Trigger di Schmitt invertente e non invertente;

Oscillatore ad onda quadra (OPAMP clock);

Rettificatore di precisione a singola semionda (superdiodo);

Oscillatore a ponte di Wien con limitatore di ampiezza.

Esperimento N.1 (Integratore non ideale invertente):

In questo primo esperimento abbiamo voluto verificare il funzionamento di un integratore ad OPAMP, dimostrando che esso si comporta come un filtro passa basso con frequenza di taglio

la resistenza di "damping" R serve ad evitare che una componente continua presente nel segnale di ingresso mandi in saturazione l'operazionale.

Schema del circuito

Per prima cosa abbiamo applicato al circuito un'onda quadra di ampiezza Vi_pp=1V e frequenza f=1kHz, ottenendo in uscita un'onda triangolare di ampiezza Vo_pp=248mV e abbiamo misurato una costante di tempo pari a:

poi abbiamo applicato in ingresso una tensione sinusoidale con ampiezza Vi_pp=1V e frequenza f = 1kHz ; abbiamo ottenuto in uscita una tensione sinusoidale in quadratura rispetto alla tensione di ingresso ( un coseno ).

Poiché la tensione di uscita è in quadratura rispetto alla tensione di ingresso, cioè ha l'andamento di un coseno, mentre la tensione di ingresso quello di un seno e poiché il coseno è l'integrale del seno risulta verificato il comportamento da integratore dell'OPAMP.

Esperimento N.2 (Trigger di Schmitt invertente e non invertente):

Un Trigger di Schmitt è un circuito comparatore che commuta la sua uscita dal valore alto al valore basso e viceversa quando l'ingresso varia al di sopra e al di sotto di una determinata tensione di riferimento.

A)  Configurazione invertente:

Il suo schema è il seguente:

la commutazione dell'uscita dovrà avvenire in questo modo:

se  

se  

Abbiamo quindi applicato all'ingresso invertente un segnale sinusoidale di ampiezza Vi_pp=4V e frequenza f=1kHz; in eccitazione abbiamo misurato i seguenti valori:

Vo_pp=22V

Vc_pp=1.2V

la commutazione avviene quindi questo modo:

se  

se  

con valori molto simili a quelli ottenuti con le formule.Simulando con PSPICE si ottiene:

B)  Configurazione non invertente:

Il suo schema è il seguente:

la commutazione dell'uscita dovrà avvenire in questo modo:

se  

se  

Abbiamo quindi applicato all'ingresso non invertente un segnale sinusoidale di ampiezza Vi_pp=4V e frequenza f=1kHz; in eccitazione abbiamo misurato i seguenti valori:

Vo_pp=22V

Vc_pp=1.2V

la commutazione avviene quindi questo modo:

se  

se  

con valori molto simili a quelli ottenuti con le formule. Simulando con PSPICE si ottiene:

Se aumentiamo la tensione di ingresso fino ad un valore di f=11.15kHz la tensione di uscita diventa triangolare.

Esperimento N.3 (Oscillatore ad onda quadra detto anche OPAMP clock):

Questo circuito è un oscillatore lineare che appartiene alla categoria dei multivibratori astabili.

Un multivibratore si dice astabile se non ha alcuno stato stabile.

Questo è proprio il caso dell'OPAMP clock che non fa altro che oscillare tra Vcc e Vee; esso è basato su un trigger di Schmitt (esaminato nell'esperienza precedente), ma ha una rete RC di reazione tra l'uscita e l'ingresso.

Schema del circuito

Dopo aver alimentato il circuito abbiamo osservato la seguente forma d'onda all'uscita e al nodo B:

e abbiamo misurato che:

Vo_pp=21.6V   con frequenza f=500Hz

Il valore teorico che ci aspettavamo è dato dalla formula:

con

Esperimento N.4 (rettificatore di precisione a singola semionda detto anche superdiodo):

Questo circuito non fa altro che rettificare perfettamente il segnale per una semionda cioè solo per mezzo periodo del segnale applicato, mentre il segnale di uscita è nullo per la restante semionda. Poiché il circuito è stato da noi realizzato usando l'ingresso dell'OPAMP invertente ( - ), allora l'uscita sarà nulla durante la semionda positiva dell'ingresso, mentre sarà uguale all'ingresso ma invertita durante la semionda negativa.

Schema del circuito

In ingresso (quello invertente) abbiamo fornito un segnale sinusoidale di ampiezza Vi_pp=500mV e frequenza f=1kHz, in questo modo abbiamo osservato in uscita il comportamento del circuito come raddrizzatore, ottenendo sull'oscilloscopio la seguente schermata:

Esperimento N.5 (oscillatore a ponte di Wien con limitatore di ampiezza):

Esso fa parte della categoria degli oscillatori sinusoidali; presenta due percorsi di reazione, una positiva (formata da una rete RC) che serve a riportare il segnale in fase all'ingresso e determina la frequenza di oscillazione, e una negativa (formata da due resistenze) che determina il guadagno dell'OPAMP.

Schema del circuito

in uscita abbiamo misurato mediante l'oscilloscopio un'oscillazione sinusoidale di frequenza f=1.4Khz:

Come si può vedere dal grafico il limitatore composto dai due diodi e dalle resistenze R₁, R₂, R₃, R₄ costituisce un limitatore d'ampiezza delle oscillazioni, infatti quando l'uscita supera un certo valore si accende uno dei due diodi e ciò riduce il guadagno dello stadio non invertente.

Facendo poi l'analisi di Fourier sempre mediante l'oscilloscopio abbiamo potuto visualizzare l'armonica principale sulla frequenza f₀=1.4kHz e le armoniche secondarie sulle frequenze f₁=4.1kHz e f₁=6.8kHz:

Matematicamente la frequenza di oscillazione è dell'oscillatore è:

che è quindi molto vicina a quella reale.