Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico -...

Elettronica I- Laboratorio Didattico -

BREVE INTRODUZIONE AGLI STRUMENTI DEL BANCO DI MISURA

Generatore di FunzioniT T i - TG2000


Genera i segnali di tensione Uscita BNC

Regolazioni principali

Forma d’onda del Segnale

Frequenza del Segnale

Ampiezza picco-picco

del Segnale

Offset (componente continua del Segnale)


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 ).


Dopo aver impostato il generatore ed aver effettuato gli opportuni controlli mettere su ON

Oscilloscopio AnalogicoTektronix 2245A

Oscilloscopio Analogicoa Raggi Catodici

Visualizza i segnali nel dominio del tempo (Banda 100MHz)

Pannello Frontale

Schermo Controllo “Trigger”

RegolazioneSchermo

Canali eControlli

Canali di Ingresso

Ingresso BNCCanale 1

Segnale d’ingresso

Accoppiamento in ingresso:Direct Coupling

(DC)Alternate Coupling

(AC)Riferimento di massa

(o linea a 0 V)

Visualizzazione e Posizionedel Livello della Continua

Controllo Posizione della

Continua

Visualizzazione dei canali ON/OFF

Posizione della Continua

NB: La continua del segnale (il suo valore

medio) NON viene alterata!!!

Si cambia solo la posizione del segnale sullo

schermo!!!

Controllo della Scale di Visualizzazione

Scala VerticaleVolt/div

(Una per canale)

Anche in questo caso il segnale NON viene alterato!!!E’ solo la visualizzazione che cambia!!!

Scala Orizzon.(Comune)

Controlli per le Misure di Tempo e Tensione

0.5V

CancellazioneCursori

50Hz 20ms

Regolazione Posizione Cursori(Posizione Iniziale + Offset)

Sonda per le Misure

Coccodrillo di Massa

Punta Sonda

ConnettoreBNC

Elettronica I- Laboratorio Didattico -

Per ogni problema:

Dispense del Laboratorio

Tecnico di Laboratorio

Docente/Tutor

Elettronica I- Prima Esercitazione -

RISPOSTA IN FREQUENZA DI CIRCUITI RC

PASSA BASSO/PASSA ALTO

RC Passa BassoSchema Circuitale

RC Passa BassoDiagramma di Bode - Modulo

Misura di Modulo e Fase di F(j) al variare di

Funzione risposta in frequenza: F(j) = Vout(j)/Vin(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 fcProcedura: creazione di una tabella di dati

Freq [Hz] Vin [V] Vout [V] Vout/Vin |Vout/Vin|dB t [s] [°]100

200

500

1k

2k

5k 2 1.8 0.9 -0.45 25·10-6 -22.5

...

1M

Misura di Ampiezza: |F(j)|

Vin

Vout

Misura delle ampiezze di Vin e Vout tramite i cursori orizzontali

Misura di Fase: = arg[F(j)]

Misura del “ritardo” t di Vout rispetto a Vin tramite i cursori verticali

t

Δt : T = : 360 = - 360° · t / T = - 360° · t · f

Vin

Vout

RC Passa BassoDiagramma di Bode - Modulo

f-3dB

RC Passa BassoDiagramma di Bode - Fase

tR: Rise Time (Tempo di Salita) fc = 0.35 / tR

RC Passa BassoRisposta al gradino di Tensione

10%

90%

tR

RC Passa AltoSchema Circuitale

RC Passa AltoDiagrammi di Bode - Modulo

f-3dB

RC Passa AltoDiagrammi di Bode - Fase

RC Passa AltoRisposta al gradino di Tensione

Elettronica I- Seconda Esercitazione -

RISPOSTA IN FREQUENZA DI CIRCUITI CON AMPLIFICATORI

OPERAZIONALI

AlimentatoreTektronix PS283

Generatori di Tensione

Indipendenti

5V(fissi)

0-30V(var.)

ParalleloSerie

Premere i tasti solo a strumento spento!!!

Regolazione Tensione e Limite di Corrente

Spie che indicano i due regimi(Attenzione a C.C.!!!)

V

IIMAX

VDC

C.V. C.C.

IMAX : Limite di corrente (2A max)

Spia C.C.per il generatore

5V 3A

Configurazione Invertente (CI)

Circuito ATTIVO: l’amplificatore operazionale va alimentato

-15V

-15V

OpAmp ideale

Rin = +∞Rout = 0 Ω

V+

V-Vo

+

-

Aa = = +∞Vo

V+ - V-

CI con OpAmp ideale

Vout

Vin

R2

R1GCI = = -

Corto Circuito Virtuale:V+ = V-

Guadagno Conf. Invertente:

Configurazione Invertente (CI)

Circuito ATTIVO: l’amplificatore operazionale va alimentato:SATURAZIONE DEL NODO DI USCITA

-15V

-15V

OpAmp A741DdB del Modulo di Aa(jω)

Vedi anche grafico a pag. 81 in basso sulle dispense

Diagramma di Bode (modulo) del guadagnodell’amplificatore operazionale ad anello aperto

Misura di Modulo e Fase di F(j) al variare di

Funzione risposta in frequenza: F(j) = Vout(j)/Vin(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 fcProcedura: creazione di una tabella di dati

Freq [Hz] Vin [V] Vout [V] Vout/Vin |Vout/Vin|dB t [s] [°]100

200

500

1k

2k

5k 2 1.8 0.9 -0.45 25·10-6 -22.5

...

1M

Misura di Ampiezza: |F(j)|

Misura delle ampiezze di Vin e Vout tramite i cursori orizzontali

Misura di Fase: = arg[F(j)]

Δt : T = : 360 = - 360° · t / T = - 360° · t · f

t

Configurazione Invertente Diagrammi di Bode - Modulo

OpAmp A741 – Anello ApertoDiagramma di Bode – Modulo



OpAmp A741 – Anello ApertoDiagramma di Bode – Modulo



Diagramma di Bode (modulo)dell’amplificatore invertente in esame

Configurazione Invertente Diagrammi di Bode - Fase

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)

OpAmp A741DdB del Modulo di Aa(jω)



Se l’OpAmp Satura, vale ilCorto Circuito Virtuale?

NO! Perché? Pensate al valore di Aa...

L+

L-

Aa = Vo

V+ - V-

tR: Rise Time (Tempo di Salita) fc = 0.35 / tR

10%

90%

tR

Amplificatore InvertenteRisposta al Gradino

Integratore di Miller Approssimato

Stima Diagramma di Bode del Modulo

Log (f/Hz)

Vi

Vo

dB

0


Aa

1MHz0

Log (f/Hz)

Vi

Vo

dB


1

2πR1C

Integratore Ideale

Aa

1MHz0

Log (f/Hz)

Vi

Vo

dB


1

2πR1C

R1

R2

Integratore Ideale

Aa

1MHz0

Log (f/Hz)

Vi

Vo

dB


1

2πR1CAa

R1

R2

1

2πR2C

Integratore Ideale

Integratore App.

1MHz0

Log (f/Hz)

Vi

Vo

dB

Integratore di MillerDiagrammi di Bode - Modulo

Integratore di MillerDiagrammi di Bode - Fase

Integratore di MillerRisposta all’Onda Quadra (1)

Frequenza 50Hz

Integratore di MillerRisposta all’Onda Quadra (2)

Frequenza 1kHz => Integratore!

Configurazione Non Invertente

Configurazione Non Invertente Diagrammi di Bode - Modulo

Configurazione Non Invertente Diagrammi di Bode - Fase

Effetto della Tensione e delle Correnti di Offset

A causa degli offset di tensione e corrente,in assenza di segnale applicato, si osservauna tensione di uscita Vo pari a:Vo = e0 ( 1 + R2 / R1 ) + R2 ( I- - I+ ) Vo ≈ e0 ( 1 + R2 / R1 )

V0

I+

I-

e0

R1 = 100 Ω

R2 = 10 kΩ

R1||R2 ≅ 100 Ω

Vo

Effetto della Tensione e delle Correnti di Offset

A causa degli offset di tensione e corrente,in assenza di segnale applicato, si osservauna tensione di uscita Vo pari a:Vo = e0 + R ( I- - I+ ) Vo ≈ R ( I- - I+ )

I+

I-

Vo

e0

R = 10 MΩ

R = 10 MΩ

Elettronica I- Terza Esercitazione -

CIRCUITI CON DIODI

Caratteristica I(V) diodo 1N4148

I

V

Datasheet del diodo a pag. 70

I = IS(e - 1)V

nVT

Raddrizzatore a Singola Semionda (uscita 1)

Raddrizzatore a Singola Semionda

Caratteristica Vout(Vin)

Raddrizzatore aPonte di Diodi (uscita 2)

Raddrizzatore aPonte di Diodi

Limitatore al Valore Superiore Clipping (uscita 3)

Limitatore al Valore Superiore Clipping

Limitatore al Valore Inferiore Clipping (uscita 4)

Limitatore al Valore Inferiore Clipping

Limitatore Max/MinClipping

Aggancio del Massimo Clamping (uscita 5)

Aggancio del Massimo Clamping

Aggancio del Minimo Clamping (uscita 6)

Aggancio del Minimo Clamping

Polarizzazione e Parametri di Piccolo Segnale

rD Vγ

E < 0 V Diodo in Diretta

VI

E > 0 V Diodo in Inversa

VI

Ce

V

Vo

I

E

vs

RL2.2 kΩ

Polarizzazione Diretta (E < 0V)

rDvs vo

RL2.2 kΩ

dIdV

rD = =nVT

I

rD

rD + RLvo = vs

-1

Polarizzazione Inversa (E > 0V)

Cevsvo

RL2.2 kΩ

11 + jωCeRL

vo = vs

C0Ce =EVC

1 +½

Polarizzazione Inversa (E > 0V)

Elettronica I- Quarta Esercitazione -

INVERTITORI REALIZZATI CON TRANSISTORI NMOS

TRANSISTORE NMOS AD ARRICCHIMENTO (1)

TRANSISTORE NMOS AD ARRICCHIMENTO (2)

VGS varia da 0 a 5V (passo .5V)

Famiglia delle caratteristiche Id - Vds

Invertitore NMOS con Carico ad Arricchimento (1)


Caratteristica Vout - Vin


Risposta ad un ingresso ad onda quadra

Vout

Vin

Invertitore NMOS con Carico ad Svuotamento (1)

Invertitore NMOS con Carico ad Svuotamento (2)

Caratteristica Vout - Vin

Invertitore NMOS con Carico a Svuotamento (3)

Vout Vin

Risposta ad un ingresso ad onda quadra

Invertitore CMOS (VDD = 3V)

3V

Risposta statica all’onda quadra(f = 1 kHz)

VDD

VDD

CaratterizzazioneInvertitore CMOS

Misure sulla caratteristica Vout(Vin):• Tensioni di soglia dei MOSFET (VtN e VtP)• Tensione di soglia dell’invertitore (VTH)• Margini di rumore (VIL e VIH)• Guadagno G dell’invertitore usato come amplificatore

di tensione

Misure nel dominio del tempo:• Tensione di soglia dell’invertitore (VTH)• Risposta all’onda quadra con carico Capacitivo• Tempi di propagazione con carico Capacitivo• KP e KN (con carico Capacitivo)

Stima di VTH: Vout = Vin = VTH

VTH VTH

VDD VDD


VtN VIL VIHVTH VDD - |VtP| VDD

VDD VOH

VOL

-1

-1

1

Stima di VIL e VIH

VILVin

VIHVin

-Vou

t

-Vou

t

1 1

Stima di G

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

Stima di tr e tPLH (con C)

VDD

0.9VDD

0.1VDD

VTH

VDD

0.9VDD

0.1VDD

VTHtPLH

Stima di tf e tPHL (con C)

VDD

0.9VDD

0.1VDD

VTH

VDD

0.9VDD

0.1VDD

VTHtPHL

Stima di KN (con C)

KN ≈ -(VDD - VtN)2

C /ΔVo Δt

Vin

N

ICIN

+ VoC

Se Vo ≥ VDD - VtN N è in Saturazione:

IN = KN(VDD - VtN)2

dVo

dt IC = C

IN = - IC

Consideriamo trascurabile l’effetto Early

Vo(t) = VDD - / tINC

Stima di KP (con C)

Vin

P

IC

IP

+

VoC

VDD

Se Vo ≤ |VtP| P è in Saturazione:

IP = KP(VDD - |VtP|)2

dVo

dt IC = C

IP = IC

Consideriamo trascurabile l’effetto Early

KP ≈(VDD - |VtP|)2

C /ΔVo Δt

Vo(t) = / tIPC

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