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ESERCITAZIONE DI LABORATORIO ELETTRONICO

elettronica


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ESERCITAZIONE DI LABORATORIO ELETTRONICO

 



 

Con questo documento si é voluto rappresentare come si passa dalla programmazione all'attuazione di una esercitazione nel Laboratorio di Elettronica dell'Istituto Professionale IPSIA "F. Fossati" di Sondrio e come un alunno della classe 3a di Operatore Telecomunicazioni relaziona il lavoro svolto.

 

 

SCHEDA DI PROGRAMMAZIONE predisposta nel piano di lavoro individuale

ATTUAZIONE IN CLASSE presentazione dell'esperienza con spiegazione

RELAZIONE DELL'ESPERIENZA relazione svolta da un alunno

VERIFICA prova semi strutturata per la verifica dell'apprendimento


SCHEDA DI PROGRAMMAZIONE

SCHEDA DI PROGRAMMAZIONE

a.s. 1999 - 2000

Prof. Vittorio Crapella

Sez di Qualifica: : OPERATORE TELECOMUNICAZIONI

Classe: 3a TELECOMUNICAZIONE

Disciplina: LABORATORIO DI ELETTRONICA - ESERCITAZIONI PRATICHE

Monte ore annuo: 208

Modulo n. 1 Unità n. 1.5

Titolo del modulo: DISPOSITIVI ELETTRONICI DI BASE

Titolo dell'unità didattica:

UD.1.5 - FILTRO PASSA BANDA CON OPERAZIONALE

Prerequisiti:

Conoscenza delle leggi fondamentali dell'elettronica . Saper usare la strumentazione di laboratorio (alimentatore, generatore, oscilloscopio, frequenzimetro).

Obiettivi:

Conoscere i principali FILTRI con operazionali e il loro principio di funzionamento. Saper disegnare lo schema e dimensionare i componenti in funzione della frequenza desiderata. Saper 131e45b realizzare il circuito, verificare il funzionamento e rilevare le forme d'onda con misurazione delle frequenze di taglio mediante oscilloscopio e frequenzimetro.

Contenuti:

Realizzazione del circuito pratico con basetta bread-board. (Tot. ore 1)
Verifica del funzionamento e rilievi di tensioni mediante strumentazione. (Tot. ore 3)
Simulazione a PC del funzionamento e misurazioni con l'uso di Workbenck. (Tot. ore 2)
Compilazione quaderno degli appunti con schema, spiegazione funzionamento, e tabelle con i rilievi effettuati. (Tot. ore 2)
Verifica di apprendimento mediante prova semi-strutturata con correzione . (Tot. ore 1)

Metodi di insegnamento:

Spiegazione, lezione frontale, del funzionamento dei filtri con operazionali richiamo dei concetti di base (reazione, sfasamento), dimensionamento dei componenti .  (Tot. ore 1)

Mezzi e strumenti di lavoro:  componenti elettronici - breadboard - alimentatore - generatore B.F. - oscilloscopio fotocopie - PC - orcad - Workbenck

Ambiente:    LABORATORIO TELECOMUNICAZIONI MR3

Tempi e periodo di effettuazione: COMPLESSIVE ORE 10 primo periodo

Strumenti di verifica: prove pratiche - grafiche e semistrutturata


ISTRUZIONE PROFESSIONALE

ESERCITAZIONI - PRATICHE 3a - "OPERATORE TELECOMUNICAZIONI"

FILTRO PASSA-BANDA A REAZIONE MULTIPLA

MODULO 1.5

SCHEMA:

SPIEGAZIONE:

 

Si chiama a reazione multipla perché dall'uscita si riporta segnale verso l'ingresso attraverso due rami uno capacitivo e uno resistivo.  

Dalla teoria sappiamo che un filtro passa banda é caratterizzato da una  frequenza di risonanza Fo  e dalla larghezza di banda  B = F2 - F1  frequenze di taglio superiore ed inferiore determinate sulla curva di risposta a - 3dB del valore a Fo o pari al 70 %  del valore max .      

Il rapporto fra  Fo e B danno origine ad un numero chiamato fattore di merito che si indica con Q e che ci indica quanto il circuito é selettivo (più il Q é elevato più la banda é stretta)

            Q = Fo / B

Infatti per ottenere un numero di Q alto deve essere B piccolo.

Il circuito raffigurato si presta per realizzare circuiti passa banda a basse frequenze per Q non superiori a 10.

Essendo il filtro di tipo attivo  (dovuto all'amplificatore OP) vi sarà  anche un guadagno alla Fo che si indica con:

  Go = R3 / 2 R1     da cui   R3 =  2 Go R1

Esiste una relazione tra  Q e Go tale da imporre   Q > Go / 2     dove   Q <10

La frequenza di  risonanza Fo  é:


DIMENSIONAMENTO DEI COMPONENTI:

Per il dimensionamento bisogna imporre i dati desiderati tenendo presente

quanto precedentemente esposto.

Il dati fondamentali saranno  Fo,  B , Go  inoltre si impone un valore a 

C  a piacere ( ordine di grandezza  dei nF).

Esempio: Progettare un filtro passa banda con

Fo = 800 Hz , Go =1 , B = 100 Hz.  e  C = 10 nF

sarà          Q = Fo / B  =   800 / 100  =  8 

R1 = 8 / 6,28 x 800 x 10 nF =  159 Kohm - Valore commerciale   150 K

R2 = 8 /6,28 x 800 x 10 x 127 = 1,25 Kohm - Valore commerciale 1,2 k

R3 = 2 x 1 x 150 =  300  Kohm - Valore commerciale  330 K

Considerato che i valori di R1 e R3 sono stati approssimati ai valori



commerciali ne consegue che per poter tarare il filtro sulla

frequenza voluta sarà necessario agire su R2 (trimmer da 2K).

SCHEDA DI LAVORO:

1) - Realizza su bread-bord il circuito dello schema, alimentalo con

     tensione duale e manda un segnale d'ingresso con il generatore

     di BF di  1 Vpp alla frequenza di 800 Hz.

2) - Tara il trimmer affinché l'uscita abbia la massima ampiezza

     cioè risuoni su Fo.

3) - Varia la frequenza del generatore verso il basso e poi verso

     l'alto affinché l'uscita diventa 0,7 rispetto al valore massimo

     alla Fo e annotate la F1 (bassa) e F2 (alta) e ricavate B=F2-F1.

4) - Ricava per punti la curva di risposta  (tre ricavati al punto 3)

     a partire da 300 Hz  a salire fino a 1300 Hz circa.

5) - Sposta il trimmer  prima tutto antiorario e poi tutto in senso

     orario e rimisura la frequenza di risonanza in entrambi i casi,

     annotando sempre la massima tensione alla risonanza,

     le F1 e F2 come al punto 3 e la B.

6) - Verifica che il Go, la B corrisponda a quello ipotizzato con i

     calcoli.


Relazione relativa allo studio di un filtro passa banda a reazione multipla.

di Cometti Claudio       Classe 3° Operatore Telecomunicazioni.       Sondrio 1/05/2000

Obiettivi:

1. Disegnare un filtro passa banda a reazione multipla.

2. Calcolare il valore dei componenti affinché si abbiano i seguenti valori: Fo (frequenza di risonanza) =425 Hz , B (banda passante ) =80 Hz , Go (guadagno alla frequenza di risonanza) = 2.

3. Montaggio del circuito in questione su di una Break-Board.

4. Effettuare i collegamenti del caso e mediante strumenti quali : oscilloscopio, alimentatore e, generatore di funzioni ricavare la curva di risposta .

5. Ricavare tramite le misure i parametri caratteristici di un circuito risonante, verificare quindi se i valori misurati corrispondevano all'incirca a quelli calcolati facendo le opportune considerazioni.

6. Verifica con simulatore software WorkBench mediante PC.

Schema elettrico :


Valori dati : Fo = 425 Hz / B =80 Hz / Go =2.

Valori calcolati :

Calcolo la cifra di merito Q che esprime la selettività del circuito conoscendo

la frequenza di risonanza Fo e la banda passante B.

Fissando la capacità C = 10 nF , e conoscendo Q, Fo e Go,

con le formule date posso calcolare R1, R2 e R3.

I valori commerciali saranno :

R1 = 100 KOhm - R2 = 3,9 KOhm - R3 = 390 KOhm

Parte pratica :

Ho realizzato il montaggio del circuito rappresentato precedentemente in figura su di una Bread-Board alimentandolo successivamente con una alimentazione di tipo duale ±12V.               Dopo aver predisposto i vari strumenti necessari ad effettuare le misure (oscilloscopio e generatore di funzioni ) ed aver effettuato gli opportuni collegamenti ho regolato l'ampiezza del segnale in ingresso tramite il generatore ad un valore pari ad 2 Vpp.

Si è poi osservato l'andamento del segnale in uscita al variare dei valori di frequenza ricavando la conseguente curva di risposta e potendo fare quelle che saranno le successive osservazioni.

Curva di risposta ricavata :

Ho cercato la frequenza di risonanza Fo cambiando frequenza del generatore osservando l'istante in cui il segnale d'uscita diventasse il massimo possibile , ho letto una Fo = 400 Hz e ho misurato l'ampiezza d'uscita che é risultata di 3,95Vpp. Sapendo che per definizione le frequenze di taglio F1 e F2 sono quelle frequenze per le quali il segnale d'uscita diventa il 70% del suo valore massimo, ho calcolato il 70% del segnale max d'uscita.        Vout(F1,F2) = 3,95 x 70/100 = 2,765 V (circa 2,8V)

Ho regolato il generatore affinché si verificasse quanto appena detto e ho preso nota della frequenza F1= 375 Hz e F2= 450 Hz

Sapendo che la banda passante é B= F2-F1 ho trovato B= 450-375 = 75Hz


TABELLA DEI RISULTATI OTTENUTI

Vin = 2Vpp cost.

F (Hz)

Vout (V)

100

0,22

150

0,4

200

0,62

250

1,1

300




1,6

375

2,8

400

3,95

450

2,8

500

1,6

550

1,2

600

0,9

650

0,7

700

0,62

750

0,4

800

0,24

Riportando i dati ricavati, cioè l'ampiezza del segnale d'uscita in funzione della frequenza del segnale d'entrata, in una tabella ho potuto con Excel ricavare il seguente grafico:


 

Analisi dei risultati:

Confrontando i risultati ottenuti con quelli voluti posso affermare che pur essendo leggermente diversi sono soddisfacenti infatti i guadagno é praticamente uguale 1,975 invece di 2, la banda passante B invece di 80 Hz risulta di 75Hz e la frequenza di risonanza Fo invece di 425 Hz risulta 405 Hz circa il 5% in meno del voluto.

Queste differenze sono dovute principalmente a due motivi:

- approssimazione dei componenti ai valori commerciali,

-         tolleranza dei componenti (avrebbero dovuto essere di precisione, resistenze all'1% e capacità con coefficiente di temperatura del tipo NP0).


VERIFICA CON ELETTRONIC WORKBENCH

Il software EWB si presta ad essere utilizzato per simulare virtualmente circuiti come quello realizzato praticamente in laboratorio su bread-bord.

EWB inoltre permette di visualizzare direttamente sul monitor la risposta del filtro come se si disponesse di un analizzatore spettrale.

La funzione Bode Plotter di EWB corrisponde ad avere un generatore "swippato" (generatore a spazzolamento) che genera segnali a frequenza in continuo cambiamento compreso tra un minimo e un massimo (in questo caso tra 60Hz e 2KHz).

Anche in laboratorio si potrebbe realizzare la stessa cosa utilizzando appunto un generatore B.F. a spazzolamento e un oscilloscopio con ingresso X-Y dove in X entra il segnale d'uscita del filtro e in Y entra lo stesso segnale a dente di sega che comanda lo swip del generatore.

Osservando quanto il Bode Plotter ha tracciato e spostandosi con il cursore (mediante le frecce -> <- ) si può leggere la frequenza e i decibel dB relativi al segnale d'uscita. Come si puó osservare  la frequenza di risonanza risulta essere Fo= 416 Hz.


Usando la stessa tecnica di regolazione mi sono spostato a - 3dB rispetto al massimo (5,8 dB) che corrisponde al 70% di prima e ho letto sia F1 sia F2 ottenendo:

F1= 376 Hz e F2= 459 Hz

da qui B= F2-F1 = 459-376= 83 Hz

Come si può osservare mediante EWB avendo componenti ideali si ottengono risultati più soddisfacenti per quanto concerne la frequenza di risonanza Fo mentre per gli altri valori siamo all'incirca con la stessa tolleranza di quelli ottenuti con l'esperimento pratico in laboratorio.

VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

Dato il seguente grafico determina:

·        La frequenza di risonanza Fo = ........

·        Le frequenze di taglio indicandole sul grafico F1 = .... e F2 =.....

·        La banda passante B = ........

·        Il fattore di merito Q = ........

·        Il fattore di merito Q esprime ............................................................................

·        Cosa intendi per selettività .....................







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