 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 4 © 2006 Politecnico di Torino 2 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 5 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 6 © 2006 Politecnico di Torino 3 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 7 Misure di potenza a BF © 2006 Politecnico di Torino 4 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 9 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 10 © 2006 Politecnico di Torino 5 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 11 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 12 © 2006 Politecnico di Torino 6 Misure Elettroniche II 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 13 Misure di potenza a BF © 2006 Politecnico di Torino 7 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 15 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 ) 16 © 2006 Politecnico di Torino 8 Misure Elettroniche II 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 17 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) 18 © 2006 Politecnico di Torino 9 Misure Elettroniche II 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 20 © 2006 Politecnico di Torino 10 Misure Elettroniche II 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 ⎠ 21 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 22 © 2006 Politecnico di Torino 11 Misure Elettroniche II 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 24 © 2006 Politecnico di Torino 12 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 25 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 26 © 2006 Politecnico di Torino 13 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 27 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 28 © 2006 Politecnico di Torino 14
