LABORATORIO Rilievo della caratteristica U-I di bipoli lineari e non lineari

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Romano Magni
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1 LABORATORIO Rilievo della caratteristica U-I di bipoli lineari e non lineari Scopo della prova Imparare a utilizzare semplici strumenti di misura. Acquisire la metodologia per condurre una prova di laboratorio. Rilevare le caratteristiche volt-amperometriche di bipoli lineari (resistori) e non lineari (diodi). Materiali e strumentazione Alimentatore variabile di tensione continua Resistore di valore compreso tra 390 e 1 K Diodo tipo 1N Multimetri, oppure un voltmetro e un amperometro Basetta per montaggi sperimentali e fili di collegamento Schema elettrico Schema di montaggio Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Mondadori Education 1

2 Esecuzione della prova Per facilitare il lavoro suddividiamo la procedura in passi distinti che abbiamo numerato. Resistore diretto 1. Monta il circuito di figura 1 con il resistore da 1 k. I due multimetri devono essere regolati in modo che misurino rispettivamente una tensione continua e una corrente continua. Attenzione! L alimentatore deve essere spento durante le fasi di montaggio. Inoltre, entrambi gli strumenti hanno delle polarità da rispettare per il loro montaggio. 2. Regola le portate del voltmetro e dell amperometro su valori sufficientemente elevati per evitare che siano danneggiati accidentalmente. 3. Prima di accendere l alimentatore agisci sulla manopola di regolazione della tensione e ponila a zero. Se esiste la manopola di regolazione della corrente ponila a circa metà del valore massimo. 4. Accendi l alimentatore. 5. Ruota lentamente la manopola di regolazione della tensione e controlla se entrambi gli strumenti di misura segnano valori positivi (se l ago si muove verso destra se sono strumenti analogici). Se ciò non accade, riporta a zero la tensione, spegni l alimentatore e inverti le connessioni dello strumento che non dà una lettura corretta. 6. Ora il circuito è montato correttamente e puoi iniziare a effettuare le misure. Conviene effettuare almeno 5 diverse letture. La tensione massima che puoi raggiungere dipende dalla dissipazione di potenza del resistore che stai impiegando. Se esso è da 0,25 W, conviene non superare i 10 V. Regola, ad esempio, la tensione a 1 V e leggi la corrente corrispondente. Per limitare l errore introdotto dagli strumenti regola la loro portata in modo da effettuare le misure in prossimità del loro fondo-scala. Scrivi, in una tabella come la seguente, la coppia di valori rilevati. Non compilare, per ora, la terza colonna della tabella. Tabella 1 - Resistore da 1 k (1 montaggio) U [V] I [ma] R = U/I [] 7. Ripeti le letture aumentando, di volta in volta, la tensione e leggi i valori corrispondenti della corrente, per ottenerne un numero sufficiente di dati. Scrivi i valori nella tabella Terminata la rilevazione riporta a zero la tensione e spegni l alimentatore. Mondadori Education 2

3 Resistore inverso 9. Inverti il montaggio del resistore così che la corrente possa attraversarlo nella direzione opposta. 10. Ripeti i passi 6 e 7 rilevando i valori di U e I e scrivendoli come numeri negativi nella tabella 2. Tabella 2 - Resistore da 1 k (2 montaggio) U [V] I [ma] R = U/I [] 11. Terminato il rilevamento dei dati riporta a zero la tensione dell alimentatore e spegnilo. Diodo diretto 12. Rimuovi il resistore dal circuito e sostituiscilo con il diodo, come mostrato dal circuito di figura 2. Assicurati che l anodo del diodo sia connesso al terminale positivo dell alimentatore. 13. Ripeti i precedenti passi dal 2 al 7 ma aumenta il numero delle letture ad almeno 10 diversi valori. Registra i rilevamenti nella seguente tabella 3. Non confondere la tensione erogata dall alimentatore con quella che si manifesta ai capi del diodo (letta dal voltmetro): è quest ultima quella che devi riportare in tabella. Attenzione! Noterai che da un certo punto in poi (circa 0,6 V della tensione letta dal voltmetro) pur aumentando la tensione dell alimentatore, la tensione ai capi del diodo aumenta solo leggermente, mentre la corrente sale regolarmente. Fai attenzione a regolare adeguatamente la portata dello strumento che misura la corrente. Conviene non superare i 10 V della tensione erogata dall alimentatore. Tabella 3 - Diodo (montaggio diretto) U [V] I [ma] R = U/I [] Mondadori Education 3

4 Diodo inverso 14. Terminata la rilevazione riporta a zero la tensione e spegni l alimentatore. 15. Inverti il montaggio del diodo e ripeti i passi effettuati quando il diodo era polarizzato direttamente. Registra i valori letti di U e I e scrivendoli come numeri negativi nella seguente tabella 4. Noterai che, in questo montaggio, la tensione rilevata ai capi del diodo aumenta regolarmente all aumentare di quella erogata dall alimentatore, mentre la corrente risulta quasi nulla (avrai una certa difficoltà a misurala). Tabella 4 - Diodo (montaggio inverso) U [V] I [A] R = U/I [M] 16. Terminata la rilevazione riporta a zero la tensione e spegni l alimentatore. Analisi dei dati Per il resistore 17. Compila le terze colonne delle prime due tabelle effettuando le divisioni tra le tensioni e le correnti rilevate. Dovresti ottenere sempre lo stesso valore (a meno delle approssimazioni ed errori di misura). 18. Riporta, in un diagramma cartesiano, i punti corrispondenti ai valori rilevati delle tensioni e delle correnti per il resistore. Essi cadranno nel primo e nel terzo quadrante. In genere si pone la tensione sull asse delle ascisse (quello orizzontale) e la corrente sull asse delle ordinate (quello verticale). 19. Unendo i punti dovresti ottenere una linea retta (a meno delle approssimazioni ed errori di lettura) che passa per l origine degli assi. 20. La pendenza costante di questa retta è pari al valore della resistenza letta nella terza colonna delle tabelle 1 e 2. Mondadori Education 4

5 Per il diodo 21. Compila le terze colonne delle tabelle 3 e 4 effettuando le divisioni tra le tensioni e le correnti rilevate. Dovresti ottenere valori via via decrescenti per la terza tabella e valori molto elevati e all incirca costanti (a meno delle approssimazioni ed errori di misura) per la quarta tabella. 22. Riporta, in un diagramma cartesiano, i punti corrispondenti ai valori rilevati delle tensioni e delle correnti per il diodo. Essi cadranno nel primo e nel terzo quadrante. 23. Unendo i punti dovresti ottenere un andamento non lineare con pendenza crescente per la curva U-I del primo quadrante e un andamento quasi lineare per quella del terzo quadrante. 24. Come elemento non lineare puoi sostituire al diodo normale una lampadina da 12 V, e ripetere le rilevazioni per questi componenti. Conclusioni (Scrivi le conclusioni circa il comportamento lineare o non lineare dei diversi componenti esaminati). Elenca qui di seguito i materiali impiegati. Per sapere quello che devi scrivere, considera che i modelli, i tipi e le caratteristiche che elencherai devono permettere a un eventuale altro sperimentatore di effettuare la stessa tua prova. Mondadori Education 5

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