Elettronica I (DU)

ELETTRONICA APPLICATA II (DU)
Guida alle esercitazioni di laboratorio - AA 2000-2001
Esercitazione II.5
Generatore onda quadra e triangolare
II.5.1 Progetto del generatore
Progettare il generatore secondo le specifiche fornite a lezione, prevedendo la possibilità di
variare i parametri indicati (i valori dei componenti indicati in questa guida possono
corrispondere ad altre specifiche).
La specifica sull’ampiezza dell’onda triangolare è data in forma di disuguaglianza; per
ottenere valori precisi sarebbe necessario usare un circuito per stabilizzare a valori noti la
tensione di uscita del comparatore. Effettuare il progetto in modo da ottenere una ampiezza
maggiore di quella specificata, ma quanto piú possibile prossima a tale valore.
Per variare il valor medio dell’onda triangolare si spostano le soglie del comparatore (la
differenza tra le soglie, cioé l’ampiezza picco-picco dell’onda triangolare, rimane inalterata).
Dato che l’escursione di tensione tra le soglie rimane sempre costante, la frequenza rimane
costante. Anche variando il duty cycle la frequenza deve rimanere costante.
Lo schema completo è riportato in questa pagina; gli schemi per il circuito base e per le varie
fasi sono nelle pagine successive.
Elenco com ponenti
• C0
15 nF
• R0
R1
R2
R3
R 4, R 5
100 k Ω
47 k Ω
150 k Ω
1 kΩ
12 k Ω
• P1
P2
P3
10 k Ω
10 k Ω
100 k Ω
VT
VQ
CO
D1,D2
RO
R2
R1
P3
+VCC
-VCC
R4 P2 R5
P1
R3
Il primo operazionale è l’integratore; il secondo forma il comparatore di soglia. Il rapporto
R1/R2 definisce l’ampiezza dell’isteresi (cioé l’ampiezza picco-picco dell’onda triangolare). I
tre potenziometri permettono di regolare alcuni parametri come richiesto dalle specifiche
P1 varia la percentuale di tensione di uscita riportata verso l’integratore (cambia la
frequenza). E` richiesta una variazione di frequenza su un campo 1- 10. Se P1 e R3 sono in
rapporto 1:10, spostando il cursore il rapporto di partizione varia da 1:1 a 1:11, e viene cosi’
ottenuta la variazione di frequenza richiesta.
P2 sposta la tensione di riferimento per il comparatore (cambia il valor medio dell’onda
triangolare). L’ampiezza dell’onda triangolare è legata al rapporto R1/R2, che determina
l’intervallo di isteresi. Variando la VR le soglie si spostano di una stessa quantitá, ma rimane
inalterato l’intervallo tre le soglie, e la frequenza non cambia.
P3 varia le resistenze nei singoli rami di carica dell’integratore senza modificare la somma
(quindi varia il duty cycle, mantenendo costante la frequenza). Il rapporto tra P3 ed RO va
dimensionato in base al campo di variazione richiesto per il duty cycle.
Nel montaggio del circuito predisporre inzialmente il solo circuito base; effettuare le misure e
introdurre le modifiche che permettono la variazione dei parametri una alla volta.
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II.5.2 Generatore quadro/triangolo con A.O.; circuito base
a) Misurare frequenza e duty cycle dell’onda
quadra;
b) Misurare ampiezza e valor medio dell’onda
triangolare
RO
100k Ω
VT
CO
15nF
VQ
R2
150k Ω
R1
47k Ω
II.5.3 Generatore q/t con A.O.; variazione di frequenza
a) Misurare il campo di frequenze dell’onda
quadra;
RO
b) Verificare che il duty cycle rimane costante al
variare della frequenza;
CO
15nF
VT
VQ
R2
100kΩ
R1
P1
10k Ω
R3
1kΩ
c) Verificare che ampiezza e valor medio
dell’onda triangolare rimangono costanti.
II.5.4 Generatore q/t con A.O.; variazione di valor medio.
VT
a) Misurare la variazione del valor medio
dell’onda triangolare;
b) Verificare che frequenza e duty cycle
rimangono costanti;
VQ
CO
R2
RO
R1
R5
+VCC R4
c) Verificare che l’ampiezza dell’onda
triangolare rimane costante.
-VCC
12kΩ P2 12kΩ
10kΩ
P1
R3
II.5.5 Generatore q/t con A.O.; variazione di duty cycle.
a) Misurare la variazione di duty cycle
dell’onda quadra;
b) Verificare che la frequenza rimane
costante;
c) Verificare che ampiezza e valor medio
dell’onda triangolare rimangono costanti.
VT
D 1,D 2
1N4148 R O
47k Ω
P3
100k Ω
VQ
CO
R2
R1
+V CC
-V CC
R4 P2 R 5
P1
R3
2
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II.5.6 Generatore di onda quadra basato su porta logica con
ingresso a trigger.
Progettare un generatore di onda quadra basato sull’invertitore con isteresi 74HC14,
secondo le seguenti specifche:
frequenza
tensione di alimentazione
100 KHz
5V
Quale è il campo di valori ammissibili per la resistenza R ? Il campo è lo stesso se viene
usata una porta 74LS14 ?
Montare il circuito e verificarne il funzionamento.
R
_
C
VC
(VS1, VS2)
VU
In laboratorio sono disponibili fotoresistenze (resistenze il cui valore dipende
dall’illuminamento) tipo NSL 19-M51, con le seguenti caratteristiche (valori nominali):
• resistenza in oscurità20 MΩ
50 KΩ
• resistenza a 10 lux
5 KΩ
• resistenza a 100 lux
Inserire la fotoresistenza nel circuito in modo da realizzare un oscillatore con frequenza
controllata dalla luce ambiente, e verificarne il funzionamento.
Verificare che l’illuminazione al neon introduce una modulazione nella frequenza
dell’oscillatore (illuminare la fotoresistenza con la luce al neon o con sorgenti costanti, quali
luce diurna o lampadina a incandescenza alimentata in continua).
Rimuovendo la fotoresistenza, mantenere il condensatore utilizzato in precedenza, e inserire
nel circuito altri componenti che permettano la variazione di:
• frequenza, nel campo
• duty cycle, nel campo
10 KHz - 1 MHz
1% - 99%
Suggerimenti:
La frequenza dipende da R, C, Vu; quale di questi componenti o parametri è più comodo
variare ? Come può essere variata la Vu (agli effetti della reazione) ?
Per la variazione del duty cycle utilizzare una tecnica simile a quella utilizzata per il
generatore quadro-triangolo.
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