Elettronica I - Laboratorio Didattico - BREVE INTRODUZIONE AGLI STRUMENTI DEL BANCO DI MISURA

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1 Elettronica I - Laboratorio Didattico - BREVE INTRODUZIONE AGLI STRUMENTI DEL BANCO DI MISURA

2 Generatore di Funzioni T T i - TG2000

3 Generatore di Funzioni T T i - TG2000 Genera i segnali di tensione Uscita BNC

4 Regolazioni principali Forma d onda del Segnale Frequenza del Segnale Ampiezza picco-picco del Segnale Offset (componente continua del Segnale)

5 Generatore di Funzioni T T i - TG2000 ATTENZIONE!!! PRIMA DI COLLEGARE L USCITA MAIN OUT DEL GENERATORE DI FUNZIONI, ALIMENTARE IL CIRCUITO E VERIFICARE CON L OSCILLOSCOPIO CHE NON SIANO PRESENTI SULLA PRESA BNC DELLA BASETTA, SEGNALI O COMPONENTI CONTINUE (DC). ( PRIMA DELLA VERIFICA INSERIRE SULLA PRESA BNC DELLA BASETTA UNA SPINA BNC CON CARICO DA 50 Ω ).

6 Generatore di Funzioni T T i - TG2000 Dopo aver impostato il generatore ed aver effettuato gli opportuni controlli mettere su ON

7 Oscilloscopio Analogico Tektronix 2245A

8 Oscilloscopio Analogico a Raggi Catodici Visualizza i segnali nel dominio del tempo (Banda 100MHz)

9 Pannello Frontale Schermo Controllo Trigger Canali e Controlli Regolazione Schermo

10 Canali di Ingresso Ingresso BNC Canale 1 Segnale d ingresso Riferimento di massa (o linea a 0 V) Accoppiamento in ingresso: Direct Coupling (DC) Alternate Coupling (AC)

11 Visualizzazione e Posizione del Livello della Continua Controllo Posizione della Continua Visualizzazione dei canali ON/OFF NB: La continua del segnale (il suo valore Posizione della Continua medio) NON viene alterata!!! Si cambia solo la posizione del segnale sullo schermo!!!

12 Controllo della Scale di Visualizzazione Scala Verticale Volt/div (Una per canale) Scala Orizzon. (Comune) Anche in questo caso il segnale NON viene alterato!!! E solo la visualizzazione che cambia!!!

13 Controlli per le Misure di Tempo e Tensione Cancellazione Cursori 0.5V 50Hz 20ms Regolazione Posizione Cursori (Posizione Iniziale + Offset)

14 Sonda per le Misure Punta Sonda Connettore BNC Coccodrillo di Massa

15 Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor

16 Elettronica I - Prima Esercitazione - RISPOSTA IN FREQUENZA DI CIRCUITI RC PASSA BASSO/PASSA ALTO

17 RC Passa Basso Schema Circuitale

18 RC Passa Basso Diagramma di Bode - Modulo

19 Misura di Modulo e Fase di F(j ) al variare di Funzione risposta in frequenza: F(j ) = V out (j )/V in (j ) Scopo: 1. misurare F(j ) e = arg[f(j )] al variare di 2. Tracciare i diagrammi di Bode di modulo e fase di F(j ) e determinare f c Procedura: creazione di una tabella di dati Freq [Hz] Vin [V] Vout [V] Vout/Vin Vout/Vin db t [s] [ ] k 2k 5k M

20 Misura di Ampiezza: F(j ) Misura delle ampiezze di V in e V out tramite i cursori orizzontali V in V out

21 Misura di Fase: = arg[f(j )] Misura del ritardo t di V out rispetto a V in tramite i cursori verticali Δt : T = : 360 = t / T = t f V in V out t

22 RC Passa Basso Diagramma di Bode - Modulo f -3dB

23 RC Passa Basso Diagramma di Bode - Fase

24 RC Passa Basso Risposta al gradino di Tensione t R : Rise Time (Tempo di Salita) f c = 0.35 / t R t R 90% 10%

25 RC Passa Alto Schema Circuitale

26 RC Passa Alto Diagrammi di Bode - Modulo f -3dB

27 RC Passa Alto Diagrammi di Bode - Fase

28 RC Passa Alto Risposta al gradino di Tensione

29 Elettronica I - Seconda Esercitazione - RISPOSTA IN FREQUENZA DI CIRCUITI CON AMPLIFICATORI OPERAZIONALI

30 Alimentatore Tektronix PS283

31 Generatori di Tensione 0-30V (var.) 5V (fissi) Premere i tasti solo a strumento spento!!! Indipendenti Serie Parallelo

32 Regolazione Tensione e Limite di Corrente V V DC C.V. C.C. I MAX I I MAX : Limite di corrente (2A max) Spie che indicano i due regimi (Attenzione a C.C.!!!) Spia C.C. per il generatore 5V 3A

33 Configurazione Invertente (CI) Circuito ATTIVO: l amplificatore operazionale va alimentato -15V -15V

34 OpAmp ideale V + V V o A a = = + V o V + -V - R in = + R out = 0 Ω

35 CI con OpAmp ideale Corto Circuito Virtuale: V + = V - Guadagno Conf. Invertente: V out R G 2 CI = = - V in R 1

36 Configurazione Invertente (CI) Circuito ATTIVO: l amplificatore operazionale va alimentato: SATURAZIONE DEL NODO DI USCITA -15V -15V

37 OpAmp A741 DdB del Modulo di A a (jω) Vedi anche grafico a pag. 81 in basso sulle dispense Diagramma di Bode (modulo) del guadagno dell amplificatore operazionale ad anello aperto

38 Misura di Modulo e Fase di F(j ) al variare di Funzione risposta in frequenza: F(j ) = V out (j )/V in (j ) Scopo: 1. misurare F(j ) e = arg[f(j )] al variare di 2. Tracciare i diagrammi di Bode di modulo e fase di F(j ) e determinare f c Procedura: creazione di una tabella di dati Freq [Hz] Vin [V] Vout [V] Vout/Vin Vout/Vin db t [s] [ ] k 2k 5k M

39 Misura di Ampiezza: F(j ) Misura delle ampiezze di V in e V out tramite i cursori orizzontali

40 Misura di Fase: = arg[f(j )] Δt : T = : 360 = t / T = t f t

41 Configurazione Invertente Diagrammi di Bode - Modulo

42 OpAmp A741 Anello Aperto Diagramma di Bode Modulo Vedi anche grafico a pag. 81 in basso sulle dispense Diagramma di Bode (modulo) del guadagno dell amplificatore operazionale ad anello aperto

43 OpAmp A741 Anello Aperto Diagramma di Bode Modulo Vedi anche grafico a pag. 81 in basso sulle dispense Diagramma di Bode (modulo) del guadagno dell amplificatore operazionale ad anello aperto Diagramma di Bode (modulo) dell amplificatore invertente in esame

44 Configurazione Invertente Diagrammi di Bode - Fase

45 Corto Circuito Virtuale «Reale» Effetto del guadagno ad anello aperto sul Corto Circuito Virtuale: misura dell ampiezza della tensione V - al variare della frequenza (V + = 0 V)

46 OpAmp A741 DdB del Modulo di A a (jω) Vedi anche grafico a pag. 81 in basso sulle dispense Diagramma di Bode (modulo) del guadagno dell amplificatore operazionale ad anello aperto

47 Se l OpAmp Satura, vale il Corto Circuito Virtuale? NO! Perché? Pensate al valore di A a... L + A a = V o V + -V - L -

48 Amplificatore Invertente Risposta al Gradino t R : Rise Time (Tempo di Salita) f c = 0.35 / t R t R 90% 10%

49 Integratore di Miller Approssimato

50 Stima Diagramma di Bode del Modulo V o V i db 0 Log (f/hz)

51 Stima Diagramma di Bode del Modulo V o V i db 0 1MHz Log (f/hz) A a

52 Stima Diagramma di Bode del Modulo V o Integratore Ideale V i db 0 1 2πR 1 C 1MHz Log (f/hz) A a

53 Stima Diagramma di Bode del Modulo V o Integratore Ideale V i db R 2 R πR 1 C 1MHz Log (f/hz) A a

54 Stima Diagramma di Bode del Modulo V o Integratore Ideale V i db R 2 R 1 Integratore App. 1MHz Log (f/hz) 2πR 2 C 2πR 1 C A a

55 Integratore di Miller Diagrammi di Bode - Modulo

56 Integratore di Miller Diagrammi di Bode - Fase

57 Integratore di Miller Risposta all Onda Quadra (1) Frequenza 50Hz

58 Integratore di Miller Risposta all Onda Quadra (2) Frequenza 1kHz => Integratore!

59 Configurazione Non Invertente

60 Configurazione Non Invertente Diagrammi di Bode - Modulo

61 Configurazione Non Invertente Diagrammi di Bode - Fase

62 Effetto della Tensione e delle Correnti di Offset R 2 = 10 kω R 1 = 100 Ω e 0 I - I + R 1 R Ω V 0o A causa degli offset di tensione e corrente, in assenza di segnale applicato, si osserva una tensione di uscita V o pari a: V o = e 0 ( 1 + R 2 / R 1 ) + R 2 ( I - -I + ) V o e 0 ( 1 + R 2 / R 1 )

63 Effetto della Tensione e delle Correnti di Offset R = 10 MΩ e 0 I - I + R = 10 MΩ V o A causa degli offset di tensione e corrente, in assenza di segnale applicato, si osserva una tensione di uscita V o pari a: V o = e 0 + R ( I - -I + ) V o R ( I - -I + )

64 Elettronica I - Terza Esercitazione - CIRCUITI CON DIODI

65 Caratteristica I(V) diodo 1N4148 Datasheet del diodo a pag. 70 V I = I S (e nv T - 1) V I

66 Raddrizzatore a Singola Semionda (uscita 1)

67 Raddrizzatore a Singola Semionda

68 Caratteristica V out (V in )

69 Raddrizzatore a Ponte di Diodi (uscita 2)

70 Raddrizzatore a Ponte di Diodi

71 Caratteristica V out (V in )

72 Limitatore al Valore Superiore Clipping (uscita 3)

73 Limitatore al Valore Superiore Clipping

74 Caratteristica V out (V in )

75 Limitatore al Valore Inferiore Clipping (uscita 4)

76 Limitatore al Valore Inferiore Clipping

77 Caratteristica V out (V in )

78 Limitatore Max/Min Clipping

79 Limitatore Max/Min Clipping

80 Caratteristica V out (V in )

81 Aggancio del Massimo Clamping (uscita 5)

82 Aggancio del Massimo Clamping

83 Aggancio del Minimo Clamping (uscita 6)

84 Aggancio del Minimo Clamping

85 Polarizzazione e Parametri di Piccolo Segnale R L 2.2 kω V I E < 0 V Diodo in Diretta I V v s V o r D V γ E E > 0 V Diodo in Inversa I V C e

86 Polarizzazione Diretta (E < 0V) R L 2.2 kω v s r D v o r D = di dv -1 = nv T I v o = v s r D r D + R L

87 Polarizzazione Inversa (E > 0V) R L 2.2 kω v s C e v o C e = 1 + C 0 E V C ½ v o = v s jωc e R L

88 Polarizzazione Inversa (E > 0V)

89 Elettronica I - Quarta Esercitazione - INVERTITORI REALIZZATI CON TRANSISTORI NMOS

90 TRANSISTORE NMOS AD ARRICCHIMENTO (1)

91 TRANSISTORE NMOS AD ARRICCHIMENTO (2) Famiglia delle caratteristiche I d -V ds V GS varia da 0 a 5V (passo.5v)

92 Invertitore NMOS con Carico ad Arricchimento (1)

93 Invertitore NMOS con Carico ad Arricchimento (2) Caratteristica V out -V in

94 Invertitore NMOS con Carico ad Arricchimento (3) Risposta ad un ingresso ad onda quadra V in V out

95 Invertitore NMOS con Carico ad Svuotamento (1)

96 Invertitore NMOS con Carico ad Svuotamento (2) Caratteristica V out -V in

97 Invertitore NMOS con Carico a Svuotamento (3) Risposta ad un ingresso ad onda quadra V out V in

98 Invertitore CMOS (V DD = 3V) 3V

99 Risposta statica all onda quadra (f = 1 khz) V DD V DD

100 Caratterizzazione Invertitore CMOS Misure sulla caratteristica V out (V in ): Tensioni di soglia dei MOSFET (V tn e V tp ) Tensione di soglia dell invertitore (V TH ) Margini di rumore (V IL e V IH ) Guadagno G dell invertitore usato come amplificatore di tensione Misure nel dominio del tempo: Tensione di soglia dell invertitore (V TH ) Risposta all onda quadra con carico Capacitivo Tempi di propagazione con carico Capacitivo K P e K N (con carico Capacitivo)

101 Stima di V TH : V out = V in = V TH V DD V DD V TH V TH

102 Caratteristica V out (V in ) V DD -1 V OH 1-1 V tn V IL V TH V IH V DD - V tp V DD V OL

103 Stima di V IL e V IH -V out -V out 1 1 V IL V in V IH V in

104 Stima di G

105 Risposta all onda Quadra con carico Capacitivo (f = 10kHz)

106 Stima di t r e t PLH (con C) V DD V DD 0.9V DD 0.9V DD V TH t PLH V TH 0.1V DD 0.1V DD

107 Stima di t f e t PHL (con C) V DD V DD 0.9V DD 0.9V DD V TH t PHL V TH 0.1V DD 0.1V DD

108 Stima di K N (con C) I N I C V in + N C V o Se V o V DD -V tn N è in Saturazione: I N = K N (V DD -V tn ) 2 V o (t) = V DD - I N / C t I C = C I N = - I C dv o dt Consideriamo trascurabile l effetto Early K N - C ΔV o / Δt (V DD -V tn ) 2

109 Stima di K P (con C) V DD I P V in + P Se V o V tp P è in Saturazione: I C C V o Consideriamo trascurabile l effetto Early I P = K P (V DD - V tp ) 2 I C = C I P = I C dv o dt V o (t) = I P / C t C ΔV o / Δt K P (VDD - V tp ) 2