Programma di Elettronica

Programma di Elettronica
INTRODUZIONE
Per misurare i parametri elettrici ed elettronici di un circuito o di un componente elettronico si utilizzano gli
strumenti di misura (tester, voltmetri, capacimetri, induttanzimetri, amperometri, ohmmetri, ecc.). Quando
si effettua una misura di un circuito elettrico o elettronico con uno strumento di misura, al momento del suo
collegamento si modificano le sue caratteristiche globali in quanto esso costituisce, a tutti gli effetti, un
carico con un suo intrinseco assorbimento. È opportuno scegliere, dunque, una strumentazione opportuna e
di alta qualità, se necessitano risultati da essa indipendenti e relativi, il più possibile, al circuito sotto test.
La classe di precisione (o classe di accuratezza), pertanto, restituisce l'accuratezza dello strumento. In
pratica esso costituisce un parametro riassuntivo di tutte le sue cause di errore. La classe di precisione
rappresenta il valore massimo dell’incertezza che si può riscontrare in qualunque punto della scala,
espresso in percentuale del valore del fondo scala. Per esempio, un voltmetro con una portata di 200V e una
classe di precisione dell'1% presenta un’incertezza massima, in ogni punto della scala, di (1/100) *
200=2V.
LA MISURA
Le misure di una grandezza non sono mai esenti da errori, e il valore ottenuto non è quello mai
esatto ma è, più o meno, approssimato. L'ammontare dell'errore dipende da molti fattori, alcuni dei
quali legati all'abilità e alla perizia dell'operatore che effettua la misura ma anche, e soprattutto, alla
classe di precisione dello strumento (vedi figura 1).
CLASSIFICAZIONE
Secondo le norme CEI vi sono diverse classi di precisione per gli strumenti di misura. Esse indicano
il valore dell'errore (in percentuale) fornito dallo strumento relativamente alla misura di fondo scala.
Le classi di precisione, allo stato attuale, sono le seguenti:
0.05 - 0.1 - 0.2 – 0.3 - 0.5 – 1 – 1.5 – 2 - 2.5 – 3 - 5
Tali classi impongono dei limiti massimi di errore rispettivamente pari a:
±0.05%, ±0.1%, ±0.2%, ±0.3%, ±0.5%, ±1%, ±1.5%, ±2%, ±2.5%, ±3%, ±5%
Su un voltmetro, ad esempio, con portata massima di 200V caratterizzato da una classe di 0.2,
possiamo dire che, misurando una tensione di 200V, essa potrebbe essere affetta da un errore
percentuale massimo dello 0.2%. Ciò vuol dire che la misura finale restituita potrebbe essere
compresa nell'intervallo 199.6V÷200.4V.
È possibile ricavare, in senso opposto, anche la classe di precisione dello strumento esaminando la
misura ottenuta, con un riferimento molto più preciso. Ad esempio, se si conosce, con certezza, che
la corrente che passa da un conduttore ammonta a 5A e il nostro strumento fornisce, invece, una
misura di 4.95A, vuol dire che stiamo utilizzando un amperometro appartenente alla classe di
precisione 1.
La finalità di utilizzo dello strumento, pertanto, è la prima caratteristica da considerare per la scelta della
classe di precisione. A seconda della sua collocazione e del suo impiego per i quali esso sarà utilizzato,
possiamo distinguere le seguenti applicazioni:
 Classe 2÷5: si tratta di normali strumenti da quadro elettrico, per i quali non è richiesta una
elevatissima precisione di misura come, ad esempio, nei quadri industriali (vedi figura 2);
 Classe 1.5: si riferisce agli strumenti da quadro di precisione e di portatili normali;
 Classe 1: si tratta di strumenti portatili di controllo;
 Classe 0.5: è relativa a strumentazione portatile da laboratorio per la quale è richiesta una buona
precisione;
 Classe 0.2÷0.3: si riferisce a strumenti portatili di buona precisione, soprattutto utilizzati per
effettuare misure e controlli in laboratorio;
 Classe 0.05÷0.1: caratterizzano gli strumenti da laboratorio di grande precisione.
DETERMINAZIONE DELLA CLASSE DI
PRECISIONE
La definizione dell'indice di classe su uno strumento è effettuata tramite una taratura, utilizzando
un dispositivo campione, molto più preciso e preso come riferimento. La procedura, semplicissima da
eseguire, è la seguente:
 Si procuri, ovviamente, uno strumento di misura caratterizzato da un'ottima classe di precisione, molto
migliore dello strumento che vogliamo testare;
 Si effettuino tante misure e si raffrontino quello dello strumento campione e di quello in prova. Si
calcolino, quindi, gli scostamenti assoluti;
 Si consideri, poi, l'errore massimo della serie, si moltiplichi per 100 e si divida il risultato per la portata
di fondo scala. Si arrotondi, eventualmente, per eccesso il valore ottenuto. Esso costituisce la classe di
precisione finale.
Un esempio chiarirà, ancora meglio, tale procedura. Si abbia un voltmetro di cui vogliamo conoscere la
classe di precisione. Si effettuino otto misurazioni di una tensione, magari in tempi successivi, impostando
il fondo scala a 200V, con i due strumenti. Esse danno luogo alla seguente tabella di rilevazioni:
Misurazione
1°
2°
Strumento di prova
198
V
198.2V
Strumento campione
200
V
200V
Scostamenti assoluti
2
1.8
3°
199V
200V
1
4°
5°
6°
7°
8°
201.3V
200.4V
197.7V
202.2V
200.7V
200V
200V
200V
200V
200V
1.3
0.4
2,3
2,2
0,7
Si osservi la serie degli scostamenti assoluti e si consideri il valore di errore maggiore, ossia quello relativo
a una differenza di 2.3 (sesta misurazione). Si esegua, quindi, la seguente formula:
classe di precisione = εAMax * 100 / Portata di Fondo Scala
da cui:
classe di precisione = 2.3 * 100 / 200
Lo strumento in questione è caratterizzato, dunque, da una classe di precisione (arrotondata) pari a 1.5.
Grazie alla classe di precisione di uno strumento è molto facile calcolare l’errore assoluto massimo di cui
può essere contraddistinta ciascuna misurazione, effettuata con uno specifico strumento.
Si osservi che l'incertezza ha lo stesso effetto in ogni punto del campo di misura, causando errori relativi
importanti, specialmente nella parte iniziale della scala. Pertanto, è buona norma effettuare le misure il più
possibile verso il fondo scala, al fine di minimizzare gli errori.
Quanto detto fino a ora vale, in massima parte, per gli strumenti analogici. Per gli strumenti digitali, invece,
la componente dell’incertezza legata al fondo scala viene espressa in termini di numero di cifre, o digits.
Per esempio, esaminando uno strumento con 3 ½ cifre, supponiamo che esso possa rappresentare al
massimo il valore 2999. Se questo strumento ha una componente d'incertezza di 4 digit, l’errore, dato in
percentuale del fondo scala, sarà pari a 100*(4/3000) = 0,13%.
ERRORE ASSOLUTO ED ERRORE RELATIVO
Il massimo errore assoluto che lo strumento può commettere è l'errore (in più o in meno) calcolato sul
valore massimo del fondo scala della misura. Ad esempio, per un apparecchio di classe di precisione di 2 e
un fondo scala pari a 200V, il massimo valore dell'errore assoluto ammonta a 4V. In tutti i punti di misura
sulla scala fino a 200V, l'errore massimo riscontrabile sarà pari a 4V (in più o in meno). Fondamentalmente
è meglio commettere tale errore nella parte finale della scala, verso il fondo scala, che nella parte iniziale.
Se si riscontra un errore assoluto di 4V misurando una tensione di 10V si avrà un errore relativo del
(4*100)/10=40% mentre misurando una tensione di 180V con lo stesso errore assoluto produrrà un errore
relativo del (4*100)/180=2,22% come, appunto, puntualizzato in precedenza.
Multimetro digitale
Misurare la resistenza
Cosa � la resistenza?
La resistenza � l’opposizione al flusso di corrente e il componente chiamato RESISTORE �
progettato per questo scopo. I resistori possono essere di molte forme e dimensioni, alcuni hanno un
valore fisso ed altri sono variabili. L’immagine mostra i più� comuni resistori che potete trovare in
un laboratorio di elettronica.
Unit� di misura
L’ohm � l’unità� di misura della resistenza e la sua unità� di misura � indicata con la lettera
greca? (omega).
Il valore della resistenza di un circuito elettronico può� variare da frazioni di ohm a molti milioni di
ohm.
Utilizzeremo multipli e sottomultipli per indicare il valore di resistenza e quindi ad esempio:
 1 Kilohm = 1000 ohm
 1 Megaohm = 1000000 ohm
Ohm, Kilohm, Megaohm sono in genere abbreviati per questioni di praticità� e quindi useremo la
seguente notazione:
ohm = ?
Kilohm = K?
Megaohm = M?
Alcuni esempi:



15 ohm = 15 ?
2.200 ohm = 2,2 k?
47.000 ohm = 47 K?
30.000 ohm = 30 K?
2.700.000 ohm = 2,7 M?
Codice colore delle resistenze
Sul resistore le bande colorate indicano il valore di resistenza.
Fate riferimento alla seguente schema per identificare il valore della resistenza:





In laboratorio opererete con resistori che possono avere 4 o 5 bande colorate.
L’immagine che segue mostra una resistenza di �1K? con il �5% di tolleranza.
Cosa indica la tolleranza?
Il quarto o quinto anello, a seconda del tipo di resistenza che stiamo usando, indica il grado di
precisione o tolleranza al quale il resistore � stato costruito. L’anello � chiamato genericamente
anello di tolleranza e per i resistori a 4 anelli può� avere il colore oro o argento e come indicato nel
codice colori:
oro = � 5%
argento = � 10%
nel caso in cui tale fascia non fosse presente, la tolleranza � del � 20%


Esempio:
Supponiamo di avere un resistore con le seguenti fasce colorate:
ARANCIONE, ARANCIONE, MARRONE, ORO
Il suo valore di resistenza sarà�:
330 ? con tolleranza �5%
dire che la tolleranza � del �5% significa che i valori limiti di resistenza, massimo e minimo
potranno essere:
[pmath size=16]R_max (+5%) = 330 + (330*5)/100 = 346,5 Omega [/pmath]
[pmath size=16]R_max (-5%) = 330 – (330*5)/100 = 313,5 Omega [/pmath]
Quindi il valore di resistenza potrà� assumere i valori tra 346,5 ? e 313,5 ?.
Ma cosa serve misurare la resistenza?
La misurazione di resistenza può� essere utile in moltissimi casi, questi alcuni esempi:
Verifica della continuità� elettrica, ovvero valutare se un componente consente più� o meno il
passaggio di corrente.
 Verificare il valore di resistenza di un resistore quando il codice colori non � ben visibile.
 Misurare la resistenza di ingresso o uscita di un circuito.
 Verificare il funzionamento di un sensore o di un potenziometro (vedi più� avanti)
IMPORTANTISSIMO! DA NON DIMENTICARE
 Si può� misurare il valore di resistenza solamente se il componente non � alimentato. La
misurazione di resistenza viene effettuata applicando, da parte del multimetro, �una piccola
tensione, il multimetro valuterà� la quantità� di corrente che fluisce nel componente e
tradurrà� il tutto in un valore di resistenza. Se il componente � alimentato il valore di resistenza
rilevato sarà� errato.

La misura di resistenza deve essere fatta prima che il componente venga inserito nel circuito. Se
effettuate la misurazione con componente nel circuito, misurerete la resistenza di tutto ci� che �
collegato al componente in analisi.
 Dovete essere sicuri che il vostro strumento funzioni correttamente, dovete avere una resistenza
di riferimento. Tipicamente il laboratorio di elettronica � fornito di resistenze di precisione e per
verificare la taratura dello strumento può� essere sufficiente munirsi di resistenze da 1K? e 10K?
con tolleranza di �1%
Attenzione! La misura di resistenza richiede l’uso della batteria interna del multimetro, se questa
batteria � scarica le misure di resistenza risultano errate.
Nella misura di resistenza � indifferente l’ordine con cui vengono inseriti i puntali, la misura sarà�
sempre la stessa.
Il multimetro digitale � dotato normalmente di un selettore che consente di selezionare la
misurazione di resistenza in un determinato intervallo di valori. Altri intervalli sono riservati per la
misurazione di altre grandezze elettriche.

Usiamo lo strumento
Cercate il simbolo ? a fianco del selettore circolare, questo identifica l’intervallo in cui potrete
spostare il selettore.
Nella zona identificata con ? avete 5 suddivisioni che vanno da 200 ? a 2 M?, ci� vuol dire che a
seconda di dove posizionate il selettore potrete misurare un valore massimo (valore di fondoscala) di
200 ?, 2 K?, 20K?, 200K?, 2M?.
Misura di resistenza
Come esercizio prendiamo un resistore lo copriamo e verifichiamo se questo ha un valore di
resistenza inferiore a 2 K?
Per far ci� bisognerà� porre il selettore su un valore di fondoscala di 2 K?.
Si rileva un valore di 0,978, che significa 0,978 K? (si noti che il selettore � posto su un fondoscala di
2 K?), ovvero un valore commerciale di 1 K?, infatti, come si evince dalla fotografia si possono notare
i colori: MARRONE, NERO, ROSSO, ORO.
Ora misuriamo una resistenza di valore diverso�e vediamo se siamo al di sopra o al di sotto dei 2 K?
di valore.
La visualizzazione di 1 sul display significa che siete fuori scala
bisogna allora spostare il selettore su altro valore, spostiamolo sul fondoscala di 20 K?.
Leggeremo 9,90 che indica 9,90 K?, quindi il resistore ha un valore commerciale di 10 K?:
Misurare il valore di resistenza di un potenziometro
Un potenziometro � un resistore la cui resistenza varia al variare della rotazione di una manopola,
nelle lezioni successive saremo più� precisi e vi mostrerà� che il potenziometro � assimilabile a
quello che viene chiamato partitore di tensione resistivo variabile, ma ne parleremo più� avanti.
E’ possibile misurare il valore massimo di resistenza del potenziometro collegando i due terminali del
multimetro sul piedino sinistro e destro del componente
Poiché� la variazione di resistenza di un potenziometro può� essere lineare o logaritmica, potete
verificare con il multimetro la tipologia di potenziometro che avete a disposizione. Ponete un puntale
su un estremo e l’altro sul centrale, se a metà� della rotazione il valore della resistenza sarà� la
metà� del valore massimo, allora il potenziometro sarà� di tipo lineare. (In una successiva lezione
vedremo la variazione di resistenza di un potenziometro logaritmico)
Esempio pratico
(Per semplicità� � stato inserito un foglietto di carta usato come indice per evidenziare
l’escursione del potenziometro)
Valore minimo misurato 0 ?
Valore misurato a metà� rotazione � di circa 10K?
Valore misurato alla massima escursione � di circa 19,47K?
Quindi il potenziometro ha un valore massimo di resistenza di 10K?
Il video mostra come varia la resistenza al variare della rotazione della manopola del potenziometro.
Il potenziometro � di tipo lineare e si nota che a circa metà� dell’escursione il suo valore � di circa
10K?.
Misura tensione/corrente/resistenza
Un tester digitale sufficientemente preciso per uso hobbistico si può acquistare
oramai con pochi spiccioli: considerata l'utilità dello strumento, è un vero peccato non
procurarsene uno.
Molti di voi hanno chiesto istruzioni su come si debba usare un tester; credo che
suggerimenti importanti circa la misura di tensioni si possano già ricavare dalla
pagina "resistenze e cadute di tensione", che consiglio senz'altro di rivedere; in
questa sede aggiungerò alcuni consigli pratici su come debba essere utilizzato il
tester nei vari tipi di misura.
Le parti principali di un tester (figura 1) sono il display, dove appaiono i valori
misurati, il selettore, di tipo rotante oppure a tastiera, che permette di scegliere la
portata più adatta alla misura da effettuare, ed un paio di puntali, uno rosso (positivo)
ed uno nero (negativo), che vanno inseriti nelle apposite boccole.
Tutto ciò che viene descritto in queste pagine si riferisce al tester che appare nelle
illustrazioni ma, a parte piccole differenze, i metodi restano validi anche per altri tipi di
tester.
Il display
In genere il display è del tipo a cristalli liquidi; un display di 3 cifre e mezzo può essere
considerato sufficientemente preciso per i nostri scopi. Occorre scegliere per ogni
misura la giusta portata, come vedremo in seguito, allo scopo di sfruttare tutte le cifre
disponibili per la lettura del valore misurato.
Il selettore della misura
La manopola che si trova al centro del tester (figura 2) permette di scegliere, di volta
in volta, sia il tipo di grandezza che si vuol misurare, sia la portata massima, ovvero il
massimo valore misurabile. Come si vede, la rotazione è suddivisa in vari settori.
Partendo più o meno dalla posizione che hanno le ore 10 sull'orologio, troviamo le
misure di resistenza, indicate dal caratteristico simbolo "Ω"; in funzione della
resistenza che pensiamo di misurare, sceglieremo una delle portate indicate: 200
(ohm), 2k (2 kohm), 200k (200 kohm), 2M (2 megaohm), 20M (20 megaohm). La scelta
della giusta portata è importante per avere una misura precisa; supponiamo di voler
misurare una resistenza di 250 ohm: se scegliamo come portata 2K, leggiamo sul
display ".251" che significa 0,251 Kohm e, quindi, 251 ohm. Proviamo a scegliere la
portata 20k: otteniamo come lettura "0.25", il che significa che abbiamo già perso la
precisione corrispondente all'ultima cifra. Impostando come portata 200k, otteniamo
addirittura sul display il valore "00.2", che non ha quasi più significato!
La prima posizione, contrassegnata dal simbolo della nota musicale, si usa per i
controlli di continuità (per esempio per verificare se un cavo è interrotto): in caso di
conduzione, il tester emette un segnale acustico.
Saltando il breve settore verde (hFE), troviamo poi le misure di tensioni continue, con
le portate 200m (200 millivolt), 20, 200 e 1000 V. Anche per queste misure vale il
principio di scegliere sempre la portata più vicina, ovvero immediatamente superiore,
al valore che si intende misurare. Successivamente, sempre continuando in senso
orario, s'incontrano le misure di corrente alternata (settore rosso), indicate da "A~" e
quindi le misure di corrente continua (settore verde), indicate da "A--".
Per ogni misura, occorre quindi posizionare la manopola all'interno del settore
corrispondente, scegliendo la portata più vicina, come visto in precedenza.
Boccole per l'inserzione dei puntali
Nella parte bassa del tester, si trovano quattro boccole rosse, dove occorre inserire gli
spinotti dei puntali; mentre il puntale nero va inserito sempre nella boccola
contrassegnata con "COM", che sta per "comune", la posizione del puntale rosso
cambia in funzione del tipo di misura. Per le misure di tensione e di resistenza (figura
3), il puntale rosso va inserito nella boccola contrassegnata "V/Ω".
Per misure di corrente fino a 2 A, il puntale rosso va inserito nella boccola 2A (figura
4). Notare che la manopola del selettore di misura deve trovarsi sul 2 del settore verde
se si tratta di corrente continua, oppure sul 2 del settore rosso se si deve misurare
corrente alternata
Per misurare correnti fino a 10 A (figura 5), il puntale rosso va nella boccola "10A"; la
manopola del selettore va posizionata sul 10 verde della corrente continua o sul 10
rosso della corrente alternata.
ISTRUZIONI PER L'EFFETTUAZIONE DELLE MISURE
Misure di tensione
Ci sono vari modi di misurare una tensione, soprattutto in considerazione del fatto
che i valori di tensione non sono mai assoluti, ma hanno significato quando sono
riferiti ad un certo potenziale.
Il riferimento nelle nostre misure si ottiene portando in contatto il puntale nero
(negativo) col punto del circuito rispetto al quale si vuole effettuare la misura. Volendo
per esempio misurare la tensione rispetto a massa in vari punti di un circuito, occorre
collegare il puntale nero al negativo dell'alimentazione del circuito, oppure alla
carcassa metallica, se anche questa è a potenziale zero.
Altre volte interessa misurare la tensione che risulta presente ai capi di un
componente del circuito, per esempio di una resistenza; in questo caso i puntali del
tester vanno collegati uno per lato sui terminali della resistenza: se appare un segno
"-" davanti al valore indicato, vuol dire che abbiamo disposto i puntali al contrario,
ovvero che la tensione è più alta dove noi abbiamo collegato il puntale nero;
invertendo i puntali, il segno meno scomparirà e potremo conoscere l'esatto valore e
segno della caduta di tensione sulla resistenza.
Tenete presente che il terminale a potenziale più alto è sempre quello da cui la
corrente entra!
Misure di corrente
Per misurare una corrente occorre che questa passi attraverso il tester; nell'esempio
delle figure 6 e 7, un alimentatore (A) sta caricando una batteria (B): quanta corrente
passa dall'alimentatore alla batteria? Per saperlo occorre staccare uno dei cavi (per
esempio il rosso) e ricreare il collegamento usando il tester per unire l'alimentatore
alla batteria.
E' importante in queste misure fare molta attenzione a selezionare correttamente la
portata, e ad inserire i puntali nelle boccole corrette; in caso contrario si rischia di
danneggiare lo strumento di misura.
Anche effettuando misure di corrente, se il display indica un valore preceduto dal
segno "-", vuol dire che la corrente sta entrando nel tester dal puntale nero, invece
che dal puntale rosso.
Misura di resistenze
Quando si vuole misurare il valore di una resistenza, occorre che non ci siano altri
componenti in parallelo alla resistenza stessa; se non se ne può essere sicuri, è
necessario scollegare la resistenza almeno da una parte, altrimenti si rischia di
misurare qualcosa che con la resistenza non ha niente a che fare.
E' molto importante che il circuito non sia alimentato, e che i condensatori
eventualmente presenti siano stati scaricati, cortocircuitandoli.
Misure di grandezze elettriche:
https://studylibit.com/doc/4098217/elettronica-%E2%80%93-grandezze-elettriche-e-unit%C3%A0di-misura