GENERATORE DI ONDE QUADRE REALIZZATO CON AMPLIFICATORE OPERAZIONALE A SINGOLA ALIMENTAZIONE

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1 LASSE : A E.T.A ALUNNO: Bovino Silvano GENERATORE DI ONDE QUADRE REALIZZATO ON AMPLIFIATORE OPERAZIONALE A SINGA ALIMENTAZIONE SOPO:onfrono ra la frequenza eorica e quella sperimenale del segnale di uscia; visualizzazione delle forme d onda di o e di c(). STRUMENTAZIONE: Bread board, condensaore da 00nF, 4 resisenze da 00kΩ, resisenza da 4,7 kω, circuio di alimenazione, oscilloscopio, cavi elerici, inegrao dell A.O. LM339. SHEMA IRUITALE: DESRIZIONE: Il circuio in figura rappresena un generaore di onde quadre, realizzao con amplificaore operazionale LM339 a singola alimenazione. Esso si cosiuisce della configurazione ad inegraore inverene nel ramo R-, e una

2 configurazione di comparaore con iseresi, con l aggiuna del fondamenale ramo formao da R e cc(+5), applicao all ingresso non inverene dell A.O. L aggiuna di queso ramo si rivela fondamenale perché in sua assenza R sarebbe pari a 0. Supponendo reale ale condizione nel momeno in cui c si caricasse a la commuazione a non avverrebbe mai, poiché la curva caraerisica del condensaore ende asinoicamene al valore massimo di ensione applicaa. Si inuisce che in al modo la commuazione non sarebbe possibile, e di conseguenza l aggiuna del ramo R-cc fa si chè sia compresa ra +cc e 0, consenendo le commuazioni a livello alo e basso. Per oglierci ogni dubbio, prima di procedere con l analisi del circuio, verifichiamo quesa eoria simulando il circuio privo del ramo R-cc, in ambiene sofware PSPIE: ome si noa nel circuio a lao, è assene il ramo cc-r. Di conseguenza si evince che il valore di sarà: =0 Se andiamo in seguio a calcolare si avrà: Essendo pari a 0 si avrà =0. = *(R+R3)/(R+R3) Uilizzando ale circuio si è provai ad avviare il comando analisi e il risulao è quello in fig. : ome si osserva, la eoria iniziale è saa confermaa poiché una vola che la commuazione del valore di R pora a, la commuazione non si ripee a moivo della curva caraerisica di carica/scarica del condensaore che endendo asinoicamene al valore 0 non permeendo la commuazione da a.

3 onvini di ciò procediamo con l eserciazione considerando esao il circuio iniziale con il ramo cc-r. Per prima cosa calcoliamo eoricamene i valori di, e il periodo T che caraerizzeranno la curva caraerisica di uscia del nosro circuio; Nell isane in cui si fornisce l alimenazione e nell ipoesi che il condensaore sia inizialmene scarico, l uscia dell operazionale può rovarsi nello sao alo o nello sao basso (che coincide con 0) a seconda se il poenziale p dell ingresso non inverene predomina sul poenziale n dell ingresso inverene o viceversa. Supponendo che p > n si ha 0 =. Il condensaore si carica araverso la resisenza R, alimenaa dall uscia, col ipico andameno esponenziale. Il poenziale p dell ingresso non inverene si pora al valore indicao con : cc + R R3 = = cc = R R R 3 Quando il condensaore raggiunge il poenziale c ()= l A.O. commua porando l uscia al valore di ossia 0. Ora p assume il valore di : 0 + R R3 = = cc = R R R Il condensaore si scarica nella resisenza R e ende, poi, a raggiungere il valore. Quando c (), diminuendo, raggiunge il valore, l A.O. commua nuovamene porando la sua uscia al valore. Il condensaore, adesso, si carica endendo al valore e parendo dal valore iniziale. Nella figura soosane si mosrano le forme d onda della ensione d uscia O e della ensione ai capi del condensaore. 3 c() T T Analisi grafica ome si osserva in figura, c() oscilla ra i valori delle ensioni di riferimeno e. Nel grafico inolre si noa che T=T e di conseguenza possiamo rienere che il segnale sia un onda quadra, il cui duy-cycle D vale:

4 T D % = T = T T + T = = 50% Per quano riguarda il calcolo analiico relaivo ai empi T e T si uilizza l equazione di carica del condensaore R ( ) = A + Be. Dao che A = f e B = ( i - f ) l espressione diviene: ( ) = + ( ) e f dove f e i cosiuiscono, rispeivamene, il valore finale e quello iniziale della differenza si poenziale sul condensaore. i f R T (0) = A + B = ( ) = A = B = ( T ) = Tenendo cono dell espressione precedene R ( ) = A + Be si oiene: T R / 3cc = + ( ) e da cui T = R ln = R ln = τ ln = 0.69ms / 3cc T B = (0) = A + B = ( ) = A = ( T ) = Tenendo cono dell espressione precedene R ( ) = A + Be si oiene: T R (/ 3 ) cc = + ( ) e da cui T = R ln = R ln = τ ln = 0.69ms ( / 3 ) cc onoscendo i due empi ci si può ricavare il valore del periodo T e della frequenza f del segnale d uscia che valgono rispeivamene: T = T + T =.38ms f = = T T + T = 75Hz

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