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1 Poltecnco d Torno Prova scrtta Elettronca Applcata e Msure Soluzon Parte E-A Elettronca - Domande a rsposta multpla Questo A.1 Un FF tpo D-latch (non Master-Slave) con l comando LE (Latch Enable) = 1: a) ha l uscta sempre a 1 b) mantene lo stato anche se l ngresso D vara c) camba stato a ogn colpo d clock d) rporta n uscta lo stato dell ngresso Il latch è n condzon d trasparenza, e rporta all uscta lo stato dell ngresso Questo A.2 Per realzzare un sstema d conversone A/D con precsone d almeno 12 bt, se 1/8 dell'errore totale derva dall'errore d quantzzazone, l numero d bt del converttore A/D deve essere almeno a) 12 b) 13 c)14 d) 15 ogn bt agguntvo dmezza l errore d quantzzazone; per rdurre a 1/8 l errore occorre operare con tre bt n pù rspetto a quanto rchesto come precsone complessva. Questo A.3 Nel generatore d onda quadra realzzato con un solo operazonale, la tensone a cap del condensatore ha andamento a) lneare b) a onda quadra c) esponenzale d)a mpuls Il condensatore vene carcato e scarcato attraverso una resstenza; la tensone s suo cap ha andamento esponenzale. Questo A.4 Quant Flp-Flop tpo JK occorrono per realzzare un dvsore asncrono modulo ? a) 13 b) 14 c) 15 d) 16 2^ crca; 2^ ; occorrono 15 FF. Questo A.5 La tensone a rposo su una lnea d trasmssone senza perdte con mpedenza caratterstca Z plotata da un drver con resstenza d uscta Ro e termnazone Rt collegata a massa, dpende da: a) Ro e Z b) Ro e Rt c) Rt e Z d) Ro, Rt e Z La tensone a rposo è data dalla partzone del generatore equvalente n uscta tra Ro e Rt. Questo A.6 In un D/A a resstenze pesate tutte le resstenze sono affette da un errore del +2%. L effetto sulla caratterstca del D/A è: a) un errore d monotonctà b) un errore d non lneartà c) un errore d guadagno d) un errore d offset l errore ntrodotto è proporzonale al valore n uscta; s tratta d un errore d guadagno. DDC/LR -Soluz_Scr_Eln_14_2k - 15/02/ :20:00 1

2 Poltecnco d Torno Prova scrtta Elettronca Applcata e Msure Soluzon Parte E-B Elettronca Eserczo B.1 (4 punt max) a) Traccare lo schema d un generatore d onda quadra e trangolare che utlzza due amplfcator operazonal, almentat con tensone d +/- 10V e con dnamca d uscta d +/-9V. Indcare l rapporto (resstenza d reazone)/(resstenza d ngresso) del comparatore rchesto per ottenere un onda trangolare tra 5V e 5V. Crcuto con ntegratore + comparatore (a lato) Va = (Vt R2 + Vq R1)/(R1 + R2) Il comparatore con steres scatta quando Va = 0V. Va assume l valore 0V quando Vt = 5V e Vq = -9V; la corrente n R1 e R2 è uguale, qund R2/9V = R1/5V; R2/R1 = 1,8. R O V C T V Q O R 1 R 2 b) L'uscta a onda quadra vene utlzzata come segnale d Clock per crcut logc CMOS almentat a 5 V. Traccare lo schema d un crcuto d nterfacca tra l generatore d onda quadra e crcut logc che port l segnale d Clock a valor corrett. Un crcuto CMOS rchede sugl ngress tenson prossme a GND per lo 0 e prossme all almentazone per l 1; occorre qund convertre l onda quadra Vq (+/- 9V) n onda quadra 0/5 V. Possono essere usat crcut come quell rportat nel lucdo D5-6 (protezon d ngresso): - Dodo Zener da 4-5V: gruppo R-Zener tra uscta a onda quadra e massa. Per tenson < 0 lo zener ntervene n conduzone dretta, lmtando la tensone a -0,6V crca. - Clamp a dod verso massa e 5V, con resstenza (per lmtare la corrente) tra uscta del comparatore e ngresso della logca; dod standard tra ngresso e massa/almentazone del crcuto logco (mpedsce che la tensone d ngresso cresca oltre l almentazone o scenda al d sotto della massa). - Rete resstva n uscta, che combna Vq e tensone costante (non compare nel lucdo D5-6). c) Indcare varant crcutal che permettano d mantenere costante la frequenza del segnale generato al varare delle tenson d almentazone. Occorre rendere le sogle del comparatore e la corrente d carca dell ntegratore ndpendent dalla tensone d almentazone. S possono nserre crcut d regolazone (ad esempo con due dod Zener contrapposto) all uscta del comparatore, e rportare n reazone postva (R2) e all ntegratore (Ro) la tensone regolata presente sugl Zener. d) Indcare qual parametr degl Amplfcator Operazonal determnano la frequenza mnma e quella massma dell onda quadra generata dal crcuto (R1 e R2 come al punto a). Mantenendo costant gl altr parametr, la frequenza dpende dalle corrent d carca/scarca d C. Per rdurre la frequenza (aumentare l perodo) occorre rdurre la corrente d carca d C aumentando la resstenza Ro. Il lmte superore d Ro è legato alle corrent d polarzzazone d ngresso dell operazonale usato per l ntegratore (Romax < Va/Ib). Per aumentare la frequenza (rdurre l perodo) bsogna aumentare la corrente d carca, rducendo Ro: Il lmte è dato dalla massma corrente d uscta dell operazonale (Romn > Va/Iomax). DDC/LR -Soluz_Scr_Eln_14_2k - 15/02/ :20:00 2

3 Poltecnco d Torno Prova scrtta Elettronca Applcata e Msure Soluzon Parte E-C Elettronca Eserczo C.1 (3 punt max) Un drver almentato a 3,3 V e con Ro = 75 ohm plota una connessone con Z = 50, veloctà d propagazone U = 0,7 C, lunghezza 20 cm, aperta all'estremo remoto. I rcevtor sono crcut CMOS con Vl = 0,8 V e Vh = 2 V. Tutte le domande s rferscono alla transzone L-H. a) Determnare l'ampezza del prmo gradno e l tempo d propagazone; Vb(0) = 3,3V x (50/(75+50) = 1,32V (ampezza del prmo gradno mpresso sulla lnea) Tp =(lunghezza)/(u) U = (0,7 x 300 k km/s) = 210 k km/s = 210 Mm/s; Tp = (0,2/210) 10^-6 = 0,952 ns b) Determnare temp d trasmssone e lo skew per un rcevtore collocato n prossmtà del drver, e per uno collocato alla fne della lnea. Tensone all uscta del drver: Vb(0) = 1,32 V > Vl, qund Ttxmn = 0 L estremo remoto è aperto, qund con coeff d rflessone Γt = 1: Vc(tp) = 1,32+1,32 = 2,64 V Vc(tp) > Vh, qund per l estremo remoto Ttx = Tp = 0,95 ns Per avere certezza che la tensone sul conduttore super Vh anche al lato drver occorre attendere l onda rflessa dalla termnazone. Il coeff d rflessone lato drver Γd = (75-50)/(75+50) = 0,2. La tensone all uscta del drver a 2 Tp complessvamente vale: Va(2Tp) = 1,32 + 1,32 + 1,32 x 0,2 = 2,84V, maggore d Vh; Ttxmax = 2Tp = 1,86 ns. Γd > 0, e la prma onda rflessa basta da sola a superare Vh; non è necessaro calcolare altre rflesson. Skew Tk = Ttxmax Ttxmn = 1,86 ns c) Questa connessone vene usata su un bus parallelo con protocollo sncrono. I regstr del rcevtore hanno tempo d set-up Tsu = 5 ns e tempo d hold Th = 2 ns. Traccare segnal STB e DATA alla sorgente e alla destnazone per un cclo d scrttura, e determnare la durata mnma del cclo (crcut logc con rtard null tra ngresso e uscta). I ccl d scrttura sncron con tempstca dettaglata sono nel lucdo C4-12. La durata mnma del cclo è determnata dalla sequenza - attvazone INF ; - attvazone STB, - rtardo t A > tsu+tk per garantre tsu al rcevtore ; - attesa t B > th+tk, per garantre th al rcevtore - dsattvazone INF e STB. Durata complessva Tcymax: t A + t B = tsu + 2tk + th = x 1, = 10,7 ns. DDC/LR -Soluz_Scr_Eln_14_2k - 15/02/ :20:00 3

4 Poltecnco d Torno Prova scrtta Elettronca Applcata e Msure Soluzon Parte E-C Elettronca Eserczo C.2 (3 punt max) Nell almentatore a lato: f = 60 Hz; caduta dretta su dod: 1V a) Determnare l valore d Vs (Veff) e l valore del condensatore C n modo da ottenere una tensone C Vamax = 20V, un ondulazone (rpple) Var = 4Vpccopcco, per Ia 0,1A. Calcolare l valore della componente contnua Vadc per corrent Ia = 0 e Ia = 0,1A. Vs Ia Va R L Vamax = Vs,eff sqrt(2) 2V = 20 V ; Vs,eff = (Vmax + 2V) / sqrt(2) = Veff Con carca d C a I costante: Var = Ia T/ 2 C; C = Ia T/2 Var = 0,1A x 8,83 ms / 4V = 208 μf Ia = 0: Var = 0; Vadc = Vamax = 20 V; (con corrente nulla non c è rpple) Ia = 0,1A: Var = 4 Vpp; Vadc = Vamax 0 Var/2 = 18 V b) Va almenta un regolatore R-Zener come a lato con: R = 100Ω Zener: Vzo = 10 V; Rz = 5Ω. Per Vadc e Var calcolat n a) con Ia = 0,1 A, calcolare l ondulazone (Vur) e la componente contnua della Vu (Vudc) per Iu = 0. Determnare le varazon d Vu ( Vu) per una varazone d Iu da 10mA a 90mA. Va Ia R Dz Iu Vu R L Ondulazone: Vur = Var Rz /(R+Rz) = 190,5 mv Ia R Iu Componente contnua: Vudc = Vadc Rz / (R + Rz) + Vzo R /(Rz + R) Vudc = (18 x x 100)/105 = 10,38 V Var Vadc rz Vzo Vu R L Varazone d Vu al varare d Iu: Vu( Iu) = Iu x Requv ; Requv = R//Rz = 100//5 = 4,76 Ω; Vu = 0,08 A x 4,76 Ω = 381 mv (negatva) c) Proporre modfche al crcuto n modo da mglorare la regolazone della tensone d uscta al varare della corrente nel carco (è possble aggungere transstor o Amplfcator Operazonal). Per l crcuto proposto calcolare la varazone della tensone d uscta ( Vu ) per corrent d uscta da 0 a 500 ma. Sono dsponbl transstor con hfe = 100 e Amp Operazonal con guadagno nfnto. Crcuto con transstore da lucdo E2-25. Il transstore rduce la varazone d corrente nella magla con lo Zener: Iz = Il/hfe =500mA/100 = 5 ma. Questa varazone d corrente nello Zener causa una varazone d tensone n uscta: Vo = Iz x Rz//R = 5mA x 4,76 Ω = 23,8 mv E possble anche utlzzare l crcuto con Amplfcatore Operazonale (lucdo E2-27). Nel crcuto con AO la corrente nel carco non modfca la corrente nello Zener; Vo = 0 R 1 V REF βv O R 2 DDC/LR -Soluz_Scr_Eln_14_2k - 15/02/ :20:00 4

5 Poltecnco d Torno Prova scrtta Elettronca Applcata e Msure Soluzon Error pù comun (n questo scrtto) General: - Rpetere la domanda all nzo della rsposta. Lo spazo a dsposzone è rdotto, convene utlzzarlo solo per la rsposta. - Non ndcare l untà d msura. - Usare moltplcator non ngegnerstc (usare solo esponent multpl d 3: k, M, n, p, ; ad esempo 10^ ^6) Eserczo B (generatore d onda quadra) - Usare come rfermento Val/2. Era necessaro n un problema smle, n cu era a dsposzone una sola tensone d almentazone. Con tensone postva e negatva l rfermento standard è la massa (0 V). - Inversone de morsett nel comparatore. - Rapporto d resstenze ndcato come frazone anzché come sngolo numero. Eserczo C1 (lnea) - Ordn d grandezza nel calcolo de temp. - Calcol solo letteral, senza valor. Eserczo C2 (almentatore) - Calcolare l condensatore per raddrzzatore a una semonda - Scambare o non calcolare correttamente valore d pcco /effcace DDC/LR -Soluz_Scr_Eln_14_2k - 15/02/ :20:00 5

6 Elettronca Applcata e Msure Tem d esame SOLUZIONI Prova del 13 febbrao 2014 Domande a rsposta multpla (quattro domande) Tpo A 1. Consderando un osclloscopo dgtale, durante l camponamento d un segnale a banda lmtata, per rdurre l fenomeno dell alasng occorre: a) Aumentare la frequenza d camponamento fc b) Impegare fltr passa-banda c) Impegare fltr passa-basso d) Modulare la frequenza del segnale n msura con un segnale d rfermento 2. Su un osclloscopo vene vsualzzata la seguente forma d onda. I fattor d deflessone sono: Fattore d deflessone vertcale: 1 V/dv; Fattore d deflessone orzzontale: 1 ms/dv Il segnale è perodco con perodo T = 8 ms. Il lvello 0 V s trova a metà dello schermo. Tralascando le ncertezze d msura, qual è l valor medo della forma d onda vsualzzata? a) 0 V b) 0.5 V

7 c) 0.5 V/dv d) non è determnable con dat n possesso 3. Indcare quale de seguent amperometr può msurare una corrente d crca 5 A con una ncertezza non superore allo 0.1% a) elettromeccanco: portata Ip = 5 A e classe 1 b) dgtale: portata Ip = 10 A e ncertezza assoluta δi = 0.05% Lettura % Portata c) elettromeccanco: portata Ip = 15 A e classe 0.1 d) dgtale: portata Ip = 5 A e ncertezza assoluta δi = 0.03% Lettura % Portata δi = 0,1% 5A = 5 ma a) non presenta ma ncertezza nferore a 1% b) δi = 0.05% 5 A % 10 A = 2,5 ma + 3 ma = 5,5 ma superore c) δi = 0,1% 15A = 15 ma superore d) δi = 0.03% 5 A % 5 A = 1,5 ma + 1 ma = 2,5 ma nferore 4. Dato un sacchetto contenente bgle ognuna del peso d 5 ± 0.1 g e una blanca che presenta una formula bnoma d ncertezza: ncertezza relatva 0,5% della lettura, ncertezza assoluta 1g; essendo noltre 220 g l peso del sacchetto peno d bgle e 10 g l peso del sacchetto vuoto, entramb msurat con la blanca, quante sono le bgle nel sacchetto e qual è la loro ncertezza? a) 44 ± 2.95% b) 42 ± 2.98% c) Non è possble rspondere d) 42 ± 3.5% N = (Mpeno Mvuoto)/ Mbgla = (220-10)/ 5 = 42 δ (Mp-Mv) = δmp + δmv = (0,5% ) + (0,5% 10 +1) = (1,1 +1) + (0,05 +1) = 3,1 g e (Mp-Mv) = 3,1 /210 = 0,015 = 1,5% e (Mbgla = 0,1/ 5 = 2 % e N = e (Mp-Mv) + e (Mbgla) = 2% + 1,5% = 3,5%

8 Quest a rsposta aperta (una domanda) Tpo B Indcare le prncpal potes che permettono l uso a)del modello determnstco per l esecuzone d msurazon ndrette b) del modello probablstco per l esecuzone d msurazon ndrette a) Sono defnte e note le ncertezze dn delle msure drette n n = n o ± dn Le grandezze q sono tutte ndpendent b1) Le ncertezze dn sono pccole rspetto alle msure n Sono defnte e calcolabl le dervate parzal prme d f rspetto alle varabl ndpendent Sono defnte e note le ncertezze tpo u n delle msure drette n Le grandezze q sono tutte statstcamente ndpendent b2) Le ncertezze tpo u n sono pccole rspetto alle msure n Sono defnte e calcolabl le dervate parzal prme d f rspetto alle varabl ndpendent Sono defnte e note le ncertezze tpo u delle msure drette n n Le grandezze q sono correlate Le ncertezze tpo u sono pccole rspetto alle msure n n Sono defnte e calcolabl le dervate parzal prme d f rspetto alle varabl ndpendent Vedere lezon A2 generalta msure da pag 85 n po

9 Esercz (una domanda) Tpo C Una vasca ha forma d paralleleppedo, con dmenson: larghezza a= 2m ± 1 cm, lunghezza b =1m ± 1 cm, altezza h = 1m ± cm. La vasca vene rempta con una pompa avente portata p=10 dm3/s ± 5%. Calcolare l altezza dell acqua dopo un mnuto e l ncertezza della stma (modello determnstco e modello probablstco; potzzare dstrbuzone rettangolare). Eseguo l calcolo dopo 1s 10 dm 3 = a *b*x= 20*10*x; x = 1/20 dm Dopo un mnuto s ha xm = 60*x= 60/20 dm= 3 dm = 0,3 m Incertezza modello determnstco e xm = e x = e p + e a +e b = 5% + 0,5 % + 1% = 6,5 % Incertezza modello probablstco (u xm /xm) 2 = (u x /x) 2 = (u p /port) 2 + (u a /a) 2 +(u b /b) 2 Ipotzzando dstrbuzone rettangolare u 2 = x 2 / 3 e così va (u x /x) 2 = [(0,5/10) 2 + (0,01/2) 2 + (0,01/1) 2 ] / 3 = 0, u x /x = 0,02958 = 3%