La breadboard o scheda per prototipi è un dispositivo di facile utilizzo che consente di realizzare rapidamente prototipi di circuiti elettronici

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4 La breadboard o scheda per prototipi è un dispositivo di facile utilizzo che consente di realizzare rapidamente prototipi di circuiti elettronici senza eseguire saldature, con il vantaggio, quindi, di poter facilmente modificare i prototipi realizzati

5 Al suo interno il dispositivo è costituito da numerose serie di clip metalliche. La disposizione delle clip sulla breadboard realizza una serie di linee di cinque pozzetti collegati tra loro (socket strip) ed una serie di linee collettrici (bus strip): le prime vengono di norma utilizzate per il collegamento dei componenti elettronici mentre le seconde per le connessioni di alimentazione o di massa

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7 Schema a blocchi di un alimentatore non stabilizzato Il primo blocco è un trasformatore che fornisce una tensione alternata sinusoidale tale che sia possibile ottenere il valore di ampiezza più appropriato per la tensione continua desiderata. Il secondo blocco è un raddrizzatore che converte la tensione alternata a valore medio nullo in una tensione pulsante e unipolare con valore medio diverso da zero. II terzo blocco consiste di un filtro che, eliminando dall uscita raddrizzata le componenti in alternata, smussa la forma d onda e consente di livellare la tensione pulsante, fornendo in uscita una tensione di valore sostanzialmente costante cui è sovrapposto un residuo in alternata (ripple).

8 Alimentatori non stabilizzati La tensione varia in maniera inversamente proporzionale al carico e si ha un notevole aumento del ripple. Alimentatori stabilizzati Mantengono stabile la tensione di uscita con qualsiasi carico, entro i limiti di progetto, mediante l impiego di un regolatore. Vengono a loro volta suddivisi in due classi a seconda del regolatore usato: regolatore shunt regolatore serie

9 Limitazione della corrente I Max Gli alimentatori sono in genere dotati di un circuito per limitare la corrente massima erogata in uscita (regolabile da utente), utile ad evitare la presenza di correnti troppo elevate ad evitare problemi in caso di cortocircuito accidentale per i circuiti che richiedono una alimentazione in corrente costante, anziché in tensione costante. I V v Max + - R L R L = R 1 V Max I Max I + R L =R 1 0 R L R 1 0 I Max V R L -

10 1. Interruttore di accensione 2. Abilitazione visualizzazione uscita da 0 a +6V 3. Abilitazione visualizzazione uscita da 0 a +20V 4. Abilitazione visualizzazione uscita da 0 a -20V 5. Uscita da 0 a +6V 6. Terminale comune 7. Uscita da 0 a +20V 8. Uscita da 0 a -20V 9. Terminale di connessione a massa 10. Manopola di controllo allineamento 11. Manopola di controllo dell uscita 6V 12. Manopola di controllo dell uscita ±20V 13. LED di sovraccarico 14. Display tensione (sinistra) e corrente (destra)

11 L alimentatore fornisce: 2 uscite in modalità tracking con tensione massima ±20V a 0.5A, 1 uscita con tensione massima +6V a 2.5A. Le uscite in modalità tracking possono essere utilizzate in serie per fornire una tensione di 40V a 0.5A. Le tre uscite condividono il terminale COM, isolato dalla messa a terra del telaio. Il riferimento a massa è ottenuto connettendo il terminale COM al terminale Durante il funzionamento delle uscite +6V e ±20V, se una variazione del carico comporta il superamento dei limiti di corrente, il LED OVERLOAD si illumina. Nota: in questo modello il limite massimo di corrente non è selezionabile da utente ma impostato dallo strumento (2.5A per l uscita a 6V, 0.5A per l uscita a 20V)

12 Il multimetro è uno strumento di misura che permette di misurare tensioni, correnti o valori di resistori. Ogni tasto permette di selezionare due funzioni, una scritta sul tasto stesso, e l'altra, riportata con la scritta in colore diverso sotto o sopra lo stesso tasto, che si attiva premendo il tasto SHIFT.

13 Attiva la funzione di Voltmetro o di Amperometro in DC Attiva la funzione di Voltmetro o di Amperometro in AC Attiva la funzione di ohmetro a 2 fili (2W), o 4W (misura di resistenze con il metodo dei 4 fili). Tasti per navigare nel menù dello strumento Permette di effettuare la misura della frequenza o del periodo del segnale applicato Servono per impostare i parametri dello strumento, quale numero di cifre da utilizzare o tasti di navigazione nel menù dello strumento. NOTA: In questo strumento, come in molti altri multimetri, la cifra più significativa (quella più a sinistra) può assumere solo due valori: 0 o 1.

14 Lo strumento contiene al suo interno un voltmetro, caratterizzato da un ingresso ad altissima impedenza (amplificatore differenziale per strumentazione). Anche le misure di corrente e resistenza si basano sul voltmetro. Nei multimetri digitali il voltmetro non è altro che un convertitore analogico/digitale, con gli opportuni circuiti di condizionamento. Cambiando la portata dello strumento (range di tensioni al fondo scala), si modifica il valore del guadagno dell amplificatore. 4W Sense/ Ratio Ref Input V HI 200V Max HI 1000V Max Circuito LO 500Vpk Max 3A RMS V 1000V Max I

15 Lo strumento misura la caduta di potenziale (voltmetro) su una resistenza interna di valore noto (tipicamente decimi di Ohm) 4W Sense/ Ratio Ref Input V HI HI 200V Max 1000V Max 0.1 LO 500Vpk Max 3A RMS I Circuito

16 Lo strumento inietta una corrente di riferimento I Ref di valore noto e misura la caduta di potenziale (voltmetro) sulla resistenza da misurare, da cui ricava R X = V Mis /I Ref 4W Sense/ Ratio Ref Input V I Ref HI HI LO 200V Max 1000V Max Resistenza da misurare 500Vpk Max 3A RMS I

17 Se la resistenza da misurare è troppo piccola, la misura può essere affetta da errore in quanto si misurerebbero anche le resistenze dei fili di collegamento (R P ) utilizzati per collegare la resistenza allo strumento. Si ricorre allora alla tecnica a 4 fili (4W) Rs 4W Sense/ Ratio Ref Input V I Ref HI HI 200V Max 1000V Max Rp LO 500Vpk Max 3A RMS Rp Rx Resistenza da misurare I Rs Attraverso i fili con resistenza R p si alimenta la resistenza da misurare con la corrente I Ref Quindi si collega un Voltmetro alla resistenza da misurare attraverso i collegamenti in cui è presente la resistenza parassita R S, dove non scorre corrente, per cui il Voltmetro interno misura solo la caduta sulla resistenza incognita R X.

18 Alimentare una resistenza con l alimentatore (impostare 5V, collegare cavi tra 6V e COM, non serve in questo caso collegamento COM-GND) Misurare con il multimetro: Tensione erogata (in parallelo alla resistenza) Resistenza (in parallelo alla resistenza) Corrente (aprire il circuito in qualunque punto della maglia e inserire in serie le sonde del multimetro) Verificare la legge di Ohm Misura di tensione/resistenza (parallelo) 4W Sense/ Ratio Ref Input V HI 200V Max HI 1000V Max R +6V COM E3630 LO 500Vpk Max 3A RMS I Misura di corrente (serie)

19 Un generatore di forme d onda è un elemento fondamentale per la realizzazione di un banco di misura. Infatti esso genera una forma d onda periodica che può essere usata per eccitare l ingresso del circuito da misurare. Tipici segnali ottenibili sono costituiti da: Forme d onda sinusoidali Forme d onda triangolari Forme d onda rettangolari Di queste si può variare la frequenza, l ampiezza ed il livello medio. Ulteriore utilità, presente in molti generatori di segnale, è la possibilità di introdurre una modulazione in ampiezza e frequenza.

20 Interruttore ON/OFF 2 Menù forme d onda 3 Tasti dei menù di scelta da display 4 Tasti impostazione forma d onda 5 Impostazione trigger manuale 6 Uscita segnale di trigger 7 Connettori di output 8 Tasti abilita /disabilita output 9 Tasti per spostare il cursore 10 Manopola di regolazione valori 11 Tastiera per impostazione valori

21 Interruttore ON/OFF 2 Tasto di visualizzazione 3 Tasti di Modulazione/Sweep/Burst 4 Tasto del menù storage 5 Tasto del menù utility 6 Tasto del menù help 7 Tasti dei menù di scelta da display 8 Tasti di selezione delle forme d onda 9 Tasto di trigger manuale 10 Tasto abilita /disabilita uscita 11 Manopola di regolazione 12 Tasti per spostare il cursore 13 Uscita segnale di trigger 14 Connettore d uscita 15 Tasti numerici 16 Display

22 Per ottenere informazioni su una funzione, premere e tenere pigiato il tasto di interesse o premere il tasto del menù Help (6). Una tasto acceso indica che la funzione corrispondente è attiva. Nessun segnale è emesso in uscita se il tasto Output (10) non è illuminato. Per selezionare una tensione in DC dal pannello frontale premere il tasto Utility (5) e premere la funzione DC on.

23 2 7 Il tasto Graph (2) permette di passare dal modo grafico al modo Menù. Nel modo Menù i sei tasti di selezione da display (7) permettono di scegliere parametri e funzioni. Per esempio, il primo tasto di selezione permette di specificare frequenza o periodo.

24 In modo Graph i tasti di selezione funzionano come in modo Menù, eccetto che è mostrata soltanto una etichetta. Il segnale può essere specificato tramite ampiezza e offset o tramite Hi Level e Lo Level. Le caratteristiche modulazione, sweep o burst possono essere utilizzate con parecchi tipi di forme d onda. Permette la connessione a PC tramite GPIB, USB, o LAN. Forme d onda possono essere create su PC ed introdotte sul generatore di funzione d onda.

25 Premere l interruttore ON/OFF. Dopo alcuni secondi il generatore si configura sui valori iniziali. Selezionare la forma d onda. Modificare i parametri della forma d onda. Premere il tasto per specificare il parametro da modificare. Per esempio l ampiezza. Mediante i tasti del cursore (12) selezionare la prima cifra. Mediante la manopola (11) modificare il valore della prima cifra

26 Selezionare l offset. Tramite i tasti (12) e la manopola (11) modificare il valore dell offset Mediante il primo tasto di selezione (7) scegliere la frequenza. Premendo ancora tale tasto si seleziona il periodo. Mediante la tastiera numerica si modifica il valore. Tramite tasti di selezione si sceglie l unità di misura

27 Si noti che il valore di ampiezza impostato, che compare sul display, si riferisce ad un carico di 50. Se si eccita un carico ad alta impedenza, l ampiezza effettiva della forma d onda generata raddoppia. waveform generator + R G V G V in R in V in V G R G R in R in VG 2 Rin R G (display) VG Rin R G (doppio del display)

28 L oscilloscopio consente di visualizzare forme d onda Nell uso più comune l oscilloscopio visualizza sullo schermo l andamento in funzione nel tempo (asse X) di una tensione elettrica (asse Y). A volte l intensità del display è detta asse Z. Più in generale è un dispositivo che visualizza una qualunque funzione di 2 variabili. Per fare ciò le 2 variabili devono essere (o essere trasformate in) tensioni elettriche.

29 Il grafico rappresentato sullo schermo dell oscilloscopio consente di effettuare misure e di fornire molteplici informazioni su: Forma del segnale Tensioni ( correnti): si può misurare la differenza tra tensione massima e minima ovvero l escursione picco-picco del segnale Periodi delle forme d onda ( frequenze) Differenze temporali DT legate a differenze di fase DF (ritardo di fase fase della risposta in frequenza) Si possono individuare la presenza di disturbi e rumore, la presenza di una componente continua o di una alternata sovrapposte ad un segnale

30 L oscilloscopio utilizza le sonde di misura per prelevare il segnale dal circuito. L impedenza di ingresso degli oscilloscopi è di 1 M per frequenze <1 khz. Per frequenze superiori comincia a diventare importante la capacità di ingresso dell oscilloscopio in parallelo a quella delle sonde (100 pf) e quindi diminuisce. Gli oscilloscopi si suddividono in 2 categorie: digitali ed analogici. Quelli analogici utilizzano direttamente tensioni variabili Quelli digitali lavorano con numeri binari che rappresentano campioni di tensioni.

31 La traccia ottenuta sullo schermo dipende da due fattori: il movimento di un punto sullo schermo e la persistenza dell immagine sulla retina dell occhio. Lo spostamento del punto è il risultato di due movimenti, uno lungo l asse orizzontale, prodotto da una tensione periodica a dente di sega, l altro lungo l asse verticale, prodotto dal segnale all'ingresso. Pertanto se il segnale in ingresso è periodico ed è garantita una sincronizzazione tra i due segnali Y e X si ottiene come risultato l andamento della tensione nel dominio del tempo.

32 Per realizzare la sincronizzazione dei due segnali, gli oscilloscopi fanno ricorso alla funzione denominata Trigger, la quale permette di controllare l'avvio della scansione solo in corrispondenza del verificarsi di un particolare evento sul segnale in ingresso, quale ad esempio il superamento di una determinata soglia (positiva, negativa o nulla). Generatore base dei tempi Sweep Time 1 Time Sweep Time 2

33 level Time Base Time Base

34 level Cambiando la scala delle tensioni, può succedere che il livello di trigger (che è fisso sul display) risulti troppo alto per la forma d onda. L acquisizione parte comunque dopo un certo intervallo. Se si imposta al 50% si adegua da solo. T max

35 Entry knob rotate/push Trigger controls Horizontal controls Acquisition controls Setup automatico Misura di parametri sulle forma d onda Elaborazione analog/digital Menù acquisizione /display Controllo verticale amp/offset Channel menu and on/off Interruttore Tasti di selezione Segnali demo (demo2 per compensazione sonde Ingressi analogici Touchscreen

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37 Controlli verticali MENU ON/OFF Controlli di misura Controlli orizzontali Controlli di funzionamento Controlli di forma d onda Manopola di inserimento Controlli di menù Controlli di trigger Interruttore Display Tasti di selezione Ingressi Terminali di compensazione

38 Ogni canale ha un menù di controlli verticali attivato premendo i tasti 1 o 2 sul pannello frontale, che visualizzano/spengono il corrispondente segnale sul display. Le caratteristiche della traccia sono modificate tramite le manopole Scala e Posizione. Il menù è attivato tramite il tasto MENU ON/OFF. Controllo di connessione (DC, AC, 50, high R IN, GND) Controllo di limite di banda Controllo di attenuazione della sonda (1X, 10X) Controllo di inversione (del segnale) Controllo dei filtri digitali POSIZIONE SCALA Menù Massa Barra di stato Le operazioni matematiche sono attivate tramite il tasto Math. Le forme d onda possono essere memorizzate mediante il menù Ref.

39 I controlli Scale e Position permettono di modificare la collocazione della forma d onda. Il menù associato alla base tempi è attivato premendo il tasto Main/Delayed. SCALE Main/ Delayed POSITION

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41 Il tasto FORCE serve per avviare una acquisizione indipendentemente dalla presenza o meno di un adeguato segnale di trigger. Il tasto Mode/Coupling attiva sul display il menù per il controllo del tipo di trigger, ovvero quale dei due segnali di ingresso deve essere utilizzato come riferimento per il trigger, con che tipo di accoppiamento, e altre funzioni dipendenti dal tipo di oscilloscopio a disposizione. Il tasto LEVEL 50% consente di impostare automaticamente il livello del segnale di trigger a metà della forma d'onda di ingresso a cui si è associato il trigger stesso. La manopola LEVEL permette di impostare manualmente il livello del segnale di trigger (è un livello FISSO sul display, cambiando la scala il segnale può andare sotto il livello e inibisce il Trigger) La porta di ingresso Ext Trig. permette di inviare allo strumento un segnale di Trigger esterno.

42 Bandwidth (dell oscilloscopio) è la frequenza di taglio (f 3dB ) a cui si riduce del 30% l ampiezza di una sinusoide visualizzata sul display. Determina il tempo di salita minimo con cui riesce a visualizzare i segnali di ingresso Sampling rate Frequenza con cui vengono campionati i segnali analogici. Per Nyquist deve essere, detta f max la frequenza più alta del segnale, F 2 f In pratica si considera sufficiente il quadruplo della fondamentale Memory depth Numero massimo M di campioni che può contenere la memoria ad ogni acquisizione (Run mode) per aumentare F S_act devo diminuire Time Base. Actual sampling rate Acquisition modes: T RiseTime S _ act 0.35 BW Normal I campioni vengono decimati (per es. se ne prende 1 su 100, dipende da F S /F S_act ) Peak Vengono conservati i campioni di ampiezza maggiore (rivelazione di impulsi) Average Si calcola la media tra acquisizioni successive (impostare parametri media) High Resolution Si visualizza il valore medio di campioni successivi (elimina rumore) Single/Run Esegue 1 sola acquisizione (dispone di tutta la memoria, maggiore F S_act, quindi maggiore risoluzione) oppure acquisisce continuamente (memoria < M/2). S max Time Base 1 FS _ act M T F S 4 f S _ act fund

43 Misura della tensione picco-picco e del periodo/frequenza Misura dello sfasamento tra due segnali

44 E possibile attivare la modalità X-Y per visualizzare il grafico di V 2 (t) vs. V 1 (t) generando così le figure di Lissajous (attraverso il menù dei controlli orizzontali e quindi selezionando la funzione Time Base). Serve per visualizzare la transcaratteristica =0 =45 = =135 =180 = =270 =315 =

45 Le sonde di tensione ad alta impedenza permettono di prelevare il segnale dai circuiti e trasferirne una copia non distorta all'ingresso dello strumento. alterare il meno possibile il segnale prelevato minimizzare l'effetto di carico sul circuito sotto misura. Limitare al massimo l'accoppiamento fra il sistema di misura ed i campi elettrici esterni di disturbo eventualmente presenti. Input signal C V C C R in PROBE gnd C osc R osc SCOPE R osc rappresenta la resistenza di ingresso dell'oscilloscopio (1 M) C osc esprime la capacità di ingresso dell'oscilloscopio (20 pf) C C rappresenta la capacità (verso massa in // a C osc ) del cavo coassiale (circa 25pF/m, lunghezza tipica del cavo 1.5m) C V è la capacità della testa della sonda ed è variabile in quanto serve per la compensazione (valore di circa 10pF)

46 Modello equivalente C 1 R 1 v (t) v 1 2(t) C 2 R 2 R2 1 jr1c 1 R C R R 1 j R // R C C V2 j R C H = V R j R C R j R Zero 1=R1C1 RR 1 2 Polo = C C R1 R2 H LF R R 2 R 1 2 H HF C C 1 C 1 2

47 R2 R R 1 2 C1 C C 1 2 over compensated under compensated Partitore Compensato (zeropolo) H LF H HF R R C 2 1 C 1 2 z p p z Partitore sovra-compensato H LF H HF R R C 2 1 C 1 2 Partitore sotto-compensato H LF H HF R R C 2 1 C 1 2

48 Compensazione a bassa frequenza 1. Impostare l attenuazione della sonda a 10X 1. selezionare il canale 2. dal menu frontale selezionare Probe fino a che non appare 10x 2. Attaccare la sonda al connettore di compensazione 3. Premere Autoscale 4. Regolare la vite posta in prossimità della sonda fino ad ottenere un segnale perfettamente compensato.

49 Compensazione ad alta frequenza 1. Collegare la sonda ad un generatore di onde quadre 2. Impostare sul generatore un onda quadra a frequenza 1 MHz ed ampiezza 1 Vp-p. 3. Impostare impedenza di ingresso Premere Autoscale 5. Regolare le due viti poste in prossimità del connettore BNC al generatore fino a ottenere un segnale perfettamente compensato (in laboratorio meglio non toccarle, non necessario alle frequenze di lavoro!!!)

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