Relazione di Laboratorio Elettronica

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1 Relazione di Laboratorio Elettronica OGGETTO: Funzionamento di un circuito derivatore con amplificatore operazionale DATI INIZIALI: Vcc = ±15V f 1 = 400Hz f 2 = 1KHz f 3 = 30KHz RIFERIMENTI TEORICI: Derivatore Il derivatore come si può intuire facilmente dal nome realizza la derivata della tensione in ingresso. La tensione di uscita è in ritardo di 90 rispetto alla tensione di ingresso, si nota che all aumentare della frequenza la reattanza del condensatore diminuisce e quindi la corrente aumenta, di conseguenza la tensione d uscita aumenta in valore assoluto, quindi con limite di ω e Vo. Questo comportamento è particolarmente critico alle alte frequenze che porta così l uscita in saturazione, per eliminare il problema si pone in serie al condensatore la resistenza R1 che limita il guadagno in alta frequenza. La corrente nel dominio del tempo si ricava con la seguente formula: dvc i = C dt mentre nel dominio della frequenza: I = jω CVc La tensione invece nel dominio del tempo si ricava con la formula: dvi Vo = RC dt mentre nel dominio della frequenza: Vo = jω RCVi CIRCUITO IN ESAME: 1 circuito relativo all onda triangolare

2 2 circuito relativo all onda quadra 1 simulazione relativa al 1 circuito con f = 400Hz

3 2 simulazione relativa al 1 circuito con f = 1KHz 3 simulazione relativa al 1 circuito con f = 30KHz La terza simulazione può essere eseguita perché il circuito non si comporta più da derivatore, ma da amplificatore invertente, questo perché sappiamo che il circuito funziona da derivatore solo per: frequenze < fp 10 dove fp è la frequenza di taglio. 1 simulazione relativa al 2 circuito con f = 400Hz

4 2 simulazione relativa al 2 circuito con f = 1KHz 3 simulazione relativa al 2 circuito con f = 30KHz Anche in questo caso non può essere eseguita la simulazione del circuito perché il condensatore ad alte frequenze si comporta come un corto circuito. TABELLE ED ELABORAZIONE DATI:

5 Dati relativi al derivatore con l onda triangolare in ingresso (1 circuito) Vspp f Vop (misurata) Vop (calcolata) Errore % T 1 Av (teorico) 1V 400Hz -85mV -84.7mV 0.35% 1.22ms V 1KHz -190mV -206mV 7.7% 0.5ms V 30KHz -4.15V -5.17V N/c 0.02ms -10 Dati relativi al derivatore con l onda quadra in ingresso (2 circuito) Vspp f Vop (misurata) Vop (calcolata) Errore % T 1 Av (teorico) 1V 400Hz 2.5V 0V N/c 1.3ms 0 1V 1KHz 2.5V 0V N/c 0.5ms 0 1V 30KHz 1.7V 0V N/c 0.02ms 0 STRUMENTI NECESSARI: N. Descrizione 1 Generatore di segnali 2 Alimentatore stabilizzato duale 3 Oscilloscopio a 2 canali 4 Multimetro digitale COMPONENTI NECESSARI: N. Part Value Descrizione Q.tà 1 R1 2.2 KΩ Resistenza 1/4W ±5% 1 2 R2 22 KΩ Resistenza 1/4W ±5% 1 3 C1 4.7 nf Condensatore non polarizzato 1 4 U1 µa741 Amplificatore operazionale integrato 1 5 / / Bread Board 1 6 / / Cavi di alimentazione 3 7 / / Connettore BNC a T 1 8 / / Sonda non attenuata x1 1 9 / / Filo per collegamenti rosso e nero / 10 / / Sonda BNC-BNC 1 11 / / Sonda BNC a kleeps 1 SOFTWARE USATI: N. Descrizione 1 Design Lab PSPICE 2 Microsoft Word 3 Microsoft Paint PROCESSO DEI RILIEVI:

6 Dopo aver effettuato gli opportuni collegamenti su breadboard del circuito, come da schema elettrico, abbiamo collegato la strumentazione necessaria. Abbiamo quindi inserito il connettore BNC a T all uscita del generatore di funzione, poi abbiamo collegato un estremo del connettore BNC-BNC al BNC a T, mentre l altro estremo è stato collegato al canale 1 (CH1) dell oscilloscopio. La sonda BNC a Kleps è stata invece connessa al BNC a T e i coccodrilli sono stati collegati uno ad un capo della resistenza R1 (collegato in serie al condensatore C1 a sua volta collegato all ingresso invertente dell operazionale), l altro è stato invece collegato al common. Per rilevare i dati in uscita abbiamo collegato un capo della sonda non attenuata X1 al canale 2 (CH2) dell oscilloscopio e ovviamente la sonda è stata connessa all uscita dell operazionale. DESCRIZIONE DELLE PARTI SALIENTI: Questa esperienza è stata divisa in due parti: la prima parte dell esperienza è stata effettuata mandando un onda triangolare in ingresso, mentre la seconda parte è stata effettuata mandando un onda quadrata in ingresso. Successivamente abbiamo misurato la Vop (negativa) con tre diverse frequenze (400Hz, 1KHz, 30KHz) poi abbiamo calcolato la Vop (teorica) con la seguente formula: 2 R2CVsp Vop = t 1 abbiamo poi calcolato la percentuale d errore valutando e accettando solo i valori di percentuale non superiori al 10% usando la formula: Valore misurato Valore teorico s cos tamento % = 100 Valore teorico successivamente abbiamo calcolato la t 1 utilizzata per calcolare la Vop (teorica) e il guadagno di tensione usando: Vo A = Vi infine con il programma Pspice abbiamo fatto le varie simulazioni variando i tre valori di frequenza dati. CONSIDERAZIONI PERSONALI: OSSERVAZIONI:

7 Notiamo che la Vop (calcolata) nel caso in cui in ingresso mandiamo un onda quadra non è calcolabile. In uscita teoricamente la tensione è uguale a 0, quindi in questo caso il derivatore non è ideale, ed è quindi impossibile avere in uscita dei valori di tensione come 2.5V o 1.7V, ma come valori calcolati avrò, questo perché calcoliamo la derivata di una costante (che ricordiamo è sempre nulla). Mandando il segnale con onda quadra si può notare che la Vop (teorica) non si può calcolare; questo fattore è dovuto al fatto che la derivata di una costante è uguale a 0; infatti sappiamo che l onda quadra ha una parte costante che permette di avere in uscita 0; la piccola onda che viene effettuata in uscita è dovuta alla caratteristiche tecniche del nostro circuito, infatti sappiamo che il condensatore ha una funzione di carica e scarica che di conseguenza provoca questo sbalzo di tensione. Inoltre di conseguenza si noterà che il guadagno di tensione in uscita sarà sempre uguale a zero. Per quanto riguarda il circuito con onda triangolare in ingresso a frequenza di 30KHz, si può notare che l errore in percentuale è > del 10%; questo è dovuto al fatto che a elevate valori di frequenze(come nel nostro caso) il circuito non si comporta più da derivatore, ma da amplificatore;questo fattore è dovuto in parte al fatto che il condensatore a elevate frequenze si comporta come se fosse in corto, permettendo al nostro derivatore reale di assumere le sembianze di un amplificatore operazionale invertente.