LABORATORIO SPERIMENTALE ESERCITAZIONE nr. 2 ELETTRONICA I Fig. 1: Vista dall alto della basetta utilizzata nell esercitazione con i diodi Fig. 2: Schema dei circuiti presenti sulla scheda elettronica 1
Premesse Per i primi tre circuiti non serve alimentare ma basta inserire il segnale mediante cavo schermato (RG58-50 Ω) con BNC. Il deviatore SW1 è utilizzato per sole cinque posizioni (dalla 1 alla 5) che deviano il segnale di volta in volta ai singoli circuiti, qui numerati da 1 a 5 Le connessioni per l alimentazione (solo per i circuiti 4 e 5) vanno fatte prima di accendere l alimentatore, preventivamente tarato a +9V e -9V rispettivamente per le alimentazioni positiva e negativa. I collegamenti effettuati con i ponticelli (in seguito chiamati jumper) possono essere effettuati con alimentazione e segnale inseriti. Porre tutti i jumper nello stato OFF (connessione disattivata). Fig. 3: Posizioni per lo stato ON e OFF dei ponticelli (jumper) Esperienza n. 1: Rettificatore a semionda e filtro capacitivo Il circuito è selezionato (il segnale è inviato al rettificatore) deviando SW1 alla posizione 1. Fig.4: I componenti utilizzati nel circuito rettificatore a semionda sono evidenziati in grigio. Con il condensatore C 1 staccato (jumper JP1 in posizione OFF), si inserisce un segnale sinusoidale di ampiezza 10V (Vpp=20V) e frequenza 50Hz. 2
Visualizzare all'oscilloscopio l'avvenuta rettificazione in uscita (TP1) al circuito e misurare l'angolo di accensione (dell ordine di 140 µs). Verificare le formule. Si operi poi in modo da far apparire sull'oscilloscopio la caratteristica di trasferimento ingressouscita, verificando l'entità della tensione di soglia del diodo. Si valutino il valor medio ( 2.66 V) ed il valore efficace ( 4.18 V) della tensione in uscita (TP1). Verificare le formule. Aumentando la frequenza del segnale ( 1KHz) comincia ad essere evidente il tempo di recupero inverso del diodo (è assai evidente intorno a 10 15 khz). Si consiglia di utilizzare un'onda quadra (Vpp=20V, freq.=12 khz), come segnale d'ingresso, per distinguere il tempo di immagazzinamento da quello di transizione. Fig.5: Schema del circuito rettificatore a semionda ed eventuale filtro capacitivo Ritornando al segnale sinusoidale originario (Vpp=20V, freq. = 50Hz) si inserisca il condensatore C 1, ponendo il jumper JP1 nello stato ON, e si valuti l'entità dell'ondulazione confrontandola con i calcoli teorici. Si consiglia di utilizzare una risoluzione 1 V/div e di traslare l onda triangolare risultante al centro del monitor con il cursore di livello (operazione da preferire) o con un accoppiamento AC. Si osservi come, durante il periodo di carica del condensatore C 1, la forma dell onda si degrada (anche in ingresso). Esperienza n. 2: Rettificatore a doppia semionda (ponte di Graetz) Con il generatore di funzioni si scelga un segnale sinusoidale di ampiezza V M 10 V e frequenza 50 Hz., mentre con il deviatore SW1 si selezioni la posizione numero 2. Si verifichi come nel punto di test TP3 sono presenti solo le semionde positive, mentre in TP2 solo quelle negative. La tensione d'uscita ai capi di R 2 risente questa volta della doppia caduta Vγ dei diodi e sarà quindi maggiormente ridotta rispetto al caso dell'esperienza nr.1. Per visualizzare l onda intera rettificata occorre utilizzare due sonde una (CH1) collegata al test point TP3 e l altra (CH2) collegata al test point TP2 (ricordarsi di aggiustare la condizione di attenuazione sonda 1x o 10x). Poi premendo il tasto MATH sull oscilloscopio occorre scegliere la funzione differenza dei canali: CH1-CH2. 3
Fig.6: componenti in uso nel circuito rettificatore a doppia semionda Fig.7: Schema del circuito rettificatore a doppia semionda con ponte di Graetz Esperienza n. 3: Demodulatore - inviluppo di forme d'onda La configurazione circuitale è analoga a quella del rettificatore a semionda con filtro capacitivo. Le differenze riguardano il tipo di diodo utilizzato adesso, che presenta tempi di recupero inverso più La selezione del circuito avviene con il deviatore SW1 nella posizione 3. Inizialmente il condensatore C3 deve essere disconnesso per ottenere costanti di tempo più piccole. Con il generatore di segnali THANDAR si selezioni una forma d'onda sinusoidale modulata in ampiezza mediante un segnale di modulazione interno. Il segnale modulante è a frequenza fissa (1KHz) ma può essere variata la sua ampiezza. Si scelga poi una portante con ampiezza 5 10V. Regolando il trimmer TR1 migliorare l'inviluppo. Agire anche sulla frequenza della portante e sull'ampiezza del segnale modulante per stabilire le condizioni limite di funzionamento. Si consiglia di usare una portante a 15kHz Vpp=20V, un segnale modulante posto a circa il 30% del suo valore massimo e di impostare l oscilloscopio con i canali CH1 e CH2 a 2V/div e asse 4
orizzontale a 250µs/div e livello del trigger che aggancia il picco negativo del CH1. Eventualmente utilizzare il pulsante RUN-STOP per catturare l immagine ad un istante. Inserire poi il condensatore C 3 (100 volte più grande del precedente) e ripetere le verifiche. Ci si accorgerà che se l indice di modulazione è alto l inviluppo non può essere realizzato a determinati valori della costante tempo. Fig.8: elementi del circuito demodulatore. Fig.9: Schema del circuito rettificatore demodulatore 5
Esperienza n. 4: Circuito Clamp Fig.10: Schema del circuito di aggancio (Clamp) Fig.11: Componenti del circuito di aggancio (Clamp) Si alimenti il circuito con due tensioni opposte: -9 V e +9 V. Il circuito utilizza l'operazionale U1 (senza regolazione della tensione di offset) nella configurazione "inseguitore di tensione". Mediante il trimmer TR2 le due tensioni di alimentazione generano una tensione in continua regolabile che viene applicata all'anodo del diodo D7. 6
Applicare un segnale sinusoidale in ingresso (10 20KHz, Vpp 5V) e commutare SW1 nella posizione 4. Verificare in uscita (TP5) l'aggancio alla tensione (a meno della V γ ) che si stabilisce sull'anodo del diodo. Sperimentare che, se si regola la tensione all'anodo al di sotto del minimo negativo della tensione sinusoidale, l'aggancio non si stabilisce. Verificare la stessa esperienza utilizzando un onda quadra (Vpp=5V, freq.=15khz). Collegare successivamente la resistenza R 4 come carico mediante il jumper JP3 (stato ON) e verificare l insorgere della distorsione sag. Osservare come agganciando l onda a tensione più alte si manifesta una asimmetria della distorsione. 7
Esperienza n. 5: Rettificatore a semionda di precisione (superdiodo) Fig.12: Schema del circuito rettificatore a semionda di precisione Fig.13: Componenti del circuito rettificatore a semionda di precisione Con le due alimentazioni rispettivamente a +9V e 9V regolare preventivamente la tensione di offset mediante il trimmer TR3 e successivamente applicare un segnale triangolare in ingresso (100 500Hz, V pp 1.5V) avendo commutato SW1 nella posizione 5. Analizzare la caratteristica di trasferimento ingresso-uscita, con scale sugli assi dell'ordine dei 10 50mV. Verificare la soglia di accensione del diodo e l'arrotondamento del ginocchio. Nel confronto con il diodo rettificatore a semionda dell'esperienza nr. 1, è evidente come la soglia si sia fortemente ridotta e come sia scomparso l'arrotondamento in corrispondenza al ginocchio. E' possibile applicare segnali sinusoidali ben più bassi della tensione di soglia dei diodi (0.5 V) e vederli regolarmente rettificati. 8