Strumentazione Elettronica di Misura
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- Cesare Silvestri
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1 Strumentazone Elettronca d Msura uca Mar, Vttoro Ferrar A.A. 00/03 Vttoro Ferrar Unerstà degl Stud d Bresca ttoro.ferrar@unbs.t Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar
2 Introduzone Elettronca Scenza e tecnologa che rguarda lo studo e le applcazon del moto d carche (tpcamente elettron) ne materal (non solo metall). In elettronca l moto d carche (corrente elettrca) è utlzzato per acqusre, elaborare, memorzzare e trasferre nformazone non energa Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar
3 Informazone e Segnal Informazone: n senso generale è dentfcable come l contenuto d un messaggo trasferto da un soggetto ad un altro. Segnale: l eoluzone della grandezza fsca che supporta nformazone. Generalmente è una dpendenza d una grandezza dal tempo o da un altra grandezza. Strumentazone Elettronca d Msura Dspost, sstem e apparat che utlzzano l elettronca per msurare grandezze elettrche (per es. tensone o corrente) grandezze non elettrche, medante opportun trasduttor Msurazone: determnazone spermentale del alore d una grandezza. Msura: rsultato numerco d una msurazone. Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 3
4 Msurazone e Informazone a msurazone è un processo che ha lo scopo d acqusre e estrarre nformazone dall oggetto o sstema msurato. Uno strumento d msura è una macchna che prelea n ngresso nformazone dal mondo fsco, tratta tale nformazone e la presenta n uscta sotto forma d msure. oggetto o sstema msurato strumento d msura utlzzatore nformazone Elettronca e Strumentazone d Msura Elettronca, n quanto tecnologa ogg pù effcente ed economca per la gestone dell nformazone e Strumentazone d Msura, n quanto ntrnsecamente dedcata a acqusre e trattare nformazone asscurandone la mglor qualtà possble sono ambt e dscplne strettamente legate Strumentazone Elettronca d Msura Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 4
5 Sluppo Storco dell Elettronca 837: Morse nenta l telegrafo 946: Prmo calcolatore a alole ENIAC 947: Shockley, Brattan e Bardeen nentano l transstor (Premo Nobel nel 956) 959: Klby alla TI realzza l prmo crcuto ntegrato 970: INTE ntroduce l prmo mcroprocessore 897: Thomson scopre l elettrone 904: Flemng nenta l dodo a uoto (alola) 973: Motorola ntroduce l telefono cellulare Ann 80: Aento del GPS Ann 90: Aento d Internet anno Component e Sstem Elettronc o sluppo ha portato da crcut con component sngol (dscre a crcut e sstem ntegrat Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 5
6 Crcut Integrat (IC) Molt component ntegrat nello stesso chp Date Hstorcal eference Components/chp 950 Dscrete components SSI - Small-scale Integraton < MSI - Medum-scale ntegraton SI - arge-scale ntegraton VSI - Very-large-scale ntegraton USI - Ultra-large-scale ntegraton > 0 9 egge d Moore Gordon Moore ( 60): Il numero de transstor n un crcuto ntegrato raddoppa ogn 8 mes Fgure. - Memory chp densty as a functon of tme based upon frst paper presentaton at the IEEE Internatonal Sold-State Crcuts Conference (ISSCC).C.Jaeger Mcroelectronc Crcut Desgn McGraw-Hll 996 Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 6
7 Tecnologe Mcroelettronche Utlzzo d materal semconduttor Progetto assstto dal calcolatore (CAD) Mnaturzzazone spnta Produzone automatzzata su grand olum IIIA IVA VA VIA IIB 3 0 Zn Z nc Cd Ca d m um B Boro n Al Al um num Ga G all um In I nd u m C Ca rbo n S S l c o n Ge G erm anu m Sn T n N N trogen P P ho sph oru s As A rse n c.75 5 Sb A nt mo ny O O x yg e n S S ulfu r Se Se l e nu m Te Te l lur um Hg Me rc ury T T ha l lu m Pb e a d B Bs mu th.c.jaeger Mcroelectronc Crcut Desgn McGraw-Hll 996 (0 ) 84 Po Po l o nu m Un esempo emblematco: Mcroprocessor IC programmabl, n grado d compere mlon d operazon al secondo (OPS) Il cuore d un computer n un sngolo chp Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 7
8 Eoluzone de Mcroprocessor Prestazon ; Costo 0 7 P6 Pentum Number of Transstors DX SX Year C.Jaeger Mcroelectronc Crcut Desgn McGraw-Hll 996 Fgure.3 - Mcroprocessor complexty ersus tme I settor: Il Panorama dell Elettronca e tendenze: Informatca Telecomuncazon ] Telematca Intrattenmento (consumer) Strumentazone d Msura e Controllo Industra (matere prme, prodott, serz) Ambente Bo-medcale... Pù enfas su SW che su HW Programmabltà e component smart Connetttà n rete (feld bus, wreless) Sstem con ntellgenza embedded Sstem mcro-elettro-meccanc (MEMS)... Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 8
9 a Strumentazone nell Automazone d Processo Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 9
10 Component e Crcut esstore esstore = componente esstenza = grandezza elettrca assocata egge d componente d un resstore deale (legge d Ohm): ( = ( ( ( = resstenza [] = Ω = V/A (ohm=olt/ampere) ( = G ( G = conduttanza [G] = S = A/V (semens=ampere/ol Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 0
11 esstore a legge d componente del resstore dera dalla legge: J( = σ E( = E( ρ = ρ d A J = denstà d corrente (A/m ) E = campo elettrco (V/m) ρ = ressttà (Ωm, Ωcm) σ = conducbltà (S/m, S/cm) ρ e σ sono quanttà specfche del conduttore e G dpendono, n aggunta, dalla geometra per un flo d sezone A e lunghezza d G = σ A d Condensatore Condensatore (capactore) = componente Capactà = grandezza elettrca assocata egge d componente d un condensatore deale: ( C ( d( ( = C dt C = capactà [C] = F = As/V (farad=coulomb/ol ( = C t ( t') dt' = ( t 0 ) + C t t 0 ( t') dt' Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar
12 Condensatore a legge d componente del condensatore è una rscrttura dalla relazone: Q( = C ( Q = carca [Q] = C (coulomb=ampere.secondo) Per un condensatore a facce pane e parallele d area A e dstanza d: A ε = permtttà delettrca del C = ε delettrco (F/ m) d ε è una quanttà specfca del delettrco C dpende, n aggunta, dalla geometra Induttore Induttore = componente Induttanza = grandezza elettrca assocata egge d componente d un nduttore deale: ( ( d( ( = dt = nduttanza [] = H = Vs/A (henry=weber/ampere) ( = t ( t') dt' = ( t 0 ) + t t 0 ( t') dt' Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar
13 Induttore a legge d componente dell nduttore è una rscrttura dalla relazone: Φ( = ( = µ n A d Φ = flusso del campo magnetco [Φ] = Wb (weber = olt.secondo) Per un nduttore a bobna d n spre con area A e spessore d: µ = permtttà magnetca del nucleo (H/m) µ è una quanttà specfca del nucleo dpende, n aggunta, dalla geometra Collegament Sere e Parallelo Sere (Σ): stessa corrente Parallelo (//): stessa tensone S // + /( + ) C C C /(C +C ) C +C + /( + ) Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 3
14 Generatore Ideale d Tensone Genera una tensone ndpendente dalla corrente, s ossa ndpendente dalla resstenza d carco Un generatore d tensone nulla è un cortocrcuto s s = 0 Generatore Ideale d Corrente Genera una corrente ndpendente dalla tensone, ossa ndpendente dalla resstenza d carco s s Un generatore d corrente nulla è un crcuto aperto s = 0 Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 4
15 egge d Krchhoff delle Corrent (KC) a somma algebrca delle corrent entrant n un nodo è par a zero 4 = n 0 n 3 egge d Krchhoff delle Tenson (KV) a somma algebrca delle tenson attorno a una magla è par a zero 4 n = n 0 3 Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 5
16 s Parttor d Tensone e d Corrente Parttore d tensone: o o Parttore d corrente: s s = + O = = O = s + O O = = s s + + Generatore eale d Tensone Include una resstenza equalente S n sere detta resstenza nterna o d sorgente s S s = s = s -. S = s S + s S 0 per oppure gen.deale crcuto aperto Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 6
17 Generatore eale d Corrente Include una resstenza equalente S n parallelo detta resstenza nterna o d sorgente s S = s- S = s = s S S + s s S per oppure 0 gen.deale cortocrcuto appresentazone d Theenn generco crcuto lneare? è equalente a eq e eq sono determnat nel modo seguente: eq eq eq = tensone d crcuto aperto (a uoto) eq = resstenzaequalent e tra e con generator spent Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 7
18 appresentazone d Norton generco crcuto lneare? è equalente a eq eq eq e eq sono determnat nel modo seguente: eq = corrente d cortocrcuto eq = resstenzaequalent e tra e con generator spent Generatore d V o d I? Quando una sorgente può essere consderata un generatore d Tensone e quando d Corrente? Norton s = s s S S o o Theenn o S o S o = s = s S + S + S o = s = s S + S + S << o s s o Tensone S >> o s o s Corrente Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 8
19 Generatore d Tensone comandato n Tensone S o s A V. o A V numero puro; [A V ] = V/V o = s + s A V + o y neartà e PSE I component, C,, generator (ndpendent e comanda combnat n ret rette da KC e KV danno luogo a crcut lnear Prncpo d Sorapposzone degl Effett (PSE): ( = F[ x ( + x ( ] = + y ( F = F[ x ( ] + F[ x ( ] [ K x( ] K F [ x( ] K y( t ) K = = = = y ( + y x( ) Somma: ( crcuto lneare y(=f[x(] ) Prodotto per una costante: Strumentazone Elettronca d Msura-. Mar, V. Ferrar 9
Teoremi dei circuiti
Teorem de crcut www.de.ng.unbo.t/pers/mastr/ddattca.htm (ersone del --04) Teorema d Tellegen potes: Crcuto con n nod e l lat ers d rfermento scelt per tutt lat secondo la conenzone dell utlzzatore {,...,
Introduzione e modellistica dei sistemi
Introduzone e modellstca de sstem Element fondamental Rappresentazone n arabl d stato Esemp d rappresentazone n arabl d stato 007 Poltecnco d Torno Resstore deale Resstore deale d resstenza R R R equazone
Riassunto. l A. 1 Ampere (A) = 1 C/s. P = L / t = i V = V 2 /R= R i 2. Q t dq dt. Q t. lim
assunto Q t lm t0 Q t dq dt Ampere (A) = C/s V l A l A P = L / t = V = V 2 /= 2 La potenza elettrca Mentre passa la corrente, l energa potenzale elettrca s trasforma n energa nterna, dsspata sotto forma
Lezione 16 - Corrente e resistenza
Lezone 16 - Corrente e resstenza Inzamo ora lo studo degl effett delle carche n movmento In presenza d carche n movmento s parla d corrente elettrca quando esste un trasporto netto d carca elettrca Esemp
Componenti resistivi
omponent resst www.de.ng.unbo.t/pers/mastr/ddattca.htm (ersone del 3-9-03) Bpol resst Bpolo ressto: componente a due termnal aente equazone caratterstca del tpo f (t), (t), t0 (f funzone generca) L equazone
Teoremi dei circuiti
Teorem de crcut www.de.ng.unbo.t/pers/mastr/ddattca.htm (ersone del 0-0-03) Teorema d Tellegen Ipotes: Crcuto con n nod e l lat ers d rfermento scelt per tutt lat secondo la conenzone dell utlzzatore {,...,
Circuiti elettrici in regime stazionario
rcut elettrc n regme stazonaro omponent www.de.ng.unbo.t/pers/mastr/ddattca.htm (ersone del 3-9-0) Bpol resst Equazon caratterstca d un bpolo ressto f, 0 L equazone d un bpolo ressto defnsce una cura nel
E' il rapporto tra la quantità di carica che attraversa una sezione del conduttore e l'intervallo di tempo impiegato.
Corrent e crcut Corrent e crcut corrente: la quanttà d carca che attraversa una superfce nell untà d tempo Q t lm t0 Q t dq dt 1 Ampere (A) = 1 C/s E' l rapporto tra la quanttà d carca che attraversa una
Componenti resistivi
omponent resst www.de.ng.unbo.t/pers/mastr/ddattca.htm (ersone del 4--08) Bpol resst Bpolo ressto: componente a due termnal aente equazone caratterstca del tpo f (t), (t), t0 (f funzone generca) L equazone
I simboli degli elementi di un circuito
I crcut elettrc Per mantenere attvo l flusso d carche all nterno d un conduttore, è necessaro che due estrem d un conduttore sano collegat tra loro n un crcuto elettrco. Le part prncpal d un crcuto elettrco
Bipoli resistivi. (versione del ) Bipoli resistivi
Bpol resst www.de.ng.unbo.t/pers/mastr/ddattca.htm (ersone del 6--0) Bpol resst Bpolo ressto: componente a due termnal aente equazone caratterstca del tpo f (t), (t), t0 (f funzone generca) L equazone
Corso di laboratorio di elettromagnetismo. Laboratorio di Elettromagnetismo. Corso di laboratorio di elettromagnetismo. Circuiti elettrici
Laboratoro d Elettromagnetsmo Scopo del corso: mparare come s fanno msure d tpo elettrco, Come funzonano gl strument e come s connettono tra d loro mportanza del corso La maggor parte de sensor d osservabl
LA CAPACITÀ ELETTRICA DEI CORPI
Pagna 1 d 6 LA CAPACIÀ ELERICA DEI CORPI La capactà elettrca de corp rappresenta l atttudne de corp ad osptare sulla loro superfce una certa quanttà d carca elettrca. L U.I. d msura è l FARAD segue pertanto
Università degli Studi di Milano. Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali
Unverstà degl Stud d Mlano Facoltà d Scenze Matematche Fsche e Natural Cors d Laurea n: Informatca ed Informatca per le Telecomuncazon Anno accademco 07/8, Laurea Trennale, Edzone durna FISICA Lezone n.
Appunti di ELETTRONICA
Giorgio Porcu Appunti di ELETTRONCA T Elettronica e Telecomunicazioni Classe QUARTA 1. RET ELETTRCHEE COMPONENT ELETTRC D BASE Dispositivi che implementano alcune proprietà fisiche che consentono di controllare
2002 sper. autonoma 1 M.Vincoli
00 sper. autonoma 1 M.ncol 1. Un crcuto elettrco è un nseme d conduttor conness l uno all altro n modo contnuo; l crcuto s dce chuso se n esso crcola corrente, aperto n caso contraro. Gl element fondamental
ω 0 =, abbiamo L = 1 H. LC 8.1 Per t il condensatore si comporta come un circuito aperto pertanto la corrente tende a zero: la R
8. Per t l condensatore s comporta come un crcuto aperto pertanto la corrente tende a zero: la funzone non può essere la (c). caando α e ω 0 s ottengono seguent alor: α 5 0 e ω 0 0. Essendo α > ω 0 l crcuto
il diodo a giunzione transistori ad effetto di campo (FETs) il transistore bipolare (BJT)
Contenut del corso Parte I: Introduzone e concett ondamental rcham d teora de crcut la smulazone crcutale con PICE element d Elettronca dello stato soldo Parte II: Dspost Elettronc l dodo a gunzone transstor
3 = 3 Ω. quindi se v g = 24 V, i = 1,89 A Dobbiamo studiare tre circuiti; in tutti e tre i casi si ottiene un partitore di corrente.
5. Per la propretà d lneartà la tensone può essere espressa come = k g, doe g è la corrente del generatore. Utlzzando dat n Fgura a abbamo - = k 6, qund k = - ½. In Fgura b la corrente del generatore è
Circuiti elettrici in regime stazionario
Crcut elettrc n regme stazonaro Component www.de.ng.unbo.t/pers/mastr/ddattca.htm (ersone del 0-0-00) Bpol resst Equazon caratterstca d un bpolo ressto f, 0 L equazone d un bpolo ressto defnsce una cura
Teorema di Thévenin-Norton
87 Teorema d Téenn-Norton E detto ance teorema d rappresentazone del bpolo, consente nfatt d rappresentare una rete lneare a due morsett (A, B) con: un generatore d tensone ed un resstore sere (Téenn)
Correnti e circuiti resistivi
Corrent e crcut resstv Intensta d corrente Densta d corrente Resstenza Resstvta Legge d Ohm Potenza dsspata n una resstenza R Carche n un conduttore cos(θ ) v m N v 0 Se un conduttore e n equlbro l campo
Esercizi sulle reti elettriche in corrente continua (parte 2)
Esercz sulle ret elettrche n corrente contnua (parte ) Eserczo 3: etermnare gl equvalent d Thevenn e d Norton del bpolo complementare al resstore R 5 nel crcuto n fgura e calcolare la corrente che crcola
La corrente vale metà del valore finale quando 0,2(1 e ) = 0, 1; risolvendo l equazione si
7.6 La corrente nzale è edentemente nulla. on l nterruttore chuso la costante d tempo è τ = L/ = 1/200 s. Il alore fnale è ( ) = 20/100 = 0,2 A. on l espressone (7.13b) a pag. 235 del lbro s ottene 200t
Amplificatore operazionale ideale e prime applicazioni. Calcolo di reti con amplificatori operazionali ideali
Elettrotecnca I Cosa c è nell untà / Multpol resst Trasformatore deale Amplfcatore operazonale deale e prme applcazon Calcolo d ret con amplfcator operazonal deal appresentazon Theenn, Norton ed brde ecproctà
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Principio di sostituzione - I
67 Prncpo d sosttuzone - I In una rete elettrca (lneare o non-lneare) un coponente elettrco, o un nsee d coponent elettrc (lnear o non lnear), può essere sosttuto con un altro coponente o nsee d coponent
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Eserczo : Determnare l equalente Theenn a morsett A-B A e a K sposta: eq = K ; V = ( e a) K K B Eserczo : Determnare l equalente Theenn a morsett A-B A K a = = Ω = Ω a = A K = B sposta: eq = A ; V = 8V
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Autronca LEZIONE N 4 lassfcazone de sstem elettronc umore Dstorson Frequenze tpche de segnal elettronc TEOIA DELLE ETI ELETTIHE Grandezze elettrche Element crcutal Equazon fsche Legge d Ohm Equazon topologche
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Teorem Teorema d Tellegen Dato un nseme d tenson e d corrent comatbl col grafo (che soddsfano rsettvamente le LKT e le LKC), la sommatora, della tensone d lato er le corrent d lato è semre nulla. nodo
Corso di laboratorio di elettromagnetismo
Laboratoro d Elettromagnetsmo S. Mas / A. Coppoleccha (canale DM) emal: slva.mas@roma.nfn.t alessandro.coppoleccha@roma.nfn.t Scopo del corso: mparare come s fanno msure d tpo elettrco, Come funzonano
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3- Bipoli di ordine zero
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Principi di ingegneria elettrica. Lezione 2 a
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