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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

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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

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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 .

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.

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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 ComparatoreIl 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.

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Astabile a trigger di Schmitt invertenteGeneralmente 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.

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Componenti: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].

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Risposta in tensione di un comparatore.

Calcolo dei valori di saturazione +VSAT e -VSAT.

+Vcc = 15 [V] -Vcc = -15 [V]

+VSAT = +Vcc-2 = 13 [V] -VSAT = -Vcc+ 2 = -13 [V]

V+ [V] V- [V] DVd [V] Ad Vo Prova N°1 1 0 1 200000 13

Prova N°2 2 0 2 400000 13

Prova N°3 3 0 3 600000 13

Prova N°4 0 1 -1 -200000 -13

Prova N°5 0 2 -2 -400000 -13

Prova N°6 0 3 -3 -600000 -13

VI INGRESSO VO OUTPUT

Comparatore a soglia singola

-15

-10

-5

0

5

10

15

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

Vi [V]

Vo

[V]

Serie1

8

9

C arica relativa alla tensione di un condensatore

C = 0,001 [F] Ϯ = 22 [s]

R = 22000 [Ω] 5 Ϯ =110 [s]

e = 2,718

E = 15 [V]

t [s] E*(1-e-t/ RC) e-t/ RC -t/ RC t [s] vC

0 0 1 0 0 0,005 3,0491663 0,796722 -0,227273 5 3,4710 5,478505 0,634766 -0,454545 10 5,3815 7,4140131 0,505732 -0,681818 15 7,0320 8,9560755 0,402928 -0,909091 20 8,1025 10,184671 0,321022 -1,136364 25 9,1430 11,16352 0,255765 -1,363636 30 9,9735 11,943391 0,203774 -1,590909 35 10,4940 12,564732 0,162351 -1,818182 40 10,9745 13,059768 0,129349 -2,045455 45 11,3250 13,454174 0,103055 -2,272727 50 11,6055 13,768406 0,082106 -2,5 55 11,8660 14,018762 0,065416 -2,727273 60 12,0965 14,218225 0,052118 -2,954545 65 12,2570 14,377143 0,041524 -3,181818 70 12,3775 14,503756 0,033083 -3,409091 75 12,5080 14,604631 0,026358 -3,636364 80 12,5785 14,685001 0,021 -3,863636 85 12,6490 14,749033 0,016731 -4,090909 90 12,7095 14,800049 0,01333 -4,318182 95 12,74100 14,840695 0,01062 -4,545455 100 12,78105 14,873078 0,008461 -4,772727 105 12,81110 14,898878 0,006741 -5 110 12,84

Calcolata analiticamente Collaudata

10

G rafico: C arica relativa alla tensione di un condensatore

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 5 10 15 20 25

t [s]

Tens

ione [

V

Serie1Serie2

11

S carica relativa alla tensione di un condensatore

C = 0,001 [F] Ϯ = 22 [s]

R = 22000 [Ω] 5 Ϯ =110 [s]

e = 2,718

E = 15 [V]

t [s] E*(e-t/ RC) e-t/ RC -t/ RC t [s] vC

0 15 1 0 0 10,005 11,95083 0,796722 -0,227273 5 9,0210 9,521495 0,634766 -0,454545 10 8,1515 7,585987 0,505732 -0,681818 15 7,1020 6,043924 0,402928 -0,909091 20 6,0525 4,815329 0,321022 -1,136364 25 4,8530 3,83648 0,255765 -1,363636 30 3,9035 3,056609 0,203774 -1,590909 35 3,1340 2,435268 0,162351 -1,818182 40 2,4745 1,940232 0,129349 -2,045455 45 1,9950 1,545826 0,103055 -2,272727 50 1,6455 1,231594 0,082106 -2,5 55 1,3360 0,981238 0,065416 -2,727273 60 1,0865 0,781775 0,052118 -2,954545 65 0,8770 0,622857 0,041524 -3,181818 70 0,7175 0,496244 0,033083 -3,409091 75 0,5980 0,395369 0,026358 -3,636364 80 0,4785 0,314999 0,021 -3,863636 85 0,3790 0,250967 0,016731 -4,090909 90 0,3195 0,199951 0,01333 -4,318182 95 0,25100 0,159305 0,01062 -4,545455 100 0,21105 0,126922 0,008461 -4,772727 105 0,17110 0,101122 0,006741 -5 110 0,14

Calcolata analiticamente Collaudata

12

G rafico: S carica relativa alla tensione di un condensatore

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 5 10 15 20 25

t [s]

Tens

ione [

V

Serie1Serie2

13

C = 0,001 [F] Ϯ = 22 [s]

R = 22000 [Ω] 5 Ϯ = 110 [s]

e = 2,718

E = 15 [V]

Calcolato Collaudato

t E/R*e-t/RC e-t/ RC -t/ RC0 0,000681818 1 0 15 05 0,00054322 1 0 11,95083366 9,6110 0,000432795 1 0 9,521495014 7,6915 0,000344818 1 -1 7,585986875 6,0420 0,000274724 0 -1 6,043924487 4,8525 0,000218879 0 -1 4,81532908 3,9130 0,000174385 0 -1 3,836479791 3,16735 0,000138937 0 -2 3,056608789 2,5640 0,000110694 0 -2 2,435268214 2,05545 8,81924E-05 0 -2 1,940232356 1,750 7,02648E-05 0 -2 1,545826277 1,42355 5,59816E-05 0 -3 1,23159418 1,16560 4,46017E-05 0 -3 0,981238479 0,96565 3,55352E-05 0 -3 0,781774523 0,78470 2,83117E-05 0 -3 0,622857152 0,63375 2,25566E-05 0 -3 0,496244148 0,54780 1,79713E-05 0 -4 0,395368751 0,47185 1,43181E-05 0 -4 0,314999079 0,39790 1,14076E-05 0 -4 0,250966773 0,35195 9,08867E-06 0 -4 0,199950811 0,297100 7,24115E-06 0 -5 0,159305259 0,265105 5,76918E-06 0 -5 0,126922043 0,239110 4,59644E-06 0 -5 0,101121615 0,215

Carica relativa all' intensità di corrente elettrica

VR = R*i

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 5 10 15 20 25

t [s]

Te

ns

ion

e [

V]

Serie1 Serie2

14

C = 0,001000 [F] Ϯ = 22 [s]

R = 22000,000000 [Ω] 5 Ϯ = 110 [s]

e = 2,718

E = 15 [V]

Calcolato Collaudato

t -E/R*(e-t/RC) e-t/ RC -t/ RC0 -0,000681818 1 0 -15 05 -0,00054322 1 0 -11,9508337 -7,4110 -0,000432795 1 0 -9,52149501 -6,0715 -0,000344818 1 -1 -7,58598688 -4,7720 -0,000274724 0 -1 -6,04392449 -3,9325 -0,000218879 0 -1 -4,81532908 -3,0230 -0,000174385 0 -1 -3,83647979 -2,48835 -0,000138937 0 -2 -3,05660879 -1,98840 -0,000110694 0 -2 -2,43526821 -1,62245 -8,81924E-05 0 -2 -1,94023236 -1,34150 -7,02648E-05 0 -2 -1,54582628 -1,06455 -5,59816E-05 0 -3 -1,23159418 -0,87360 -4,46017E-05 0 -3 -0,98123848 -0,71765 -3,55352E-05 0 -3 -0,78177452 -0,58570 -2,83117E-05 0 -3 -0,62285715 -0,46875 -2,25566E-05 0 -3 -0,49624415 -0,38380 -1,79713E-05 0 -4 -0,39536875 -0,31685 -1,43181E-05 0 -4 -0,31499908 -0,2690 -1,14076E-05 0 -4 -0,25096677 -0,2295 -9,08867E-06 0 -4 -0,19995081 -0,179100 -7,24115E-06 0 -5 -0,15930526 -0,149105 -5,76918E-06 0 -5 -0,12692204 -0,124110 -4,59644E-06 0 -5 -0,10112162 -0,105

Scarica relativa all' intensità di corrente elettrica

VR = R/ i

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 5 10 15 20 25

t [s]

Ten

sio

ne [

V]

Serie1 Serie2

15

C arica di un condensatore relativa all'intensità di corrente elettrica

0

0,0001

0,0002

0,0003

0,0004

0,0005

0,0006

0,0007

0,0008

0 5 10 15 20 25

t [s]

Inte

nsità

di c

orre

nte

m[A

]

Serie1

S carica di un condensatore relativa all'intensità di corrente elettrica

0

0,0001

0,0002

0,0003

0,0004

0,0005

0,0006

0,0007

0,0008

0 5 10 15 20 25t [s]

Inte

nsità

di c

orre

nte

m[A

]

Serie1

16

C ollaudo di un astabile con amplificatore operazionale

C = 0,00000001 [F ]

R = 147000 [Ω]

R1 = 12000 [Ω]

R2 = 18000 [Ω]

VS A T = 10 [V]

C alcolo del periodo TT = 0,00249106 = 2,5 m[s ]

C alcolo delle tensioni di sogliaVT+ = 4 [V]VT- = -4 [V]

1° PRO VA C alcolato Mis urato

VS A T = 10 10

-VS A T = -10 -10

VT + [V] = 4 4

VT - [V]= -4 -4

Vc(t)C arica= 0 0

Vc(t)S carica= 12 12

T m[s] = 2,5 2,5

f [Hz] = 400 400

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Trigger di Schmitt invertente

Carica e scarica di un condensatore

18

19

Collaudo:

Circuito di carica e

scarica del condensator

e

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

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Modulazione delle frequenze con note musicali

VS A T = 10 [V]

VT + = 4 [V]

VT - = -4 [V]

C = 0,00000001 n[F ]

[Hz] T [s] R [Ω]

DO = 523 0,0019 95602,294

RE = 587 0,0017 85178,876

MI = 659 0,0015 75872,534

FA = 698 0,0014 71633,24

S O L = 784 0,0013 63775,51

Creazione del circuito riproduttore di note musicali