Anno Accademico Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica. Prove A e B

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1 Relazione di Misre Elettriche Anno Accademico Corso di Larea in Ingegneria Elettronica Prove A e B Stdente: Matricola: SANDRO PETRIZZELLI K

2 Relazione di Misre Elettriche Fase 1: so del mltimetro come rivelatore di continità e come ohmetro di precisione 4 Mltimetro impostato per misre di resistenza...4 Prova A (oscilloscopio analogico...4 Prova B (oscilloscopio digitale...4 Fnzione del Trasformatore...4 Misra delle resistenze R 1, R, (R 3, (R Mltimetro HP974A (display a 4 ½ digit...5 Mltimetro FLKE 8060A (display a 4 ½ digit...6 Mltimetro NORMA D116 (display a 3 ½ digit...7 Misre Indirette di resistenza...8 Misra indiretta di (R 3 -R...8 Mltimetro HP974A...8 Mltimetro FLKE 8060A...8 Mltimetro NORMA D Misra indiretta di (R 4 R Mltimetro HP974A...9 Mltimetro FLKE 8060A...9 Mltimetro NORMA D Fase : so dell oscilloscopio Misre elementari di Ampiezza e di Tempo Oscilloscopio analogico TEKTRONIX TAS Misra di Tensione Massima ( X=x Misra di Tensione Picco-Picco ( X= x x Misra di Periodo Oscilloscopio digitale HP54501A (8 bit,6 cifre... 1 Misra di tensione massima... 1 Misra di tensione picco-picco... 1 Misra di Periodo Oscilloscopio digitale HP54600B (8 bit, 4 cifre Misra di tensione massima Misra di tensione picco-picco Misra di Periodo Scheda di acqisizione NB-A000 (1 bit Misra di tensione massima Misra di tensione picco-picco Scheda di acqisizione Lab-PC+ (1 bit Misra di tensione massima Misra di tensione picco-picco Fase 3: so della Sonda Rmore e Interferenza Segnale captato dalla Sonda lontana dal monitor Prova A Prova B Ipotesi sll origine Segnale Captato dalla Sonda cortocircitata,a formare na spira semicircolare, in prossimità dei monitor Prova A Prova B Fase 4: Misre delle Caratteristiche di scita a emettitore comne del BJT Minima corrente apprezzabile da n Mltimetro digitale Mltimetro HP974A Mltimetro FLKE 8060A Mltimetro NORMA D

3 Laboratorio: prove A e B Misra di I B e R 1 con il Mltimetro HP974A Misra di V R con oscilloscopio analogico TAS0 (con Crsori... 1 Misra di Tensione Massima ( X=x Misra Indiretta di I C... 1 Misra Indiretta di β... 1 Misra di V R con oscilloscopio digitale HP54501A (8 bit, 6 cifre.. Misra di Tensione Massima... Misra Indiretta di I C... Misra Indiretta di β... Misra di V R con oscilloscopio digitale HP54600B (8bit,4 cifre... 3 Misra Indiretta di I C... 3 Misra Indiretta di β... 3 Misra di V R1 tramite scheda di acqisizione NB-A00 (1 bit... 4 Misra Indiretta di I C... 4 Misra Indiretta di β... 4 Misra di V R1 tramite scheda di acqisizione Lab-PC+ (1bit... 5 Misra Indiretta di I C... 5 Misra Indiretta di β

4 Relazione di Misre Elettriche Fase 1: so del mltimetro come rivelatore di continità e come ohmetro di precisione MLTIMETRO IMPOSTATO PER MISRE DI RESISTENZA Tramite mltimetro impostato per misre di resistenza, con fnzione di indicazione acstica di continità elettrica attivata, si sono rilevate le segenti sitazioni: Prova A (oscilloscopio analogico Oscilloscopio: - Continità tra gli involcri esterni (masse degli ingressi BNC; - Non continità tra masse degli ingressi e condttore di terra. Se ne dedce che gli ingressi dell oscilloscopio sono del tipo FLOATIN SINLE-ENDED. eneratore di segnali: - Continità tra le masse delle scite BNC; - Non continità tra le masse delle scite e il condttore di terra. Se ne dedce che le scite del generatore di segnali sono del tipo FLOATIN SINLE-ENDED. Prova B (oscilloscopio digitale Oscilloscopio: - Continità tra gli involcri esterni ( masse degli ingressi BNC; - Continità tra masse degli ingressi e condttore di terra. Se ne dedce che gli ingressi dell oscilloscopio sono del tipo RONDED SINLE-ENDED. eneratore di segnali: - Continità tra le masse delle scite BNC; - Continità tra le marre delle scite e il condttore di terra. Se ne dedce che le scite del generatore di segnali sono del tipo RONDED SINLE-ENDED. Fnzione del Trasformatore Prova A: Prova B: Non essendo i comni collegati, il Trasformatore d isolamento non rislta indispensabile. I comni sono entrambi a terra per ci il collegamento diretto del generatore con l oscilloscopio implicherebbe in ogni caso tensione nlla tra il collettore e l emettitore del BJT. 4

5 Laboratorio: prove A e B MISRA DELLE RESISTENZE R 1, R, (R 3 MAX, (R 4 MAX Mltimetro HP974A (display a 4 ½ digit Specifiche (per misre di resistenza: Accracy = ± ( of reading + nmber of digits Range Resoltion Accrarcy 500 Ω 10 mω 5.0 kω 100 mω 50 kω 1 Ω ± ( kω 10 Ω Dalla analisi delle specifiche si ipotizza che la maggiorazione dell errore assolto sia fornita nella segente forma: N d Q = x + O+ inl + q = x + P + N dove x: lettra : incertezza di gadagno (= 0.06; N d : nmero di digits (= N : massima indicazione sl diplay (= P : portata Q: risolzione (fnzione della portata Presentazione dei risltati: Lettra Portata o+inl q R *10-3 5* R * * * (R * * * * (R * * *

6 Relazione di Misre Elettriche Mltimetro FLKE 8060A (display a 4 ½ digit Specifiche (per misre di resistenza: Accracy = ± ( of reading + nmber of digits Range Resoltion Accrarcy 00 Ω 0.01 Ω ± ( Ω kω 0.1 Ω 0 kω 1 Ω ± ( kω 10 Ω MΩ 100 Ω ± (0.15+ Dalla analisi delle specifiche si ipotizza che la maggiorazione dell errore assolto sia fornita nella segente forma: N d Q = x + O+ inl + q = x + P + N dove x: lettra : incertezza di gadagno; N d : nmero di digits (= N : massima indicazione sl diplay (= P : portata Q: risolzione (fnzione della portata Presentazione dei risltati: Lettra Portata o+inl q R * R, * * * *10 3 * è stato tento in conto n termine aggintivo 0.0 Ω come da specifica (R *10 3 * * * (R *10 3 0* *

7 Laboratorio: prove A e B Mltimetro NORMA D116 (display a 3 ½ digit Specifiche (per misre di resistenza: Precisione = ± ( della lettra + nmero di digits Portata Risolzione Precisione 00 Ω 100 mω ± (0.3+5 kω 1 Ω 0 kω 10 Ω ± ( kω 100 Ω MΩ 1 kω ± (+1 Dalla analisi delle specifiche si ipotizza che la maggiorazione dell errore assolto sia fornita nella segente forma: N d Q = x + O+ inl + q = x + P + N dove x: lettra : incertezza di gadagno; N d : nmero di digits N : massima indicazione sl diplay (= 1999 P : portata Q: risolzione (fnzione della portata Presentazione dei risltati: Lettra Portata o+inl q R * R, 119.3* * * * (R *10 3 * * * * * (R *10 3 0* *

8 Relazione di Misre Elettriche MISRE INDIRETTE DI RESISTENZA Misra indiretta di (R 3 -R Incertezza relativa percentale: = R3 (R (R R R R Mltimetro HP974A ( R 3 R = kω Con la formla generale prima riportata, rislta: = 0.11 = 0.40 kω Avendo misrato (al contrario degli altri de casi sia R 3 sia R con la stessa portata (= 500 kω, l incertezza si pò calcolare anche con la formla segente: + = (R 3 R + O+ inl q Si è qi considerato n termine O+inl, al posto di inl, in qanto le specifiche dello strmento conglobano l errore di non linearità e qello di offset. Rislta: = 0.4 kω = 0.07 : (R 3 R = kù 0.07 Mltimetro FLKE 8060A ( R 3 R = kω = 0.3 = 1 kω : (R 3 R = 355 kù 0.3 Mltimetro NORMA D116 ( R 3 R = kω = 3. = 11 kω : (R 3 R = 356 kù 3. 8

9 Laboratorio: prove A e B Misra indiretta di (R 4 R 1 Incertezza relativa percentale: = R 4 (R (R R R1 1 R 1 Mltimetro HP974A ( R 4 R1 = kω 3 = = 9.4*10 kω : (R 4 R 1 = kù Mltimetro FLKE 8060A ( R 4 R1 = kω = = 0.01 kω : (R 4 R 1 = kù Mltimetro NORMA D116 ( R 4 R1 = kω = 0.34 = kω : (R 4 R 1 = kù

10 Relazione di Misre Elettriche Fase : so dell oscilloscopio Misre elementari di Ampiezza e di Tempo 1 OSCILLOSCOPIO ANALOICO TEKTRONIX TAS0. Per qanto rigarda le misre di Ampiezza, le specifiche riportate sl relativo manale sono le segenti: Vertical ain: ± 3 Vertical Linearity (tipical: ± 0.1 div or less of amplitde change when waveform of two divisions at graticl center is moved vertically Readot resoltion: 1/5 division Readot Accracy: ± 3 + 1/5 division Dalla analisi di qeste specifiche, tenendo conto che si tratta di effettare comnqe misre di differenze, si ipotizza che la maggiorazione dell errore assolto sia fornita nella segente forma: = x x x x 1 + q dove il termine 0.05 x x1 emerge dalla interpretazione delle specifiche per la maggiorazione dell errore di non linearità. Misra di Tensione Massima ( X=x-0 Presentazione dei risltati: λ Fattore di non linearità q V senza crsori / V con crsori /

11 Laboratorio: prove A e B Misra di Tensione Picco-Picco ( X= x x 1 Presentazione dei risltati: λ Fattore di non linearità q V pp senza Crsori / V pp con Crsori / Misra di Periodo Per qanto rigarda le misre di Tempo, le specifiche riportate sl relativo manale sono le segenti: Standard Sweep Time Accracy: ±3 Sweep Linearity (standard: ±3 Readot resoltion: 1/5 division Dalla analisi di qeste specifiche, tenendo conto che si tratta di effettare comnqe na differenza tra de istanti, si ipotizza che la maggiorazione dell errore assolto sia fornita nella segente forma: = S τ + tbd + q Presentazione dei risltati: T Senza Crsori T Con Crsori λ K T [ms/div] S tbd q n periodi / / [ms]

12 Relazione di Misre Elettriche OSCILLOSCOPIO DIITALE HP54501A (8 BIT, 6 CIFRE Misra di tensione massima Per qanto rigarda le misre di Ampiezza, le specifiche riportate sl relativo manale sono le segenti: Vertical ain Accracy: ± 1.5 Offset Accracy: ± of offset + 0. * (V/div Measrement Accracy Single crsor: ain Accracy + Offset Accracy + A/D resoltion Dal crsor: ain Accracy + * A/D resoltion Per qanto rigarda la misra di tensione massima, essendo na misra singola, dalla analisi di qeste specifiche si ipotizza che la maggiorazione dell errore assolto sia fornita nella segente forma: dove = + inl ( x + + O,tot q incertezza di gadagno e non linearità: incertezza totale di offset: + inl = O,tot = pos incertezza di offset: = 0. FS/ 8 O incertezza di qantizzazione: q = Q / V position + O = 0.0 V position + O passo di qantizzazione: Q = FS/ 8 = k / 64 V Spponiamo di non aver agginto alcna V position tramite manopola del position. Presentazione dei risltati: Lettra +inl o q Misra di tensione picco-picco Per qanto rigarda la misra di tensione picco-picco, essendo na misra di differenza, l analisi delle specifiche prima riportate indce ad ipotizzare che la maggiorazione dell errore assolto sia fornita nella segente forma: x + Presentazione dei risltati: = + inl q 1

13 Laboratorio: prove A e B Lettra +inl q Misra di Periodo Per qanto rigarda le misre di Tempo, le specifiche riportate sl relativo manale sono le segenti: Time Base Accracy: Delta t Accracy: 1ns ± (5E-5 *Delta t ± 0.0 * (t/div Memory depth: 500 points Dalla analisi di qeste specifiche, tenendo conto che la misra di periodo è na differenza tra de istanti, si ipotizza che la maggiorazione dell errore assolto sia fornita nella segente forma: = + τ + tbd S sa dove incertezza di distorsione della base tempi: tbd = 0.5ns incertezza di velocità di sweep: S = incertezza di risolzione temporale: Tsa 1 10 K t = = 0.0ms (K t =ms/div 500 sa = Presentazione dei risltati: visalizzato: Incertezza assolta: 9.78 ms 0.0 ms : 9.78 ms 0. 3 OSCILLOSCOPIO DIITALE HP54600B (8 BIT, 4 CIFRE Misra di tensione massima Per qanto rigarda le misre di Ampiezza, le specifiche riportate sl relativo manale sono le segenti: Accracy: ± 1.9 Crsor Accracy Single crsor: vertical accracy ± 1. of fll scale ± 0.5 of position Dal crsor: vertical accracy ± 0.4 of fll scale 13

14 Relazione di Misre Elettriche Dalla analisi di qeste specifiche, tenendo conto che si tratta di effettare na misra singola, si ipotizza che la maggiorazione dell errore assolto sia fornita nella segente forma: dove = + inl ( x + + incertezza di gadagno e non linearità: incertezza totale di offset: incertezza di offset: incertezza di qantizzazione: + inl = O,tot O,tot q = V + = V + pos O = 1 FS q = 0. FS position passo di qantizzazione: Q = FS/ 8 = k / 64 Spponiamo di non aver agginto alcna V position tramite manopola del position. V O position O Presentazione dei risltati Lettra o q Misra di tensione picco-picco Per qanto rigarda la misra di tensione picco-picco, essendo na misra di differenza, l analisi delle specifiche prima riportate indce ad ipotizzare che la maggiorazione dell errore assolto sia fornita nella segente forma: x + Presentazione dei risltati: = + inl q Lettra q Misra di Periodo Per qanto rigarda le misre di Tempo, le specifiche riportate sl relativo manale sono le segenti: Accracy: ± 0.01 Horizontal resoltion: 100 ps 14

15 Laboratorio: prove A e B Crsor accracy (Dt and 1/dt: Resoltion: ± 0.01 ± 0. of fll scale ± 00 ps 55 vertical to 500 horizontal points Dalla analisi di qeste specifiche, tenendo conto che la misra di periodo è na differenza tra de istanti, si ipotizza che la maggiorazione dell errore assolto sia fornita nella segente forma: = S τ + tbd + sa dove incertezza di velocità di sweep: S = incertezza di distorsione base tempi: incertezza di risolzione temporale: tbd = 100ps Tsa 1 10 K t = = 0.0ms (K t = ms/div 500 sa = visalizzato: Incertezza: 9.78 ms ms misrato: 9.78 ms SCHEDA DI ACQISIZIONE NB-A000 (1 BIT Per qanto rigarda le misre di Ampiezza, le specifiche riportate sl relativo manale sono le segenti: Analog Resoltion: 1-bit, 1 in Offset Voltage: ± 0. LSB imm after calibration ain Error: ± 1 LSB imm Differential Nonlinearity: ± 0.75 LSB imm Integral Nonlinearity: ± 1 LSB imm Relative Accracy: ± 1.5LSB imm Bipolar range: ± 5 V Dalla analisi di qeste specifiche si ipotizza che la maggiorazione dell errore assolto è fornita nella segente forma: Misra singola: Differenza di misre: = x + O + inl+ q = + x inl + q dove Q Q incertezza di gadagno: = 1LSB = = = X FS Q 15

16 Relazione di Misre Elettriche incertezza di inl e di qantizzazione: = 0.75 LSB inl + q = incertezza di offset: O = 0. LSB = Misra di tensione massima Lettra o q+inl Misra di tensione picco-picco Lettra q+inl SCHEDA DI ACQISIZIONE LAB-PC+ (1 BIT Per qanto rigarda le misre di Ampiezza, le specifiche riportate sl relativo manale sono le segenti: Resoltion: 1 bits, 1 in Relative accracy: ± 1.5 LSB imm DNL: ± 1 LSB imm No missing codes 1 bits, garanteed Offset error: 0 V ain Error: ± 0.76 of reading (imm before calibration Bipolar range: ± 5 V Dalla analisi di qeste specifiche si ipotizza che la maggiorazione dell errore assolto è fornita nella segente forma: Misra singola: Differenza di misre: = x + inl + q = x + inl + q 16

17 Laboratorio: prove A e B dove incertezza di gadagno: = X FS incertezza di inl e di qantizzazione: inl + q = 1.5 LSB = 1.5 Q = 1.5 = N.B. Dato che inl+q = ±1.5LSB e q =Q/=±0.5LSB, possiamo anche scrivere che inl =±1LSB. Misra di tensione massima Lettra inl+q Misra di tensione picco-picco Lettra inl+q

18 Relazione di Misre Elettriche Fase 3: so della Sonda Rmore e Interferenza - SENALE CAPTATO DALLA SONDA LONTANA DAL MONITOR Prova A Essendo gli ingressi dell oscilloscopio analogico di tipo Floating single-ended (cioè non a terra, toccando la massa modifichiamo la misra. Prova B Essendo gli ingressi dell oscilloscopio digitale ronded single-ended (cioè già a terra, toccando la massa non modifichiamo la misra. Ipotesi sll origine Il segnale rilevato presenta na componente armonica predominante a 50 Hz (dato che la misra di periodo ha fornito approssimativamente il valore di 0 ms. Ipotizziamo allora che la sonda aperta sia sensibile alla componente elettrica del campo e.m. irradiato da condttori (presenti nel laboratorio percorsi da corrente a freqenza di rete. - SENALE CAPTATO DALLA SONDA CORTOCIRCITATA, A FORMARE NA SPIRA SEMICIRCOLARE, IN PROSSIMITÀ DEI MONITOR Prova A Essendo il monitor dell oscilloscopio analogico di tipo Vector Scan, in assenza di segnale si ha campo e.m. costante. Pertanto, la sonda comnqe posizionata non rislta concatenata con alcn flsso magnetico variabile e non c è alcna visalizzazione. Posizionando la sonda in prossimità del monitor da PC, essendo qesto di tipo Raster Scan, essa è concatenata con campo e.m. variabile e si ha visalizzazione di segnale. Tale rmore presenta n massimo di ampiezza in corrispondenza della posizione orizzontale della spira mentre rislta assente qando la spira è verticale. Ne ddciamo che le linee di campo magnetico si richidono lngo la verticale. Prova B Essendo il monitor dell oscilloscopio digitale di tipo Raster Scan, anche in assenza di segnale esso genera n campo e.m. variabile. La spira (analogamente al caso del monitor da PC rislta qindi concatenata con n flsso magnetico variabile. L oscilloscopio visalizza il rmore captato. La freqenza dei rmori captati dai monitor Raster è legata alla freqenza di scansione. Con riferimento alle osservazioni di interferenza e.m.,precedenti si pò affermare che l oscilloscopio digitale pò risltare con il so monitor esso stesso fonte di distrbo, pr presentando indbbi vantaggi dal pnto di vista della ricchezza di informazioni ricavabili e della facilità d so. 18

19 Laboratorio: prove A e B Fase 4: Misre delle Caratteristiche di scita a emettitore comne del BJT MINIMA CORRENTE APPREZZABILE DA N MLTIMETRO DIITALE La minima corrente TEORICAMENTE apprezzabile da n Mltimetro digitale è pari alla metà della Risolzione corrispondente alla minima Portata. Qindi: Mltimetro HP974A Q = 10 na qindi Q/ = 5 na Mltimetro FLKE 8060A Q = 10 na qindi Q/ = 5 na Mltimetro NORMA D116 Q = 1 µa qindi Q/ = 0.5 µa L apprezzabilità resta esclsivamente teorica poiché in corrispondenza di tali valori di corrente l errore percentale sarebbe enorme. MISRA DI I B E R 1 CON IL MLTIMETRO HP974A Ipotizziamo di aver misrato la I B e la R 1 con il Mltimetro HP974A. Riportiamo i già citati risltati ottenti per la misra di R 1 : Lettra Portata o+inl q R *10-3 5*

20 Relazione di Misre Elettriche Per qanto rigarda le misre di corrente contina, le specifiche riportate sl relativo manale sono le segenti: Specifiche (per misre di corrente contina: Accracy = ± ( of reading + nmber of digits Range Resoltion Accrarcy 500 µα 10 na 50 ma 1 µa ± ( ma 10 µa Dalla analisi delle specifiche si ipotizza che la maggiorazione dell errore assolto è fornita nella segente forma: N d Q = x + O+ inl + q = x + P + N dove x: lettra : incertezza di gadagno (= 0.3; N d : nmero di digits (= N : massima indicazione sl diplay (= P : portata Q: risolzione (fnzione della portata Presentazione dei risltati: Lettra [µa] Portata [µa] o+inl [µa] q [µa] [µa] [µa] I B

21 Laboratorio: prove A e B Misra di V R con oscilloscopio analogico TAS0 (con Crsori (con riferimento al valore ottento nella prova A Misra di Tensione Massima ( X=x-0 (con riferimento alle formle precedentemente ricavate per misre di differenza V R Con Crsori λ Fattore di non linearità q / Misra Indiretta di I C I C = VR / R1 con V + R R1 =, = Ω R 1 I C = ma = 8.6 = 1. ma I C = 14 ma 8.6 Misra Indiretta di β β = I / I con C B I + C IB =, I B = 50 µ A 0.36 β = 80 = 9 =5 â =

22 Relazione di Misre Elettriche Misra di V R con oscilloscopio digitale HP54501A (8 bit,6 cifre (con riferimento al valore ottento nella prova A Misra di Tensione Massima (con riferimento alle formle precedentemente ricavate per misre singole Lettra +inl o q (ricordiamo che si è spposto V position =0 Misra Indiretta di I C I C = VR / R1 con V + R R1 =, = Ω R 1 I C = mA = 3. = 0.43mA I C = ma 3. Misra Indiretta di β β = I / I con C B I + C IB β = 7.06 = 3.5 = 9. 5 â = =, I B = 50 µ A 0.36

23 Laboratorio: prove A e B Misra di V R con oscilloscopio digitale HP54600B (8bit,4 cifre (con riferimento alle formle precedentemente ricavate per misre singole Lettra +inl o q (ricordiamo che si è spposto V position =0 Misra Indiretta di I C I C = VR / R1 con V + R R1 =, = Ω R 1 I C = 13.56mA = 8.1 = 1.1mA I C = 13.6 ma 8.1 Misra Indiretta di β β = I / I con C B I + C IB β = 7.0 = 8.5 = 3 â = =, I B = 50 µ A

24 Relazione di Misre Elettriche Misra di V R1 tramite scheda di acqisizione NB-A00 (1 bit (con riferimento alle formle precedentemente ricavate per misre singole Lettra O inl+q *10-4 1* * * Misra Indiretta di I C I C = VR / R1 con V + R R1 =, = Ω R 1 I C = mA = 0.17 = 0.03mA I C = mA 0.17 Misra Indiretta di β β = I / I con C B I + C IB β = 7.0 = 0.53 = 1. 4 â = =, I B = 50 µ A

25 Laboratorio: prove A e B Misra di V R1 tramite scheda di acqisizione Lab-PC+ (1bit (con riferimento alle formle precedentemente ricavate per misre singole Lettra inl+q Misra Indiretta di I C I C = VR / R1 con V + R R1 =, = Ω R 1 I C = mA = 1.1 = 0.15mA I C = ma 1.1 Misra Indiretta di β β = I / I con C B I + C IB β = 7.0 = 1.5 = 4 â = =, I B = 50 µ A 0.36 Atore: SANDRO PETRIZZELLI sandry@iol.it sito personale: sccrsale: 5