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Appunti del corso di Elettronica applicata e . · PDF fileElettronica applicata e misure Prefazione Appunti del corso di Elettronica applicata e misure. ! Prefazione degli studenti

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Elettronica applicata e misure Prefazione

Appunti del corso di Elettronica applicata e misure. !Prefazione degli studenti !!Questo documento vuole rappresentare un insieme di appunti di supporto del corso di Elettronica applicata e misure.!!Il seguente documento un insieme di appunti del corso di Elettronica applicata e misure. Si vuol ricordare che tali appunti possono essere affetti da errori e imprecisioni e per questo motivo si richiede di comunicare ai sottoscritti, alle email: [email protected] e [email protected], con eventuali correzioni e/o suggerimenti nella stesura, indicando chiaramente il documento a cui si riferisce.!!In quanto si tratta di un documento di appunti di libera pubblicazione gli autori non si assumono alcuna responsabilit del contenuto.!!Il testo stato redatto attraverso lapplicativo Pages for Mac; alcuni grafici sono realizzati attraverso il software di calcolo numerico Grapher, alcuni sono stati disegnati a mano tramite il software di disegno a mano libera Penultimate altri ancora sono stati presi direttamente dalle slide disponibili sul portale; per la rappresentazione di alcuni circuiti stato usato iCircuit.!!Come usare gli appunti.!!Tali appunti sono stati concepiti in modo tale da essere utilizzati con il supporto delle slide del professore, infatti viene seguita la stessa suddivisione delle lezioni. Il titolo in rosso allinizio di ciascuna lezione rappresenta il titolo della lezione stessa, mentre i vari sottotitoli in rosso nel documento sono associati al numero della pagina della slide di riferimento.!!Gli appunti sono divisi in base a ciascuna lezione:!!Misure !A. Parte I!

1. Oscilloscopio digitale (scritti a mano)!2. Generalit misure (scritti a mano)!3. Stima Incertezze!!

F. Parte II!1. Voltmetri digitali!2. Voltmetri AC !!

G. Parte II!1. Sensori di temperatura (prima parte)!3. Misure tempo e frequenza!4. Generatori di segnale!!!!!!

A. A. 2013 / 2014

Elettronica applicata e misure PrefazioneElettronica applicata!!B. GRUPPO B - Circuiti digitali!

1. Richiami su circuiti logici (scritti a mano)!2. Parametri dinamici dei Flip Flop (scritti a mano)!3. Circuiti sequenziali (scritti a mano)!4. Logiche programmabili (scritti a mano)!6. Comparatori di soglia (scritti a mano)!7. Generatore onda quadra!8. Esercitazione 2!!

C.Bus e interconnessioni!1. Interconnessioni !2. Modelli a linea di trasmissione!3. Connessioni con linee!4. Cicli di trasferimento base!5. Protocolli di bus!6. Esercitazione 3: Collegamenti seriali!7. Collegamenti seriali asincroni!8. Collegamenti seriali sincroni!9. Integrit di segnale!!

D.Sistemi di acquisizione dati!1. Integrit di segnale!2. Convertitori D/A!3. ConversioneA/D!4. Convertitori pipeline e differenziali!5. Condizionamento del segnale!6. Filtri!7. Esercitazione 4: Sistemi di conversione!!

E. Alimentatori e regolatori !1. Circuiti dipotenza!2. Sistemi di alimentazione !3. Regolatori a commutazione!4. Altri sistemi di alimentazione (non stato trattato nellA.A. 2013/2014)!5. Esercitazione 5: regolatori lineari e SW.

A. A. 2013 / 2014II

Elettronica applicata e misure Lezione G1

Gruppo lezioni G1 !Sensori !!1. Introduzione In questa lezione parleremo dei sensori, in particolare i sensori di temperatura: termometria a resistenza e termometria non a resistenza e prenderemo in considerazione alcune generalit.!!

Come si vede in figura una qualsiasi grandezza fisica entra in un sensore il quale la converte in un'opportuna corrente o in un'altra grandezza che pu essere facilmente misurabili come ad esempio la differenza di potenziale.!Si stima che nel mondo ci siano circa 1000/2000

grandezze fisiche.Quindi occorre avere altrettanti sensori. Tuttavia non proprio cos poich una stessa grandezza fisica pu essere misurata da pi sensori. Basti pensare alla distanza tra due pianeti in cui occorre utilizzare un particolare sensore. Invece per la distanza tra due piste di due circuiti o utilizzare un altro sensore. Questo porta a dire che esistono pi sensori di quante grandezze fisiche esistono. E il mondo della ricerca di sensori in continuo sviluppo poich che s'cercano sempre nuovi sensori.!Inoltre i sensori convertono una grandezza di tipo fisico in una grandezza che si pu misurare facilmente e quest'ultima pu essere convertita in digitale e operare in seguito. In digitale. Quindi si pu dire che i corsi di elettronica possono in qualche modo essere riassunti con lo schema. Poich una grandezza fisica e dello sensore e in seguito viene manipolata con un processo digitale. Negli anni passati invece si doveva creare dei circuiti che operavano in modo totalmente analogico.!!Si stima che le grandezze di tipo chimico sono circa 10000 e non per tutti esistono un sensore per misurarle. Ma si pu misurare tale grandezze attraverso reazioni chimiche.!La frontiera di sensori che si sente di creare sempre nuovi sensori possono in qualche modo misurare delle grandezze fisiche.!In figura la regola generale di come sono fatti i sensori. Ma ci sono sempre pi eccezioni.!!2. Sensori Il sensore, chiamato anche trasduttore, convertitore o rilevatore, un dispositivo che:!1. riceva un segnale di ingresso, costituito da una grandezza fisica x(t) e lo restituisce sotto

forma di informazione utilizzando una funzione di trasferimento;!2. fornisce un segnale duscita, che viene definito in base alle informazioni ottenute nel punto

precedente.!!Il segnale di uscita normalmente una grandezza elettrica. La funzione di conversione nominale :!!y(g) = [gx(t)] !!e dovrebbe essere possibilmente lineare (tale funzione nota a priori). Prima si creava delle funzioni di conversioni le pi lineari possibili, poich a valle di strumenti non ero in grado di manipolare adeguatamente il segnale. Ora gli strumenti a valle hanno a bordo una CPU la quale in grado di svolgere delle funzioni anche molto complesse. Quindi non pi cos importante avere una funzione lineare. Ci che invece importante sempre avere l'incertezza della funzione che il sensore utilizza.!

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Elettronica applicata e misure Lezione G1 Inoltre poich il sensore lo strumento non sono correlate allora anche le loro incertezze non sono correlate e quindi non si possono fare delle semplificazioni in modo tale che incertezze diminuiscono.!!!3. Mercato italiano dei sensori Il mercato italiano dei sensori allincirca definito in questo modo, sensori di:!pressione! 34%!temperatura! 19%!chimici!! 15%!peso! ! 11%!portata!! 9%!livello! ! 5%!altri! ! 7%!!4. Caratteristiche della produzione La concentrazione pi alta di aziende che producono i sensori nei paesi si trova in quelli pi industrialmente e tecnologicamente sviluppati. In Italia ci sono pochi produttori di sensori. Solitamente, le aziende che li producono, sono di grandezza medio piccola, oppure piccole divisioni di grandi aziende.!!Linnovazione tecnologica importante, perch permette un utilizzo pi esteso e nuove applicazioni di sensori con principio di funzionamento noto. Man mano che si avanza tecnologicamente i sensori vengono sempre di pi realizzati in modo integrato con il sistema cui interagiscono e inoltre si applicano principi di funzionamento dei sensori pi nuovi e sviluppati.!!Europei, America, Indiani, Cina, Giappone sono i produttori dei sensori.!In Italia si ha delle aziende di nicchie.!In tutto il mondo le aziende sono medie/piccole.!I sensori sono ad esempio dei transistor i quali sono influenzati dalla temperatura. Ad esempio nei circuiti in cui si vuole molta precisione non si possono utilizzare quei transistor che sono influenzati dalla temperatura. Tuttavia questi transistor e sono influenzati dalla temperatura sono ottimi rivelatori di temperatura poich al cambiare della temperatura cambiano il loro modo di funzionare. Il conte di W. un ottimo esempio di circuito nel quale si hanno delle resistenze che hanno un'incertezza pi o meno elevata a seconda della variazione della temperatura. Quindi questo ponte pu essere utilizzato come sensore di temperatura. Sta di fatto che l'effetto Seebeck un ottimo sensore.!Molte volte nello studio dei circuiti si sono eliminati dei parametri o si tentato di correggere delle funzioni che erano in qualche modo correlate a delle grandezze fisiche. Tale correlazione pu essere utilizzata come sensore.!I sensori all'interno di integrati sono pi robusti che hanno interazioni con un esterno minore e quindi si sta tentando di andare in quella direzione.!!!5. Grandezze di influenza Le grandezze di influenza dei sensori sono tutte quelle grandezze fisiche che sono attinenti al sistema misurato (con eccezione del misurando), allutilizzatore e allambiente che influenzano significativamente con le loro variazioni, il comportamento del sensore.!!I fattori pi noti e comuni sono:!1. la temperatura;!2. la pressione, accelerazioni e vibrazioni;!3. lumidit;!4. i campi magnetici statici e variabili;!5. le tensioni di alimentazione;!

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Elettronica applicata e misure Lezione G1 6. il tempo.!!La funzione di conversione di un sensore diventa dunque:!!Y(t) = G[ x(t), g1, g2, g3, g4, , gt ]!!dove le gi sono le grandezze di influenza.!!6. Comportamento energetico Al segnale di ingresso risulta sempre associata una certa energia che scambiata fra il sensore e il sistema misurato, provocando di conseguenza una certa perturbazione su entrambi i sistemi, in particolare sul sistema misurato.!!Gli effetti di carico: assorbiscono energia dal sistema misurato, che varia il suo stato modificando la grandezza fisica che misurata. Per esempio: la capacit termica e la resistenza termica verso lambiente di un termometro sottraggono calore alloggetto di cui si vuole misurare la temperatura.!!E quindi una grandezza di influenza, perch non si misura pi la vera temperatura ma una temperatura un po sfalsata poich la tempera

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