Lezione F2

Elettronica applicata e misure
Prefazione
Appunti del corso di Elettronica
applicata e misure.
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Prefazione degli studenti
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Questo documento vuole rappresentare un insieme di appunti di supporto del corso di Elettronica
applicata e misure.!
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Il seguente documento è un insieme di appunti del corso di Elettronica applicata e misure. Si vuol
ricordare che tali appunti possono essere affetti da errori e imprecisioni e per questo motivo si
richiede di comunicare ai sottoscritti, alle email: [email protected] e
[email protected], con eventuali correzioni e/o suggerimenti nella stesura, indicando
chiaramente il documento a cui si riferisce.!
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In quanto si tratta di un documento di appunti di libera pubblicazione gli autori non si assumono
alcuna responsabilità del contenuto.!
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Il testo è stato redatto attraverso l’applicativo Pages® for Mac; alcuni grafici sono realizzati
attraverso il software di calcolo numerico Grapher®, alcuni sono stati disegnati a mano tramite il
software di disegno a mano libera Penultimate® altri ancora sono stati presi direttamente dalle
slide disponibili sul portale; per la rappresentazione di alcuni circuiti è stato usato iCircuit®.!
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Come usare gli appunti.!
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Tali appunti sono stati concepiti in modo tale da essere utilizzati con il supporto delle slide del
professore, infatti viene seguita la stessa suddivisione delle lezioni. Il titolo in rosso all’inizio di
ciascuna lezione rappresenta il titolo della lezione stessa, mentre i vari sottotitoli in rosso nel
documento sono associati al numero della pagina della slide di riferimento.!
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Gli appunti sono divisi in base a ciascuna lezione:!
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Misure !
A. Parte I!
1. Oscilloscopio digitale (scritti a mano)!
2. Generalità misure (scritti a mano)!
3. Stima Incertezze!
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F. Parte II!
1. Voltmetri digitali !
2. Voltmetri AC !
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G. Parte II!
1. Sensori di temperatura (prima parte)!
3. Misure tempo e frequenza!
4. Generatori di segnale!
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A. A. 2013 / 2014
Elettronica applicata e misure
Prefazione
Elettronica applicata!
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B. GRUPPO B - Circuiti digitali!
1. Richiami su circuiti logici (scritti a mano)!
2. Parametri dinamici dei Flip Flop (scritti a mano)!
3. Circuiti sequenziali (scritti a mano)!
4. Logiche programmabili (scritti a mano)!
6. Comparatori di soglia (scritti a mano)!
7. Generatore onda quadra !
8. Esercitazione 2!
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C. Bus e interconnessioni!
1. Interconnessioni !
2. Modelli a linea di trasmissione!
3. Connessioni con linee!
4. Cicli di trasferimento base!
5. Protocolli di bus!
6. Esercitazione 3: Collegamenti seriali !
7. Collegamenti seriali asincroni!
8. Collegamenti seriali sincroni!
9. Integrità di segnale!
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D. Sistemi di acquisizione dati!
1. Integrità di segnale!
2. Convertitori D/A!
3. Conversione A/D!
4. Convertitori pipeline e differenziali!
5. Condizionamento del segnale!
6. Filtri!
7. Esercitazione 4: Sistemi di conversione!
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E. Alimentatori e regolatori !
1. Circuiti di potenza !
2. Sistemi di alimentazione !
3. Regolatori a commutazione!
4. Altri sistemi di alimentazione (non è stato trattato nell’A.A. 2013/2014)!
5. Esercitazione 5: regolatori lineari e SW.
A. A. 2013 / 2014
II
Elettronica applicata e misure
Lezione F2
Gruppo lezioni F2
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Voltmetri AC
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Slide 1 e 2 - Voltmetri AC
Argomenti discussi in questa sezione: voltmetri, in particolare:!
1) Voltmetri a valor medio raddrizzato (voltmetri con raddrizzatore).!
2) Voltmetri a valore efficace (voltmetri rms).!
3) Voltmetri a valore di picco (voltmetri di cresta).!
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I voltmetri sono degli strumenti per calcolare la tensione. Siccome si possono avere dei strumenti
che lavorano in continua e strumenti che lavorano in alternata. Se si prende uno strumento che
lavora in continua e lo si utilizza per misurare una tensione in continua lo strumento funziona a
dovere poiché è stato creato per eseguire questa tipologia di misura. Se invece si utilizza uno
strumento che è stato ideato per calcolare dei valori in continua e lo si utilizza per calcolare dei
valori in alternata ad esempio un voltmetro che lavora in corrente continua e lo si utilizza per
misurare la tensione alternata nelle case esso (lo strumento) eseguirà una misurazione che non
sarà esattamente quello che ci si aspetta. In altre parole quando si misura con uno strumento che
dovrebbe misurare una cosa in continua e il misurando è inalterata allora l'indice dello strumento
inizierà a vibrare tra il valore massimo e il valore minimo dell'oggetto misurato. Più la frequenza
bassa e più l'indice andrà al valore minimo e il valore massimo. Più la frequenza elevata e più
l'indice si accosterà nelle sue vibrazioni e alla fine rimarrà costante con un'oscillazione
stranamente piccola rispetto alla media del segnale alternato. In altre parole se la frequenza
dell'oggetto che si misura il maggiore rispetto alla banda che il segnale può misurare allora la
lancetta (se lo strumento è uno strumento lancetta), andrà da un valore massimo a un valore
minimo o meglio dire oscillerà tra un valore minimo e un valore massimo e se tale frequenza
aumenta ancora oscillerà attorno al valor medio del segnale e le sue oscillazioni saranno
estremamente piccole fino quasi ad annullarsi.!
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I voltmetri con raddrizzatori sono strumenti che hanno al loro interno un circuito per raddrizzare il
segnale.!
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In seguito esistono degli strumenti che misurano il picco del segnale(voltmetri di cresta) oppure
strumenti che misurano il valore efficace del segnale (voltmetri rms).!
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Slide 3
Una grandezza tempovariante richiede molte (al limite infinite) misurazioni per
poter essere caratterizzate. Ogni misurazione effettuata non potrà mai essere
uguale alle altre.!
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Se si misura una cadenza temporale variabile e si memorizzano tutti i risultati di
tali misurazioni, è una cosa molto buona, tuttavia non è utile avere tutte queste
informazioni poiché non si riesce a ottenere un valore che possa dare un qualche
risultato positivo e quindi misurare tutti quei valori sebbene possa sembrare una
cosa buona nulla è molto meglio avere un numero come ad esempio la frequenza del segnale o il
valore efficace del segnale piuttosto che avere una valanga di numeri che descriva un segnale
poiché non si è in grado di provvedere a comprendere le informazioni che ci possono servire con
questa miriadi di informazioni.!
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Elettronica applicata e misure
Lezione F2
Slide 4
In alternativa alla serie di numerose misurazioni si può fornire u’informazione globale che dia conto
di caratteristiche importanti del segnale, come:!
1. valor medio;!
2. valor efficace;!
3. frequenza;!
4. … .!
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In questa figura si può vedere la formula per calcolare il
valore efficace. Il valore efficace è una misurazione o
meglio dire un valore che si utilizza quando si devono
applicare le leggi dell'elettrotecnica quando si ha a che fare
con segnali periodici e non con segnali continui. Quando si
analizza un circuito con un generatore che produce ad
esempio una corrente continua o una tensione continua
quindi non alternata si può tranquillamente utilizzare le
leggi dell'elettrotecnica applicata al circuito che si vuole
analizzare. Quando invece i generatori producono delle
tensioni non costanti quindi non continue ma periodiche allora si deve passare da una
rappresentazione scalare a una rappresentazione vettoriale e le tensioni nelle correnti non
vengono più considerate come quando si analizzava il circuito in corrente continua o in tensione
continua ma si utilizza il valore efficace. Più in particolare i generatori hanno delle onde che sono o
dei seni o dei coseni.!
Quando si parte a fare una misurazione si ha a che fare con tante cifre od altri numeri che si
prendono dagli strumenti i quali danno delle informazioni su un determinato fenomeno. Ad esempio
se si campiona un segnale si ha alla fine del processo una sequenza di numeri anche molto
elevata dalla quale si può arrivare ad avere un unico numero il quale rappresenta ad esempio la
frequenza del segnale. Tuttavia dalla frequenza del segnale non è possibile ritornare indietro ed
ottenere tutti questi numeri i quali sebbene importanti sono abbastanza difficili da interpretare
senza opportune formule. In altre parole quando si va a misurare si può ottenere tantissime
misurazioni che di per sé hanno e non hanno un significato ma se opportunamente combinate
possono dare un risultato che serve come ad esempio il valore medio. I dati acquisiti dalle
misurazione possono essere interpretati o chiamati come dati grezzi mentre i dati finali ottenuti
attraverso essi sono i cosiddetti dati elaborati e quindi finali che sono quelli che più sono utili
poiché danno effettivamente un'informazione rilevante. !
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Slide 5
Definire un parametro più importante degli altri senza prendere un punto di vista non si può.
Storicamente l’elettricità è stata usata per trasferire energia, quindi dal punto di vista energetico è il
valore efficace. Quindi, se si è interessati ai fenomeni energetici dell’elettricità, il parametro
principale da osservare è il valore efficace.!
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Slide 6
Saper misurare il valore efficace è piuttosto complesso, poiché tale valore si ottiene con una
operazione di tipo non lineare, mentre in genere si opera con circuiti lineari.!
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Se il segnale da misurare ha una forma predefinita, il valore efficace si può ottenere anche
misurando altre grandezze, perché la conoscenza a priori della forma d’onda lo permette. La rete
di alimentazione delle case civili ha forma sinusoidale!
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Elettronica applicata e misure
Lezione F2
Slide 7 - Segnali sinusoidali
Storicamente i segnali erano esclusivamente di tipo sinusoidale, quindi si è cominciato a fare
voltmetri di ogni genere, tarati in valore efficace, cioè venivano truccati per indicare il valore
efficace. Tali voltmetri quindi, funzionavano solo se il segnale era di tipo sinusoidale.!
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tutti gli strumenti che vengono denominati come amperometrici o voltmetrici in AC sono degli
strumenti che danno il valore efficace se sono messi a misurare una corrente o tensione a
seconda dei casi alternata ossia un seno o un coseno.!
Alcuni strumenti per via diretta possono dare il valore efficace mentre altri attraverso opportuni
coefficienti e quindi sapendo a priori l'onda o meglio dire la forma d'onda danno in maniera
indiretta attraverso opportuni calcoli e opportuni coefficienti il valore efficace. Tuttavia misurano
quando misurano determinate altre grandezze dalle quali ricavano il valore efficace.!
Tutti gli strumenti che sono presenti in commercio in AC danno come risultato il valore efficace
quando sono messi a misurare un'onda sinusoidale poiché molto spesso è un'onda simile ci si
deve misurare.!
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Slide 8
Attualmente vengono impiegati tre principali tipologie di voltmetri AC:!
1. a vero valor efficace, sono voltmetri del tipo RMS e TRMS;!
2. a valor medio raddrizzato, sono del tipo AVG;!
3. a valore di picco.!
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Nota: in tutte e tre le tipologie i voltmetri vengono tarati in valore efficace.!
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Poiché i voltmetrici che sono presenti in commercio per calcolare il valore efficace sono costosi
allora si preferisce utilizzare altre grandezze per arrivare a misurare tale valore efficace. Questi
strumenti calcolano il valore efficace e sono costosi (questi strumenti sono a (vero) valore efficace
(RMS-TRMS)). Quindi si è optato per creare degli altri strumenti come lo strumento ha valore
medio (raddrizzato) (AVG). Oppure ha valore di picco. !
Il lo strumento per calcolare il valore medio raddrizzato è uno strumento che raddrizza l'onda e in
seguito calcola il valore medio. Se la colasse il valore medio dell'onda sinusoidale senza averla
attrezzata i valori che sarebbe pari a zero qualsiasi sia l'ampiezza della sinusoide. Viene anche
denominato valore medio convenzionale.Sono quelli con la scritta AVG. Si misura il valore medio
della sinusoide e da quel valore si ricava il valore efficace.!
Oppure si misura il valore di picco e da quel valore di festa o di picco si calcola il valore medio.!
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La sigla AVG è una sigla che identifica e lo strumento può avere in ingresso un segnale periodico e
darà come risultato il valore efficace. Di conseguenza si può dire che dato un segnale periodico se
lo strumento è impostato in AC sarà in grado di misurare tale segnale. Parlare di voltmetri o parlare
di amperometri è indifferente poiché attraverso la legge di ohm si è in grado attraverso una
resistenza di calcolare una grandezza data l'altra. Basta aggiungere al circuito una resistenza dalla
quale si può ricavare o intensità di corrente data la differenza di potenziale oppure viceversa.!
Poiché gli strumenti che misurano direttamente il valore efficace sono costosi allora si preferisce
utilizzare strumenti che hanno un costo inferiore e che danno il medesimo risultato sebbene
utilizzano delle tecniche non dirette. In altre parole ad esempio utilizzando strumenti a valore
medio raddrizzato, quest'ultimo è in grado di calcolare il valore medio del segnale periodico
attraverso un raddrizzamento dell'onda periodica. Oppure esistono strumenti i quali riescono a
calcolare il valore efficace attraverso il valore di picco.!
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Lezione F2
Slide 9
In questa pagina si ha a disposizione due tipologie di formule. Si può calcolare il valore medio
attraverso un integrale il quale non sempre è facile da calcolare. Quindi si può facilmente
osservare che se il segnale da misurare è una sinusoide allora basta moltiplicare per due il valore
di piccolo e dividere per la costante π. Mentre se si vuole calcolare il valore efficace si può ottenere
tale valore prendendo il valore di picco e dividendolo per la radice di due. Si può notare che questi
calcoli si possono largamente eseguire attraverso a una CPU. Quindi non sono calcoli molto
complessi come calcolare invece un integrale. Tuttavia queste costanti da modificare o da dividere
vanno bene solo la solamente se si devono misurare i segnali periodici sinusoidali e invece si
devono misurare altre tipologie di segnali periodici come molti triangolari si devono cambiare tale
costanti.!
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Si ricordi che:!
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Il valor medio è:!
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2Vp/π = vale solo se in ingresso si ha un seno e di solito si ricorda questa perché molto spesso si
a che fare con seni.!
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Il valor efficace è:!
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Sempre per il seno perché molte onde sono seni, per esempio la corrente di casa.!
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In conclusione: il voltmetro a valor medio (raddrizzato) indica il valore efficace grazie alla
moltiplicazione dell’uscita per un fattore pari a 1,11. Mentre, il valore di picco indica il valore
efficace grazie ad una divisione dell’uscita per un valore pari a 1,41.!
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Per calcolare su uno strumento una moltiplicazione ad esempio di uno. 11 basta far variare la
scala. Sta di fatto che la misurazione con un voltmetro in corrente alternata a una scala sfasata
rispetto alla scala dello stesso colpo per una misurazione in continua. Mentre se si vuole dividere
basta utilizzare un partitore che abbia un determinato rapporto.!
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Slide 11
Per esempio, consideriamo la tensione sinusoidale avente un picco pari a 10
Volt e un valore efficace di 7,07 Volt.!
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Allora potremo semplicemente porre che:!
Veff !
= 7,07V!
Vm !
= 6,366V !
quindi !!
6,366V x 1,11 !!
A. A. 2013 / 2014
= 7,07V!
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Elettronica applicata e misure
VP !
= 10V !!
quindi !!
Lezione F2
10V / 1,41 !
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= 7,07V.!
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Non si dimentichi che questi calcoli sono possibili solo se il segnale è di tipo sinusoidale.!
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Slide 12 - Segnali non sinusoidali
Per esempio, se si ha un’onda quadra avente picco pari a 10 Volt e un valore
efficace di 10V si nota subito che:!
Veff ! = 10V!
Vm ! = 10V !!
quindi !!
10V x
1,11 !!
= 11,1V!
VP ! = 10V !!
quindi !!
10V /
1,41 !!
= 7,07V.!
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C’è un errore nel calcolo del Vm. Se si misura con uno strumento non al vero valore efficace tale
strumento renderà meglio dire fa finta che ingresso sia un segnale periodico sinusoidale tale che si
possa calcolare in modo indiretto il valore efficace e quindi dare a un valore in uscita non corretto.
Se invece si utilizza uno strumento a valore efficace zero ossia che vada effettivamente a calcolare
in modo diretto il valore efficace allora indipendentemente da quali sia l'onda che lo strumento sta
misurando da un risultato corretto.!
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Slide 13
Ciascuno strumento misura correttamente quello per cui è progettato. !
Dall’indicazione del voltmetro a valor medio si può ricavare il valor medio (quello corretto!)
dividendo per 1,11. O ancora: dall’indicazione del voltmetro di picco si può ricavare il valore di
picco corretto, moltiplicando per 1,41.!
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Se uno strumento di misura direttamente il valore efficace allora sul suo schermo o da qualche
parte sull'apparecchio a caratteri cubitali ci sarà la seguente scritta RMS oppure TRMS ambedue
le scritte dicono che lo strumento è in grado di effettuare una misurazione diretta del valore
efficace. Se uno strumento non ha tale sigla allora non è in grado di calcolare in modo diretto il
valore efficace. Inoltre si ricordi che poi che questi strumenti sono costosi allora è un pregio che
siano in grado di misurare in modo diretto il valore efficace. Di conseguenza il costruttore metterà
sempre in modo molto evidente questa sigla poiché da più valore allo strumento.!
Se lo strumento non è uno strumento che è in grado di misurare in modo diretto il valore efficace
allora si deve andare a prendere il manuale e vedere in che modo lo strumento calcoli questo
valore efficace se dividendo o moltiplicando per opportune costanti.!
Detto ciò si può dire che se uno strumento di misura in modo indiretto il valore efficace di tale
strumento è utilizzato per segnali sinusoidali allora la misurazione si arresta li. Se invece lo
strumento che calcola il valore efficace in modo indiretto è utilizzato per calcolare il valore efficace
di segnali non sinusoidali allora lo strumento da detratto ossia si devono prendere le giuste
precauzioni. L'operatore misurerà il valore efficace Con quello strumento su un segnale che non è
una sinusoide. Il risultato che ottiene sarà un risultato non vero il quale deve essere preso e per il
trasformato in un risultato vero. Ad esempio lo strumento per calcolare il valore efficace passa per
il valore medio e quindi misura in prima istanza il valore medio e si sa che il valore dei misurato è
un valore vero. Allora si prende il valore efficace e lo si trasforma attraverso operazioni aritmetiche
del valore medio del segnale che è effettivamente il valore del segnale.!
Ad esempio: lo strumento misura il valore medio, lo trasforma moltiplicando per una costante e da
il valore efficace riferito a un segnale periodico sinusoidale tuttavia non è segnale che aveva
ingresso. L'operatore prende il valore efficace dato dello strumento e lo divide per la costanti che
prima lo strumento aveva moltiplicato il valore medio per ottenere il valore efficace. In tal modo
l'operatore ritrova il valore medio vero e proprio che lo strumento aveva misurato. E da lì può
eseguire tutti i suoi calcoli che vuole.!
Per conoscere la procedura dello strumento con il da passare dal valore che effettivamente
misura al valore efficace è scritto sul manuale. Tuttavia tale procedura manuale dell'operatore di
eseguire sarà una procedura estremamente rara del 10% circa dei casi.!
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Elettronica applicata e misure
Lezione F2
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Slide 14 - Voltmetri AC a valor medio (raddrizzato)
I voltmetri AC a valor medio raddrizzato si
basano su un raddrizzatore ed un
voltmetro in continua a valor medio.!
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Quando si usa un voltmetro un come ad
esempio il voltmetro tester ice meccanico,
prima di tale strumento deve avere un
raddrizzatore il quale raddrizza l'onda, e
poiché lo strumento si comporta come un
integratore allora si ha il valore medio in
uscita. Se la frequenza è molto elevata tale
strumento segnerà un valore preciso ossia il valore medio se invece l'onda del segnale alla
frequenza molto blanda allora lo strumento darà una misura che va da un punto fino all'altra
misura e poi ritorna alla misura precedente interrando tale procedimento lo strumento passa da un
valore a un altro e al presidente e dall'altro.!
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Slide 15
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In questo circuito dove si vede un diodo e
una resistenza si può affermare che il circuito
di ingresso dello strumento che misura è
uguale alla resistenza ossia i circuiti che
vedono lo strumento lo vedono come una
resistenza. il diodo serve a raddrizzare
l'onda. Ponendo che il diodo sia ideale e si
comporta come un interruttore. Quindi o a passare la corrente oppure non fa passare la corrente.
Si fa passare la corrente allora vuol dire che la differenza di potenziale a un valore che permette di
far passare la corrente mentre quando l'interruttore e chiuso (diodo non conduce) allora non fa
passare corrente vi sia una differenze di potenziale pari a zero. Si può vedere tale due concetti
osservando il grafico a lato del circuito. Un grafico si atti a sinusoide è completa mentre dall'altro
grafico la sinusoide non è completa e tutte le creste " negative" sono poste a zero. Quindi questo
circuito è un raddrizzatore a semi onda.!
Ritornando sulla resistenza di ingresso dello strumento si può inoltre dire che tale resistenza o è
un modello dello strumento oppure all'interno dello strumento vi è effettivamente una resistenza la
quale può essere ad esempio quella resistenza che serve a far muovere la lancetta del suo
movimento meccanico. Per di più si sa che gli strumenti che calcolano la differenza di potenziale
hanno come modello una resistenza.!
Sotto alle figure ci sono le varie formule per calcolare la singola semi onda. In una formula si può
ottenere il valore medio dato dal rapporto tra il valore di picco e la costante pi greco. Nella seconda
formula invece si può ricavare il valore efficace dato il valore medio il quale viene moltiplicato per
una costante (2. 22)!
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Se invece di avere un circuito con soli due
DVD si mette un circuito con quattro diodo di
allora si ha la possibilità di raddrizzare
completamente l'onda.la differenza tra avere
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un circuito a 2 diodi e un circuito da quattro diodi sotto il profilo del costo è quasi irrisorio. In altre
parole poiché i diodi di sono componenti elettronici molto poco costosi allora tutti gli strumenti
hanno la possibilità di operare con due o quattro diodi oppure si può dire che la differenza di costo
tra uno strumento che ha due diodi è uno strumento che da quattro diodi è praticamente molto
piccola.!
Utilizzando quindi un raddrizzatore che raddrizza completamente l'onda allora le formule
cambiano. Sia per calcolare il valore efficace che per calcolare il valore medio. Sebbene il
concetto rimanga uguale.!
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Slide 17 - Il tester
Per esempio, nel tester, la sua scala è graduata in modo da fornire il valore
efficace di un segnale sinusoidale e l’indicazione fornita dal tester corrisponde al
valor medio del segnale moltiplicato per 1,11 o per 2,22. Il valor efficace di un
segnale non sinusoidale può essere ricavato conoscendo la forma d’onda del
segnale. Per conoscere la forma d’onda si utilizza un oscilloscopio.!
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Slide 18 - I voltmetri di cresta
Se RC >> T la tensione misurata dal voltmetro è VDC
≈ VP. Ma ci sono dei difetti: non è consentito
separare la componente continua del segnale di
ingresso ed è richiesta la continuità ohmica con il
circuito misurato.!
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In questa figura si può vedere un circuito nel quale
ha un diodo, un voltmetro e un condensatore.
All'atto si può vedere una sinusoide la quale gli sono
stati "tolti le componenti negative". Il generatore al suo interno ha una resistenza seppur molto
piccola degli ordini dei milli ohm ha una sua resistenza. Se si considera il circuito quando il diodo è
chiuso ossia quando a passare la corrente si ha una cella RC tale cella è costituita dal
condensatore e da due resistenze, la resistenza del generatore (molto piccola) e la resistenza
effettiva del circuito. Ora se si considera il circuito spento e si considera il disegno all'atto del
circuito in cui viene rappresentata l'onda sinusoidale del generatore mentre in grassetto viene
rappresentata la carica del condensatore e quindi la differenza di potenziale che c'è sulla
resistenza (R).!
Il generatore inizia a immettere tensione nel circuito e il condensatore si carica, quindi nel grafico si
giunge al punto Vp ossia quando il condensatore è totalmente carico. In seguito la prova dell'onda
del generatore si inverte e quindi il diodo non fa passare la corrente. Quindi il condensatore si
scarica ma la tensione sulla resistenza rimane quasi invariata e in seguito il generatore di da
un'onda positiva la quale va di nuovo caricare il condensatore. Il condensatore si carica quando
l'onda è positiva mentre si scarica quando l'onda è negativa del generatore.!
Il voltmetri di cresca vengono utilizzati quando si ha a che fare con frequenze elevate:!
da 50 MHz/100MHz fin poiché i meccanismi funzionano molto bene la frequenza elevata.!
da d 50Hz 1000 10000 Hz 1MHz mentre con questi parametri vengono utilizzati gli altri voltmetri.!
Questo circuito di solito è messo nelle sonde alle quali viene attaccato lo strumento che indica il
valore. In altre parole si hanno delle sonde di creste e si manda il segnale al voltmetro il quale
misura il segnale. Si fa questo procedimento poiché il circuito ha dei problemi di propagazione del
segnale quindi si preferisce averlo il più possibile vicino al circuito da analizzare.!
Il voltmetro a valor medio è tutto in una scatola. Mentre il voltmetro a valor di cresta si compra due
componenti: Un comune voltmetro e una sonda di cresta. Si attaccano insieme queste due oggetti
e si ottiene l'apparecchio denominato come voltmetro di cresta che di sua natura non esiste come
unico strumento.!
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Lezione F2
Si ha due problemi con questo schema c'è quintale. di un problema consiste che non si può
separare la componente continua dalla componente alternata quindi si va a misurare un segnale
che ha sia la componente continua e la componente non continua. Il secondo problema è che se il
generatore non ha una continuità ohmica con il circuito misurato allora al circuito non può essere
utilizzato. In altre parole se il generatore a un condensatore di uscita allora la tensione di piccolo
non sarà data dal condensatore all'interno del nostro circuito ma tale condensatore del generatore.
E il condensatore del circuito della cresta sarà sempre pari a zero.!
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Slide 19
In condizioni ideali VDC ≈ Vm indipendentemente
dalla componente continua (DC). Si individuano
tre cause di incertezza:!
1) la tensione di soglia e la resistenza
differenziale del diodo non sono nulle;!
2) la costante di tempo di scarica della cella RC
non è infinita;!
3) la resistenza del generatore di segnale vi(t) non è nulla.!
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In questo circuito si è semplicemente spostati in diodo con il condensatore, in modo tale da avere il
valore di picco pari a zero come si vede nella figura. In sostanza si può dire che l'onda verde
propria sia stata traslata verso il basso come si vede in figura. !
Poiché in diodo non è un diodo ideale ma reale e diodo reale a una corrente di perdita e può
essere il tutto rappresentato come una resistenza e un generatore di tensione allora si avranno
delle approssimazioni ogni volta che si va a misurare.!
In più si ha la resistenza del generatore che anche essa da dei problemi, quindi questi strumenti si
hanno delle incertezze del ordine del %.!
Questa è la sonda industriale e va da 50Mhz in su.!
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Slide 20
Con segnali sinusoidali il voltmetro indica il valore efficace di vi(t) se: !
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Modificando R1 ed R2 è possibile cambiare
la portata dello strumento.!
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Viene utilizzato un partitore in modo tale da
poter modificare il segnale con opportune costanti, la resistenza R2 è una resistenza variabile per
variare la costante. "Basti pensare alle sonde compensate viste in precedenza nelle lezioni A."!
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Slide 21
I voltmetri a (vero) valore efficace, cioè gli RMS e TRMS sono strumenti che forniscono il valore
efficace del segnale indipendentemente dalla forma dell’onda. Sono particolarmente utili quando i
segnali sono distorti o quando si vuole misurare una tensione di rumore.!
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Elettronica applicata e misure
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Lezione F2
I principi di funzionamento sono basati su una trasformazione elettrotecnica (voltmetro a
termocoppia) e sull’elaborazione analogica dei segnali.!
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E quindi è molto complicato fare a mano i conti oppure è molto complicato farei conti senza
usare la statistica o strane ipotesi.!
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Slide 22 - Strumenti a termocoppia
La potenza elettrica viene dissipata solo per effetto termico e vale R·I2.
Se si ha soprattutto conduzione, la sovra temperatura è proporzionale
alla potenza. Il voltmetro in corrente continua si comporta come un
termometro: l’indicazione è proporzionale a I2.!
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Considerando la
resistenza come
in circuito (nella
figura a sinistra) la
resistenza viene
percossa la corrente
e la potenza della
resistenza è uguale al prodotto da il valore
della resistenza stessa e la corrente che
circola nella resistenza questa corrente
elevata quadrato. La resistenza può dissipare
l'energia in molti modi tuttavia alcuni di essi
sono fattibili altri non lo sono: la resistenza non
può dissipare la potenza attraverso un
movimento meccanico poiché non inizia a saltellare qua e di là, non può dissipare la potenza
attraverso un procedimento chimico poiché non è una testata nucleare o una bomba. Allora tutta la
disperazione della potenza avviene tramite l'dissipazione termica. La potenza termica che viene
dissipata a tre modi per essere dissipata: per convenzione, la conduzione, per irraggiamento.!
Per conduzione si ha una dissipazione termica e la formula per calcolare tale dissipazione e data
da una costante sbrigativa che moltiplica una differenza questa differenza è data da T2-T1. T2
della temperatura del resistore, mentre T1 è la temperatura che avrebbe il resistore se non
passasse corrente.!
!
Invece per convenzione la dissipazione deve essere pari a zero per fare ciò si mette una specie
materiale chiamato come elastomero attorno alla resistenza il quale evita possono piegare e quindi
trasportare l'energia dalla resistenza a qualche altra parte. Un'altra tecnica e di isolare
completamente la resistenza e quindi metterla nel vuoto.!
Mentre per quanto riguarda l'irraggiamento e quello che accade con le lampadine a
incandescenza. Quindi per evitare ciò si cerca di non far illuminare la resistenza come una
lampadina.Quindi anche l'irraggiamento è trascurabile poiché si dovrebbe avere un salto molto alto
di temperatura per avere questo fenomeno.!
Si usa una termocoppia per calcolare la differenza di temperatura. Come visto del ponte di W.
Questo fenomeno non si piaceva tuttavia in questo caso questo fenomeno ci piace molto e per
costruire tale fenomeno basti saldare tre
materiali di cui uno diverso dagli altri due e gli
altri due uguali ad esempio salvando i tre
materiali uno di seguito all'altro ( materiale
uno, materiali due, materiale tre) e il materiale
A. A. 2013 / 2014
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Elettronica applicata e misure
Lezione F2
uno uguale al materiale tra mentre il materiale due diverso dal dal materiale uno o tre.!
Quindi si ha un effetto un termoeltromotrice che è proporzionale al salto di temperatura.!
Quindi tale materiale uno e il materiale tre si mette un voltmetro il più possibile ideale. ! Quindi
modificando un la formula come si vede qui a destra. !
!
Ora rimane da fare la media (o l'integrale del segnale per calcolare il valore che ci interessa) che si
fa o con un filtro passa basso oppure con uno strumento meccanico che ha un polo proprio li dove
serve. Se c'è il polo meccanico è tutto a posto in caso contrario si mette un circuito con un polo. Di
solito a monte c'è un amplificatore. L'accuratezza dello strumento è molto elevata:!
RMS dell'ordine del per mille. 10^-3 o 10^-4 senza problema.!
!
Slide 23 - Voltmetro rms Analogico
Seguendo lo schema rappresentato in fondo, si hanno:!
• CT: modulo condizionatore per il segnale di tensione;!
• Moltiplicatore esegue analogicamente il prodotto v(t)·v(t) se i due segnali sono uguali allora si
eleva alla potenza di 2 il segnale.!
• Filtro: filtro di tipo passa basso per l’estrazione del valor medio!
• Radice quadrata: dispositivo analogico che fornisce in uscita la radice quadrata dell’ingresso (se
i due segnali sono uguali allora si eleva alla potenza di 2 il segnale).!
• Voltmetro c.c.: è un voltmetro a valor medio (esegue l’integrale).!
!
!
!
"
Questa tipologia di strumento a un'incertezza abbastanza elevata dovuta al moltiplicatore del
segnale e dovuto al modulo che esegue la radice quadrata.!
Quindi si chiama a valore efficace poiche non misura proprio il valore efficace.Ma si ci avvicina.!
Per eseguire la moltiplicazione basta utilizzare degli amplificatori logaritmici poiché la somma di
due logaritmi equivale al prodotto dei valori all'interno dei logaritmi e una volta fatta la somma di
due logaritmi basta utilizzare un modulo che risolvi l'anti logaritmico il quale è in grado di riportare
al valore finale.!
!
Esempio>> log(1)+log(100)!
!
ans =!
!
4.6052!
!
>> (2.7)^ans!
!
ans = 96.9401!
!
il logaritmo è nell'esempio in base al numero di Nepero approssimato (2,7).!
Per creare un modulo elettronico logaritmico ad utilizzare un amplificatore lineare. Se si
aggiungono finanziari circuiti si riesce a ottenere un qualcosa di un po' più carino.!
La radice quadrata basta moltiplicare per un 1/2, quindi anche in questo caso basta usare un
amplificatore logaritmo che attenui.!
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