esperienza di laboratorio

IV lezione
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Tempi: 4 ore
Obiettivi: saper utilizzare un OpAmp conoscendo le sue caratteristiche utilizzando generatore di funzioni e oscilloscopio

Esperienza di laboratorio con amplificatori operazionali

Servendosi del data sheet dell' amplificatore operazionale TL081, montate sulla Breadbox il seguente circuito:

Collegate: il pin VCC dell' operazionale alla boccola ROSSA
il pin -VEE dell' operazionale alla boccola BIANCA
La MASSA alla boccola NERA
Il punto VO ad un BNC
I punti V1 e V2 a massa

Collegate gli strumenti come segue:

Predisposizione degli strumenti

1) Accendete gli strumenti.
2) Regolate il generatore di funzione come segue:
· Genera sinusoide f=1 KHz
· VAMPL = VPP = 1V (attenzione! HP8116 e AFG320 raddoppiano l' uscita)
· VOFF =VDC = 0V
3) Regolate l' oscilloscopio come segue:
· CH1 = CH2 Att. Verticale = 2V/div. Accoppiamento DC
· Base dei tempi 200 ms / div
4) Regolate le tensioni di uscita dell' alimentatore a VDD= -VEE = +15V. Per questa operazione servitevi del multimetro HP3478A.
5) Spegnete l' alimentatore
6) Collegate le uscite dell' alimentatore alle boccole della Breadbox e riaccendete l' alimentatore.

Azzeramento dell' offset dell' operazionale

Controllate che i punti V1 e V2 siano collegati a massa.
Agite sul trimmer P1 : 10 giri in senso orario + 5 giri in senso antiorario.
Modificate l' accoppiamento del canale 2 dell' oscilloscopio in GND.
Impostate la sensibilità verticale del canale 2 a 2 mV/div.
Controllate lo scostamento della traccia rispetto al riferimento ed annotatene il valore.
Modificate la sensibilità del canale 2: 50 mV/div.
Modificate l' accoppiamento del canale 2 dell' oscilloscopio in DC.
Agite sul trimmer P2 fino ad ottenere una differenza fra lo scostamento registrato in precedenza (offset dell' oscilloscopio) e quello misurato ora inferiore a +/- 2 mV. Agite sull' attenuazione verticale del canale 2 aumentandone via via la sensibilità.
Al termine di questa fase reimpostate la sensibilità del canale 2 a 2 V/div

Azzeramento del guadagno di modo comune

Modo Comune: collegate i punti V1 e V2 al punto I (BNC collegato al generatore di segnale).
Agite sul trimmer P1 fino ad annullare la componente di modo comune al morsetto di uscita. Aumentate via via la sensibilità del canale 2 fino a 20 mV/div.
Al termine di questa fase reimpostate la sensibilità del canale 2 a 2 V/div.

Analisi al morsetto non invertente

Collegate il punto V1 a massa e collegate il punto V2 al punto I.
Il circuito si comporta ora come un amplificatore non invertente.
Variate la frequenza del segnale in ingresso mantenendone costante l' ampiezza e riempite la seguente tabella:

Cercare la frequenza alla quale il guadagno dell' amplificatore diventa unitario.
In corrispondenza di tale frequenza si stimi la rotazione di fase misurando il ritardo fra punti omologhi del segnale di ingresso e di uscita (per esempio i punti di massimo in un periodo) e rapportando questo valore alla durata dell' intero periodo.
A bassa frequenza, aumentate l' ampiezza del segnale in ingresso fino ad osservare il clipping dell' uscita.

Misura dello Slew Rate

Impostate il generatore per generare un segnale rettangolare di ampiezza 1 VPP e frequenza 1 KHz.
Impostate la base dei tempi dell' oscilloscopio su 500 ns/div.
Misurate lo slew rate in salita ed in discesa e confrontatelo con il valore indicato sui data sheets.

Facoltativo 1 - Analisi del raddrizzatore a ponte

Aggiungete il seguente circuito e collegatelo come indicato:

Aumentare l' ampiezza del segnale generato fino a circa 2.5 VPP.
Osservare l' uscita dell' amplificatore.
Cosa succede se il segnale in ingresso è un segnale rettangolare Duty cycle = 50%, VDC=0V?


Facoltativo 2 - Analisi al morsetto invertente

Ripetere l' analisi precedente per il morsetto invertente. A questo scopo collegare il punto V2 a massa ed il punto V1 al punto I (BNC collegato al generatore di segnale).
Smontate tutto .
Prima di riporre le resistenze fisse nella busta misuratene l' effettivo valore.


Homework

Riportate su un grafico semilogaritmico l' andamento del modulo del guadagno in tensione in funzione della frequenza.
Valutate la frequenza di taglio e la pendenza per frequenze maggiori di essa.
Confrontate il valore del guadagno misurato a bassa frequenza con quello teorico calcolato conoscendo il vero valore delle resistenze.