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RELAZIONE DI ELETTRONICA I.T.I.S. S. Fedi - Pistoia

elettronica



RELAZIONE DI ELETTRONICA

I.T.I.S. S. Fedi - Pistoia


GRUPPO: Lorenzo Cavicchi, Pini Damiano

CLASSE: IV AK

A.S.


Titolo esperienza: 

Analisi di un circuito fissatore e di un moltiplicatore di tensione





Descrizione:




Schema :




























































Strumenti:

generatore di segnali EM 135 M UNAOHM (resistenza interna 50 W

oscilloscopio PHILIPS PM 3206 15 MHz

multimetro digitale METRIX MX 545


Premesse teoriche:


In questa esperienza abbiamo analizzato due circuiti importanti nel campo di applicazione dei diodi: circuiti fissatori e moltiplicatori di tensione (rispettivamente primo e secondo schema).

Nel primo caso il circuito funziona come un traslatore di tensione: in realtà abbiamo uno spostamento dell'onda come se avessimo inserito una componente continua. La traslazione del segnale dipende naturalmente dalla disposizione del diodo: in questo caso abbiamo una traslazione del segnale nel quadrante negativo (come si vede in figura).

Per meglio comprendere il funzionamento del circuito occorre un'analisi più dettagliata esaminando i tempi e quindi la carica e la scarica del condensatore. Supponiamo di essere di essere all'istante t=t0 : la resistenza interna del diodo in conduzione è sicuramente molto inferiore a quella del carico, mentre la resistenza interna del diodo in interdizione è nettamente superiore al carico; supponiamo quindi che la tensione di conduzione sia prossima a 0 per semplificare le operazioni.

Se in ingresso poniamo una forma d'onda come una sinusoide, quando questa sale da 0 a Vp avremo una carica del condensatore con una costante di tempo espressa dalla formula:

 , dove R rappresenta il carico, Rf la resistenza interna del diodo e Rs la resistenza interna del generatore. La tensione sul carico potrà salire di un valore infinitesimo dato che la maggior parte della caduta è su Rs e molto meno sul parallelo R//Rf.

All'istante t=t1 (alla fine del fronte di discesa della sinusoide) avremo soltanto una piccola attenuazione del segnale di ingresso dovuta al partitore con la piccola resistenza interna del generatore:

 

Naturalmente il condensatore comincerà a scaricarsi soltanto quando il segnale sarà prossimo allo 0 con costante di tempo:

Come si può intuire dall'analisi delle costanti di tempo, è importante dimensionare i componenti in modo da far caricare e scaricare il diodo correttamente. E' quindi importante rispettare il più possibile la seguente relazione:

 , dove con T indichiamo il periodo del segnale.


I moltiplicatori di tensione, invece, sono circuiti che, disponendo di una tensione alternata in ingresso, forniscono in uscita una tensione continua di valore più elevato. Per l'illustrazione di questo circuito è preferibile ricorrere ancora una volta alla suddivisione temporale per poter analizzare le cariche e le scariche dei condensatori.



Per cui abbiamo (supponendo in ingresso un'onda sinusoidale):

da 0 a T/4 (dove T è il periodo del segnale) abbiamo la carica di C1 fino a Vp attraverso D1, mentre D2 risulta polarizzato inversamente;

da T/4 a T/2 tutti e due i diodi sono interdetti e C1 non può scaricarsi perché abbiamo C2 che interrompe il collegamento con R;

da T/2 a 3T/4, abbiamo D2 in conduzione e quindi C2 si carica ad una tensione pari a Vp con la stessa polarità di C1.

Ecco perché in uscita abbiamo un raddoppio della tensione: i condensatori infatti tenderanno a scaricarsi sul carico R (tanto è più piccolo il suo valore, tanto maggiore sarà l'ondulazione sul carico stesso).


Procedimento:

Per meglio analizzare la realizzazione delle due esperienze, è meglio analizzarle individualmente.


I° esperienza

Montare il circuito riportato nello schema 1 calcolando il valore di resistenza e capacità assicurandosi che t sia > di 3msec. Applicare quindi un segnale sinusoidale di frequenza 1kHz e visualizzare sull'oscilloscopio la forma d'onda così ottenuta.


Per prima cosa abbiamo stabilito quali componenti adottare per la realizzazione del circuito su bread board . Per rispettare la sostante di tempo, abbiamo prefissato un valore di capacità di 150 nF e quindi ci siamo calcolati il valore della resistenza pari a 22 kW (valore disponibile commercialmente); infine abbiamo scelto un diodo 1N4007.

Abbiamo quindi applicato il segnale al circuito e abbiamo posto l'oscilloscopio come indicato nello schema: in uscita risultava un'onda traslata nel quadrante negativo leggermente deformata come risulta dal disegno a fianco. Quello spianamento presente sulla sommità dell'onda è causata in realtà dalla caduta di tensione sulla resistenza interna dell'alimentatore: nonostante si abbia una resistenza di carico molto grande, quella dell'alimentatore non appare del tutto trascurabile.

Per quanto riguarda questa  esperienza, possiamo solo prendere atto del fatto che abbiamo lo spostamento dell'onda verso il quadrante negativo con la presenza di cadute di tensione parassite che ne cambiano la forma.



2° esperienza

Montare il circuito riportato nello schema 2 dimensionando i componenti e applicando un'onda sinusoidale della frequenza di 1kHz e un'onda quadra della frequenza di 1 kHz e 100 Hz. Verificare quindi la risposta del circuito con oscilloscopio (se possibile) o tramite multimetro riportando le forme d'onda ottenute.


In realtà abbiamo utilizzato un potenziometro al posto di una resistenza: questo per meglio studiare il comportamento del circuito. Per evidenziare quindi la carica e la scarica dei condensatori possiamo porre la costante di tempo uguale ad 1 msec (periodo del segnale da applicare con maggiore frequenza) e pongo un valore di capacità in modo da ricavarmi il valore massimo che dovrà avere il nostro carico: così facendo quando diminuiremo la tensione si avrà una costante di tempo più bassa e una più evidente ondulazione.

Porremo quindi:

Fissando 10 pF come capacità, si otterrà un valore di resistenza di 50 kW approssimabile anche a 43 kW (potenziometro disponibile).

A questo punto siamo pronti a effettuare le prove, ma con qualche inconveniente. Infatti non è possibile misurare coll'oscilloscopio la tensione ai capi del carico perché non abbiamo un riferimento di massa; pertanto dovremo limitarci a visualizzare con l'oscilloscopio la tensione ai capi dei condensatori. Così facendo ci accorgiamo che applicando l'onda sinusoidale con il carico di grandezza massima sono presenti delle oscillazioni minime che rivelano la presenza di una sostanziosa presenza di una componente continua; se invece abbassiamo il valore del carico appaiono sempre più visibili i transitorie quindi crescono le ondulazioni.

La stessa cosa quando applichiamo l'onda quadra a frequenza 1 kHz, ma quando invece poniamo la stessa onda a 100 Hz in realtà il t rimane sempre piccolo nei confronti del segnale, per cui abbiamo sempre dei transitori che escludono la possibilità di avere componenti continue apprezzabili.

Un'ulteriore verifica per poter cogliere la componente continua del segnale sul carico è quella di effettuare una misura di tensione continua con il multimetro: applicando per esempio in ingresso una tensione con valore efficace di circa 3 V, avremo una tensione continua in uscita di circa 5 V.



Conclusioni :

Per quanto riguarda la prima esperienza, non ci sono state difficoltà rilevanti: sull'oscilloscopio abbiamo ottenuto la forma d'onda che ci aspettavamo e il piccolo schiacciamento sulla sommità dell'onda era frutto di cadute di tensione parassite all'interno del circuito.

Per quanto riguarda la seconda esercitazione, invece, le cose sono state più complicate: non era possibile avere una visualizzazione dell'uscita mediante l'oscilloscopio, per cui ci siamo dovuti affidare al multimetro per la misura delle componenti continue ed alternate. Abbiamo potuto osservare la deformazione del segnale soltanto ai capi dei condensatori per renderci conto dell'influenza della variazione del carico e della frequenza per quanto concerne la carica e la scarica dei condensatori.








Data: 14 gennaio 2000 Firma allievo:





(Cavicchi Lorenzo)




__________ ______ ____ _____________

(Pini Damiano)



Osservazioni e giudizio dell'insegnante:











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Apprezzato: scheda appunto

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