Misure Termomeccaniche per Sist. Energ.
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Misure Termomeccaniche per Sist. Energ. MENR (A. A. 2012-2013) Esercitazione di laboratorio n. 5 E’ dato un sistema di acquisizione digitale, costituito da un PC pentium dual core, equipaggiato con scheda di acquisizione dati (NI 6052E) e unità terminale (NI ELVIS) per generazione ed acquisizione di segnali analogici e dati digitali. Il sistema è programmato mediante software dedicato (LabView 8.2™) per eseguire simultaneamente una generazione di segnale in uscita e un’acquisizione in ingresso. Sulla piastra di prototipazione dell’unità terminale (breadboard) è montato un filtro RC amplificato, il cui schema è riportato sotto in figura. 1. Si generi un segnale sinusoidale d’ingresso al filtro attivo (RC) con frequenza a piacere. Osservando le forme d’onda sullo schermo, si determini quali frequenze di campionamento in uscita fD/A e in ingresso fA/D al sistema automatico sono ritenute corrette per il segnale prescelto. 2. Si determini il guadagno G e la frequenza di taglio ft del filtro attivo. Variando la frequenza del segnale in ingresso al filtro, stabilire qual’è la corretta frequenza di campionamento (minima) in corrispondenza della frequenza di taglio ft del filtro, sia per il segnale generato (fD/A) sia per il segnale acquisito (fA/D). 3. Verificare lo scostamento % tra la ft e il guadagno G teorici del filtro e quelli rilevati sperimentalmente, tenendo presente che la frequenza di taglio del filtro attivo vale 1 ft = mentre la funzione di trasferimento (guadagno + risposta in frequenza) 2π ⋅ R f C f è R Vout 1 =− f × con R1 = 2,2 kΩ; Rf = 10 kΩ; Cf = 0.1 μF (valori nominali) Vin R1 1 + jωR f C f 4. Utilizzando un segnale in ingresso ad onda quadra, determinare per quale banda di frequenze il filtro attivo RC funziona correttamente da “integratore di segnale” e con quali frequenze di campionamento fD/A ed fA/D dei rispettivi convertitori Digitale/Analogico e Analogico/Digitale. ( Allegati: NI ELVIS introductory flyer; Amp Op UA741CN data sheet ) Lab 1 NI ELVIS Ambiente di sviluppo L’ambiente di sviluppo di NI ELVIS consiste in una parte hardware, per la realizzazione di circuiti e l’interfacciamento delle esperienze, e in una parte software. Il software NI ELVIS, completamente creato in LabVIEW, consta di due parti: gli strumenti soft front panel (SFP) e le API di LabVIEW, che sono dei VI aggiuntivi di LabVIEW per il controllo personalizzato e l’accesso alle caratteristiche della workstation del banco di prova di NI ELVIS. Obiettivi Questa esperienza introduce alla workstation NI ELVIS per mostrare come possano essere misurate le proprietà dei componenti elettronici. I circuiti vengono dapprima realizzati su una scheda prototipi e quindi analizzati con la suite software NI ELVIS di soft front panel (SFP) basati su LabVIEW o di altri strumenti software. Inoltre questa esperienza mostra l’uso di NI ELVIS all’interno dell’ambiente di programmazione di LabVIEW. National Instruments Corporation 1-1 NI ELVIS – Introduzione UA741 GENERAL PURPOSE SINGLE OPERATIONAL AMPLIFIER ■ LARGE INPUT VOLTAGE RANGE ■ NO LATCH-UP ■ HIGH GAIN ■ SHORT-CIRCUIT PROTECTION ■ NO FREQUENCY COMPENSATION ■ REQUIRED N DIP8 (Plastic Package) ■ SAME PIN CONFIGURATION AS THE UA709 DESCRIPTION The UA741 is a high performance monolithic operational amplifier constructed on a single silicon chip. It is intented for a wide range of analog applications. D SO8 (Plastic Micropackage) ■ Summing amplifier ■ Voltage follower ORDER CODE ■ Integrator Package Part Number ■ Active filter ■ Function generator The high gain and wide range of operating voltages provide superior performances in integrator, summing amplifier and general feedback applications. The internal compensation network (6dB/ octave) insures stability in closed loop circuits. Temperature Range UA741C 0°C, +70°C UA741I -40°C, +105°C UA741M -55°C, +125°C Example : UA741CN N D • • • • • • N = Dual in Line Package (DIP) D = Small Outline Package (SO) - also available in Tape & Reel (DT) PIN CONNECTIONS (top view) 1 8 2 7 3 6 4 5 November 2001 1 - Offset null 1 2 - Inverting input 3 - Non-inverting input 4 - VCC5 - Offset null 2 6 - Output 7 - VCC+ 8 - N.C. 1/5 UA741 SCHEMATIC DIAGRAM Non-Inverting input Vcc+ Q8 Q12 Q9 Q13 Inverting input Q1 Q2 C1 30pF Q14 R7 4.5kΩ Q18 Q3 R5 39kΩ Q4 Q15 R9 25Ω R8 7.5kΩ Output R10 50Ω Q16 Q7 Q17 Q20 Q5 Q10 Q6 Q11 Q22 Offset null 1 R3 50kΩ R1 1kΩ R2 1kΩ R4 5kΩ R12 50kΩ R11 50Ω Vcc- Offset null 2 ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Symbol Parameter UA741C Unit Supply voltage ±22 V Vid Differential Input Voltage ±30 V Vi Input Voltage ±15 V 500 mW 1) Power Dissipation Output Short-circuit Duration Toper Operating Free-air Temperature Range Tstg Storage Temperature Range 2/5 UA741I VCC Ptot 1. UA741M Infinite -55 to +125 -40 to +105 -65 to +150 Power dissipation must be considered to ensure maximum junction temperature (Tj) is not exceeded. 0 to +70 °C °C UA741 ELECTRICAL CHARACTERISTICS VCC = ±15V, Tamb = +25°C (unless otherwise specified) Symbol Parameter Min. Typ. Max. Vio Input Offset Voltage (Rs ≤ 10kΩ) Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax 1 5 6 Iio Input Offset Current Tamb = +25°C T min ≤ Tamb ≤ Tmax 2 30 70 Iib Input Bias Current Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax 10 100 200 Avd Large Signal Voltage Gain (Vo = ±10V, R L = 2kΩ) Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax 50 25 200 SVR Supply Voltage Rejection Ratio (Rs ≤ 10kΩ) Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax 77 77 90 mV nA nA V/mV dB ICC Supply Current, no load Tamb = +25°C T min ≤ Tamb ≤ Tmax Vicm Input Common Mode Voltage Range Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax CMR Common Mode Rejection Ratio (RS ≤ 10kΩ) Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax 70 70 90 Output short Circuit Current 10 25 12 10 12 10 14 13 0.25 0.5 IOS Output Voltage Swing Tamb = +25°C ±Vopp SR tr Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax mA 1.7 V RL RL RL RL dB = 10kΩ = 2kΩ = 10kΩ = 2kΩ Slew Rate Vi = ±10V, R L = 2kΩ, CL = 100pF, unity Gain 40 mA V V/µs µs Rise Time Vi = ±20mV, R L = 2kΩ, CL = 100pF, unity Gain 0.3 Overshoot Vi = 20mV, RL = 2kΩ, CL = 100pF, unity Gain Ri Input Resistance 0.3 2 GBP Gain Bandwith Product Vi = 10mV, R L = 2kΩ, CL = 100pF, f =100kHz 0.7 1 THD Total Harmonic Distortion f = 1kHz, Av = 20dB, R L = 2kΩ, Vo = 2V pp, C L = 100pF,Tamb = +25°C ∅m 2.8 3.3 ±12 ±12 Kov en Unit % 5 MΩ MHz % 0.06 Equivalent Input Noise Voltage f = 1kHz, Rs = 100Ω 23 nV -----------Hz Phase Margin 50 Degrees 3/5 UA741 PACKAGE MECHANICAL DATA 8 PINS - PLASTIC DIP Millimeters Inches Dim. Min. A a1 B b b1 D E e e3 e4 F i L Z 4/5 Typ. Max. Min. 3.32 0.51 1.15 0.356 0.204 0.020 0.045 0.014 0.008 0.065 0.022 0.012 0.430 0.384 0.313 2.54 7.62 7.62 3.18 Max. 0.131 1.65 0.55 0.304 10.92 9.75 7.95 Typ. 0.100 0.300 0.300 6.6 0260 5.08 3.81 1.52 0.200 0.150 0.060 0.125 UA741 PACKAGE MECHANICAL DATA 8 PINS - PLASTIC MICROPACKAGE (SO) s b1 b a1 A a2 C c1 a3 L E e3 D M 5 1 4 F 8 Millimeters Inches Dim. Min. A a1 a2 a3 b b1 C c1 D E e e3 F L M S Typ. Max. Min. Typ. Max. 0.1 1.75 0.25 1.65 0.004 0.069 0.010 0.065 0.65 0.35 0.19 0.25 0.85 0.48 0.25 0.5 0.026 0.014 0.007 0.010 0.033 0.019 0.010 0.020 4.8 5.8 5.0 6.2 0.189 0.228 0.197 0.244 45° (typ.) 1.27 3.81 3.8 0.4 0.050 0.150 4.0 1.27 0.6 0.150 0.016 0.157 0.050 0.024 8° (max.) Information furnished is believed to be accurate and reliable. However, STMicroelectronics assumes no responsibil ity for the consequences of use of such information nor for any infring ement of patents or other righ ts of third parties which may result from its use. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of STMicroelectronics. Specifications mentioned in this publication are subject to change witho ut notice. This publ ication supersedes and replaces all information previously supplied. STMicroelectronics products are not authorized for use as critical components in life suppo rt devices or systems withou t express written approval of STMicroelectronics. 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