Obiettivo:
Studio di un comparatore realizzato tramite op-amp
Setup:
Il comparatore permette di stabilire l’istante in cui un segnale di tensione, di forma d’onda qualsiasi,
raggiunge un determinato livello di tensione VR. In particolare, il circuito mostrato in figura
fornisce in uscita due possibili livelli di tensione:
Alto (VOH@Vcc-1V)
Æ
se Vin<VR
Basso (VOL@-Vcc+1V) Æ
se Vin>VR
Montare sulla breadboard il circuito mostrato in figura. Si utilizzi la polarizzazione VCC =6V.
+VCC
Vin
R1
VR
T2
+VCC
_
Vout
+
-VCC
Componenti da utilizzare:
TL081CP; R1=100KΩ; trimmer T2 con valore massimo pari 200KΩ .
Misure da effettuare
Applicare in ingresso un segnale sinusoidale (Vm =5 V, Freq=1KHz) e rilevare mediante le sonde le
tensioni in ingresso ed uscita.
Porre l’oscilloscopio in modalità XY e rilevare la transcaratteristica ingresso-uscita.
Osservare cosa succede variando, tramite il trimmer T2, la tensione di riferimento VR del segnale in
ingresso.
Non smontare il circuito.
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
+VCC
Obiettivo:
Studio del comparatore con isteresi o trigger di Smith
_
Setup:
Vin
Modificare il circuito realizzato nella precedente
Vout
esperienza come mostrato in figura. Si utilizzi la
+
polarizzazione VCC =6V.
Componenti da utilizzare:
-VCC
TL081CP; R1=100KΩ; trimmer T2 con valore massimo
pari 200KΩ .
R1
Misure da effettuare:
Applicare in ingresso un segnale sinusoidale (Vm =5 V,
T2
Freq=1KHz) e rilevare mediante le sonde le tensioni in
ingresso ed uscita.
Porre l’oscilloscopio in modalità XY e rilevare la transcaratteristica ingresso-uscita.
Osservare cosa succede variando, tramite il trimmer T2, la tensione di riferimento VR del segnale in
ingresso.
Formulare delle ipotesi per spiegare l’andamento della tensione in uscita e le transcaratteristiche
ingresso-uscita osservate.
Non smontare il circuito.
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
Obiettivo:
Studio del generatore di forma d’onda quadra
Setup:
Prima di modificare il circuito, della precedente esperienza, come mostrato in figura regolare il
trimmer in modo che la resistenza di T2 sia pari a R1(senza rimuovere il componente o utilizzare il
tester !!!!). Si utilizzi la polarizzazione VCC =6V.
Il funzionamento di tale circuito è basato sulla carica e scarica del condensatore e sull’esistenza di
due diverse tensioni di riferimento VRL e VRH.
Si suppone l’uscita alta e pari a VOH, e VRH=VOHRT2/( R1+RT2)=0.5VOH conseguentemente il
condensatore tramite R tende a caricarsi con legge esponenziale alla tensione VOH, ma non appena si
ha VC > VRH il comparatore scatta e si porta al livello basso.
Quando l’uscita dell’op-amp è bassa, essa è VOL e VRL=VOLRT2/( R1+RT2)=0.5VOL
conseguentemente il condensatore tramite R tende a scaricarsi con legge esponenziale alla tensione
VOL, ma non appena si ha VC < VRL il comparatore scatta e si porta al livello alto.
R
VOH
+VCC
C
VRH
Vout
+
VRL
VOL
-VCC
VOH
R1
T2
VOL
In generale, l’andamento della tensione del condensatore, durante carica e scarica, è descritta da:
VC ( t ) = A + Be−t / τ
τ = RC
e per ottenere il tempo di carica del condensatore si devono definire A e B, queste costanti sono
calcolate considerando due particolari condizioni:
1) un ipotetico tempo infinito in cui non è avvenuto lo scatto t=¶ VC ( ∞ ) = VOH = A .
2) l’istante in cui l’uscita si porta al livello alto, supposto come quello iniziale t=0
VC ( 0 ) = VRL = A + B
B=VRL -VOH
sostituendo si ottiene:
VC ( t ) = VOH + (VRL − VOH ) e−t / τ
τ = RC
L’andamento della tensione del condensatore durante la scarica si può definire in modo analogo a
quanto fatto, in particolare, per la simmetria dei livelli scelti (VOL = -VOH.e VRL = -VRH ), il tempo
di scarica del condensatore è pari al tempo di carica. Il periodo del segnale prodotto è pari 2 volte il
tempo di carica del condensatore TC.
VC (TC ) = VRH = VOH + (VRL − VOH ) e−TC / τ
T = 2.2 ⋅10 K Ω ⋅ 47 nF = 1.03ms ⇒
⇒ T = 2 ⋅ TC = 2τ ln
VRL − VOH
= 2 RC ln 3 ≅ 2.2 ⋅ RC
VRH − VOH
f ≅ 967 Hz
Componenti da utilizzare:
TL081CP; R1=100KΩ; trimmer T2 con valore massimo pari 200KΩ R =10KΩ, C=47nF
Misure da effettuare:
Tramite Oscilloscopio rilevare le forme d’onda all’uscita dell’op-amp ed ai capi del condensatore
verificandone le ampiezze e la frequenza.
Sostituire il resistore R con un trimmer (Rmax=200KΩ) ed osservare cosa succede variando il valore
della resistenza R
Visualizzazione di Funzionamento del generatore di forma d’onda quadra:
Componenti da utilizzare:
TL081CP; R1=R2=100KΩ C=47μF. RS e R da definire ;
Si utilizzi la polarizzazione VCC =6V.
Si inserisce sull’uscita dell’op-amp un LED rosso in parallelo ad un diodo 1N4001ed un resistore in
serie RS come mostrato in figura.
RS permette di fissare la corrente IF che attraversa il LED a 20mA mentre il diodo posto in parallelo
limita le tensioni inverse sul LED a 0.65V d. La tensione in uscita è supposta variare tra i valori
+VCC-1V e -VCC+1V.
Vout − VF 5 − 1.65
≅
= 167Ω → 200Ω
RS =
20mA
IF
Si vuole ottenere una frequenza di oscillazione pari a 1 Hz (T=1S)
T = 2.2 ⋅ R ⋅ C → R =
T
1s
=
= 9.7 k Ω → 10k Ω
2.2 ⋅ C 2.2 ⋅ 47 ⋅10−6
R
+VCC
C
+
RS
-VCC
R2
R1
D1
LED
