Laboratorio di Telecomunicazioni

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1 I.I.S. Perlasca sez. ITIS Vobarno (BS) Data 02 /10/15 Laboratorio di Telecomunicazioni Castellini Fabio Cognome e Nome Relazione n 1 Classe Gruppo 4 Obiettivo L esperienza, suddivisa in 2 parti distinte, si prefigge i seguenti obiettivi: 1 Parte: analisi dell amplificatore operazionale in configurazione invertente 2 Parte: analisi dell amplificatore operazionale in configurazione non invertente Componenti e strumenti utilizzati 1 Parte LM358 datasheet Componenti: resistori vari (R 1 =8.2kΩ; R 2 =2.2kΩ), circuito integrato LM358 contenente due A.O., cavetti di collegamento, breadboard. Strumenti: Elencare la strumentazione utilizzata STRUMENTO NUMERO MARCA CARATTERISTICHE Generatore di funzione 4 Escort Portata=2Mhz Oscilloscopio 4 Mitek Portata=20MHz Alimentatore 4 Stab Portata=30V Schema di montaggio Accanto è illustrato lo schema di montaggio su breadboard di un amplificatore operazionale in configurazione invertente. GDF indica il generatore di funzione che, in questo caso, genera onde sinusoidali con frequenza pari ad 1kHz ed ampiezza pari a 0.2V. CH1 e CH2 indicano i canali dell oscilloscopio. Chiaramente le uscite negative delle sonde andranno a massa (di colore grigio nel circuito, data dalla somma algebrica di Vcc e Vss).

2 Schema elettrico Accanto è illustrato lo schema elettrico del circuito analizzato precedentemente. Successivamente è presente la simulazione effettuata con Multisim dal quale si possono dedurre i valori di Vin e Vout tramite le divisioni dell oscilloscopio. Cenni teorici A.O. IDEALE Un amplificatore operazionale ideale ha come caratteristiche: - una resistenza di ingresso infinita - una resistenza di uscita pari a 0Ω - un guadagno ad anello aperto infinito - un guadagno di modo comune pari a 0 - una larghezza di banda infinita CORTOCIRCUITO e MASSA VIRTUALE Fondamentale per comprendere il funzionamento di questi dispositivi è il concetto di cortocircuito virtuale, secondo il quale i due morsetti (+ e -) hanno sempre lo stesso potenziale, in ingresso corrente e tensione sono nulle mentre in uscita possono assumere valori qualsiasi. Il concetto di massa virtuale è simile a questo concetto in quanto i morsetti non sono effettivamente collegati tra loro ma se uno dei due è collegato a massa, essendo isopotenziali, anche l altro avrà una caduta di tensione di 0V perciò la massa, come il cortocircuito sono detti virtuali. A.O. INVERTENTE Un amplificatore operazionale si dice invertente nel momento in cui il terminale non invertente (-) è posto a massa, o meglio V- > V+. Inoltre il segnale in uscita da tale amplificatore sarà sfasato di 180 rispetto a l segnale fornito in ingresso. Il guadagno è facilmente calcolabile dalla formula G=-R 2 /R 1 dove R 2 è la resistenza di retroazione, molto maggiore rispetto a R 1 che rappresenta la resistenza in ingresso (un circuito di questo tipo è retroazionato, cioè l uscita viene riportata all ingresso). Da questo si può quindi dedurre che il guadagno reale non è infinito ma dipende dai valori delle resistenze e soprattutto dalla massima tensione a cui il circuito può essere alimentato.

3 Conduzione della prova In questa esperienza è stato possibile analizzare e verificare il funzionamento di amplificatore operazionale in configurazione invertente. Inizialmente sono stati decisi, in base al guadagno in db che è stato fornito dal docente, per gruppo, i valori delle resistenze (R 1 =8.2kΩ; R 2 =2.2kΩ). In questo modo il guadagno dato da R 2 /R 1 sarebbe stato il più vicino possibile a quello teorico derivante da quello in db. Fatto ciò è stato montato circuito e verificato l effettivo funzionamento dell operazionale la cui forma d onda d uscita, fornito un segnale sinusoidale di ampiezza 0.2V a frequenza 1kHz, da parte del generatore di funzione, era sfasata di 180 ed amplificata di -4 volte rispetto a quella i n ingresso. Con l oscilloscopio abbiamo quindi visualizzato, scegliendo la scala (dell ampiezza) più opportuna, i valori delle ampiezze dei due segnali che sono riportati successivamente. Risultati sperimentali Conclusioni Il concetto teorico è stato verificato e l obiettivo preimposto è stato raggiunto. L unica difficoltà si è presentata nel momento in cui, avendo usato una nuova breadboard per motivi logistici nel coordinare due differenti materie nello stesso laboratorio, è stato scoperto che essa presentava un interruzione del collegamento a metà delle righe riservate all alimentazione. Dopo qualche minuto di smarrimento e disperazione è stato possibile superare l inconveniente e portare a termine il lavoro. Componenti e strumenti utilizzati 2 Parte Componenti: resistori vari (R 1 =8.2kΩ; R 2 =2.2kΩ), circuito integrato LM358 contenente due A.O. Strumenti: Elencare la strumentazione utilizzata STRUMENTO NUMERO MARCA CARATTERISTICHE Generatore di funzione 4 Escort Portata=2Mhz Oscilloscopio 4 Mitek Portata=20MHz Alimentatore 4 Stab Portata=30V

4 Schema di montaggio Accanto è illustrato lo schema di montaggio su breadboard di un amplificatore operazionale in configurazione non invertente. In modo analogo a prima, GDF indica il generatore di funzione che genera onde sinusoidali con frequenza pari ad 1kHz ed ampiezza pari a 0.2V. CH1 e CH2 indicano i canali dell oscilloscopio. Chiaramente le uscite negative delle sonde andranno a massa (di colore grigio nel circuito, data dalla somma di Vcc e Vss). Schema elettrico Accanto è illustrato lo schema elettrico del circuito analizzato precedentemente. Successivamente è presente la simulazione effettuata con Multisim dal quale si possono dedurre i valori di Vin e Vout tramite le divisioni dell oscilloscopio. Cenni teorici A.O. IDEALE Un amplificatore operazionale ideale ha come caratteristiche: - una resistenza di ingresso infinita

5 - una resistenza di uscita pari a 0Ω - un guadagno ad anello aperto infinito - un guadagno di modo comune pari a 0 - una larghezza di banda infinita CORTOCIRCUITO e MASSA VIRTUALE Fondamentale per comprendere il funzionamento di questi dispositivi è il concetto di cortocircuito virtuale, secondo il quale i due morsetti (+ e -) hanno sempre lo stesso potenziale, in ingresso corrente e tensione sono nulle mentre in uscita possono assumere valori qualsiasi. Il concetto di massa virtuale è simile a questo concetto in quanto i morsetti non sono effettivamente collegati tra loro ma se uno dei due è collegato a massa, essendo isopotenziali, anche l altro avrà una caduta di tensione di 0V perciò la massa, come il cortocircuito sono detti virtuali. A.O. INVERTENTE Un amplificatore operazionale non invertente ha un comportamento opposto rispetto a quello invertente, infatti V+ > V-. Quindi il segnale in uscita da tale amplificatore sarà in fase rispetto al segnale fornito in ingresso. Il guadagno è facilmente calcolabile dalla formula G=1+R 2 /R 1 dove R 2 è la resistenza di retroazione, molto maggiore rispetto a R 1 che rappresenta la resistenza in ingresso. Conduzione della prova In questa seconda parte dell esperienza è stato possibile analizzare e verificare il funzionamento di amplificatore operazionale in configurazione non invertente. Mantenendo i valori delle resistenze (R 1 =8.2kΩ; R 2 =2.2kΩ) scelti per la prima esperienza, abbiamo modificato di conseguenza il guadagno diventando di circa 13.5dB o se non espresso in db. In questo modo applicando la formula 1+R 2 /R 1 è stato ottenuto 4.727, molto vicino al guadagno teorico. Fatto ciò è stato montato circuito e verificato l effettivo funzionamento dell operazionale la cui forma d onda d uscita, fornito un segnale sinusoidale di ampiezza 0.2V a frequenza 1kHz, da parte del generatore di funzione, era questa volta in fase ed amplificata di +5 volte rispetto a quella in ingresso. Con l oscilloscopio sono stati quindi visualizzati, scegliendo la scala (dell ampiezza) più opportuna, le ampiezze dei due segnali, i quali valori sono riportati successivamente. Risultati sperimentali Conclusioni Il concetto teorico è stato verificato e l obiettivo preimposto è stato raggiunto. A questo punto è stato semplice non commettere l errore illustrato in precedenza.