Relazione di Elettronica Alunna : Arianna Vecchio Classe : 5°a Gruppo di lavoro : Barca Adele, Cammarere Roberta, Furfaro Giuseppe, Negrini Sandro Benedetto, Perrone Pasquale, Scidone Caterina, Vecchio Arianna. Titolo dell’esperienza: Verifica pratica di un astabile a trigger di Schmitt Invertente. Anno scolastico : 2011/2012

Indice Analitico Sommario………………………………………………………………………………Pag 3 Cenni Teorici: Generatore di onde rettangolari ……………Pag 4. A stabile a trigger di Schmitt invertente……...…………………..Pag 5 Componenti: Astabile ad amp. Operazionale…………………Pag 6 Risposta in tensione di un comparatore…………………………….Pag 7 Simulazione di un comparatore…………………………..…………......Pag 8 Carica relativa alla tensione di un condensatore .……………Pag 9 Grafico: Carica relativa alla tensione di un condensatore.Pag 10 Scarica relativa alla tensione di un condensatore …………..Pag 11 Grafico: arica relativa alla tensione di un condensatore …Pag 12 Carica di un condensatore relltiva all’intensità e alla tensione ai capi della resistenza………..……………………………………………….…….Pag 13 Scarica di un condensatore relativa all’intensità e alla tensione ai capi della resistenza ……..………………………………………………………..Pag 14 Carica e scarica di un condensatore relatva all’intensità di corrente elettrica………………………………………………………….………..Pag 15 Collaudo di un astabile con amplificatore operazionale…...Pag 16 Simulazione di un astabile a trigger di Schmitt invertente..Pag 17 Visualizzazione del segnale in uscita dall’astabile sull’oscilloscopio ………………………………………………………………..…..Pag 18 Collaudo:Circuito di carica e scarica del condensatore…..Pag 19 Modulazione delle frequenze con note musicali…………..……..Pag 20

Sommario: Con questa esperienza di laboratorio si è voluto verificare il corretto funzionamento di un astabile a trigger di Schmitt invertente. Senza introdurre alcun segnale in ingresso e alimentando opportunamente l’operazionale (in funzione di comparatore) ‘astable genera in output un onda quadra. Il suo funzionamento si basa sulla carica e la scarica di un condensatore”C” attraverso un circuito resistivo “R”. Con un oscilloscopio si è voluta visualizzare l’onda in output. Sono stati inoltre calcolati e tabulati i dati previsti in output e indispensabili al collaudo del circuito. costruendo un circuito costituito da più astabili e collegato ad un amplificatore acustico è stata riprodotta la scala di note musicali mediante la modulazione di ogni singolo potenziometro calcolata analiticamente grazie alla frequenza data di ogni singola nota. Per un ulteriore arricchimento sono stati simulati i circuiti elettronici mediante l’applicativo “Mltisim 09”. Tutte le elaborazioni dei dati richieste durante l’esperienza sono state effettuate mediante i software di elaborazione Microsoft Word e Microsoft Excel . Summary: Whit this laboratory experience we wanted to verify the proper operation of an astable to inverting Schmitt trigger. In this circuit without introducing any input control, the appropriate operational feeding (comparator function) is generated in a square wave output. The operation is based on charging and discharging a capacitor "C" through a resistive circuit "R". With an oscilloscope, you see the wave is desired output. Were also calculated and tabulated the data provided in the output and necessary testing of the circuit. To further enrich the circuits were simulated in order to complete the required experience through the application "Mltisim 09". All processing of data requests were processed using processing software or Microsoft Word and Excel.

Cenni teorici: Generatori di onde rettangolari Un generatore di onda rettangolare (o multivibratore astabile) è un circuito che,senza alcun comando in ingresso produce in uscita un segnale che commuta ciclicamente tra due livelli. Il suo funzionamento è basato sulla carica e la scarica di un condensatore (C) attraverso un circuito resistivo (R) che preleva una porzione di tensione in output per caricarsi. Il tempo di carica e di scarica del condensatore, e quindi la frequenza del segnale prodotto dipendono dalla costante di tempo τ = RC. Essendo un circuito privo d’ingresso il segnale d’uscita è generato dal rumore dei componenti presenti nel circuito. La costante di tempo all’istante t = 0 assume un valore fisso di 0.63. Il circuito che comanda il transitorio RC può essere realizzato con transistor, amplificatori operazionali, porte logiche o intrigati dedicati. Nel nostro caso utilizzeremo un amplificatore operazionale in funzione di comparatore. Il Comparatore Il comparatore è un circuito che fornisce in uscita un livello di tensione alto o basso, in base al risultato del confronto tra le tensioni d’ingresso con una o più tensioni di riferimento. Il comparatore a soglia singola non è altro che un amplificatore operazionale utilizzato ad anello aperto, cioè senza l’allegamento di altri componenti al circuito. Dalla sua caratteristica di trasferimento si deduce che: Per v+> v- l’uscita vale vo =+VSAT; Per v+< v- l’uscita vale vo =-VSAT. E’ quindi sufficiente porre un livello di tensione di riferimento (VREF) su un terminale e il segnale d’ingresso sull’altro terminale per dedurre, dallo stato dell’uscita, se la tensione d’ingresso ha superato o meno la tensione di riferimento. Tale tensione può essere prodotta in vari modi direttamente da un generatore di tensione, con un partitore di tensione alimentato da un generatore, mediante un potenziometro, con uno stabilizzatore a zener, tramite opportuni circuiti integrati, oppure può essere un’altra tensione variabile da confrontare con il segnale d’ingresso.

Astabile a trigger di Schmitt invertente Generalmente il funzionamento di un astabile a trigger di Schmitt invertente è realizzato mediante un amplificatore operazionale. Le tensioni di soglia hanno modulo identico, ma segno opposte coincidono con le tensioni all’ingresso non invertente quando l’uscita è pari a +VSAT o -VSAT. Se l’ampiezza massima del rumore è inferiore alla distanza tra le soglie detta isteresi in uscita non si verificano commutazioni. Il funzionamento di un trigger si basa sulle considerazioni successive: Per t = 0 si suppongono che vc (tensione ai capi del condensatore) = VT- (tensione di soglia negativa)e vo (tensione in uscita) = VOH (livello alto dell’onda quadra); C si carica tramite R e vc aumenta tendendo al valore VOH; Quando vc = VT+ l’uscita del trigger invertente commuta e si porta a VOL (livello basso dell’onda quadra); Ora C si carica attraverso R e vc tende al valore VOL; Quando vc = VT- l’uscita commuta e ritorna al valore VOH; Ed il ciclo si ripete. Per l’importanza rivestita dai comparatori con isteresi in numerose applicazioni, sarebbe bene analizzare le configurazioni più utilizzate per i trigger di Schmitt. Nota Bene: In sostanza bisogna sapere che tra la resistenza R e la tensione in output vi è u rapporto direttamente proporzionale, mentre tra il condensatore C e la tensione d’uscita vi è un rapporto inversamente proporzionale.

Componenti: Astabile ad amp. Operazionale Amp. Op. μA 741 R1= 12 k[Ω]; R2= 18 k[Ω]; R = 147 k[Ω]; C = 10 n[F] Strumentazione: Alimentatore duale; Oscilloscopio; Voltmetro. Software Utilizzati: Mulisim 09; Microsoft Exel; Microsoft Word; Microsoft Power Point Descrizione della Prova: Montare su breadboard il multivibratore astabile invertente con amplificatore operazionale invertente; Simulare il circuito mediante un software di simulazione; Rilevare analiticamente i dati utili al collaudo mediante un software di calcolo; Stabilire un tempo superiore a “5τ” e rilevare istante per istante i rispettivi valori della tensione di carica e scarica del condensatore “C” e della resistenza “R” mediante l’utilizzo di un voltmetro; Rappresentare tali valori graficamente mediante un software di calcolo; Misurare con l’oscilloscopio (o frequenzimetro) la frequenza d’onda quadra in uscita controllandola con quella prevista analiticamente; Verificare che la tensione di soglia ai capi del condensatore varia tra i valori delle soglie VT+ e VT- del Trigger invertente di Schmitt; In modulazione della frequenza individuare analiticamente il valore di ogni singola resistenza utile per riprodurre la scala di note musicali. Varianti: Per modificare il duty-cicle sostituire al resistore “R” un circuito formato da un blocco composto da una resistenza “R” di 50 k[Ω] ed un potenziometro “RPOT” da 100 k[Ω].

Simulazione di un comparatore

Carica di un condensatore relativa all'intensità di corrente ed alla tensione sulla resistenza

Scarica di un condensatore relativa all'intensità di corrente ed alla tensione sulla resistenza

Carica di un condensatore relativa all'intensità di corrente elettrica

Simulazione di un astabile a trigger di Schmitt invertente Carica e scarica di un condensatore Trigger di Schmitt invertente

Visualizzazione del segnale in uscita dall'astabile sull'oscilloscopio Realizzazione del circuito

Circuito di carica e scarica del condensatore Collaudo: Circuito di carica e scarica del condensatore Collaudo: Carica e scarica relativa alle tensioni ai capi del condensatore ed ai capi della resistenza “R”

Creazione del circuito riproduttore di note musicali