I materialiA

Corso di TEPdSEE vol 1Fausto Maria Ferri, Hoepli 2015, ISBN 978-88-203-6665-0

Struttura dell’atomo1

2

Mater. semiconduttori3

L’atomoLegami e molecole

Conduttori, isolanti e m

Disp elettron. passiviB

Resistori4

Condensatori5

Induttori6

Introduzione ai circuiti 6’

Corrente, tensione, resistenza

Dispositivi elettromeccanici e meccaniciC

7

8

Normativa tecnica e disegno elettronicoD

Enti di normazione9

Disegno elettronico e e.10

Sistemi CAD11

OrCAD12

Elettronica digitaleE

Circuiti digitali13

Famiglie logiche14

Circuiti combinatori15

Circuiti sequenziali16

9’Tester

14’Oscilloscopio analogico

10’

Metodi di progettazione delle apparecchiat. elettronicheF

Teoria delle misure17

Teoria delle misure18

Cablati - su cir stampato181

Strumenti: alimentatore182

Multimetro

GDF

Oscilloscopio

Analisi del progetto19

Interpr. Prog. attraverso l’analisi d. schema elettronicoG

Simboli logici nor CEI20

Sicurezza degli impianti elettrici civiliH

Sicurezza imp elettrici21

Impianti elettrici civili22

I

L’azienda23

Organizzazione aziend24

Fondamenti di economia aziendale

Gestione processi azien25

Project Management26

Oscill. digitale Agilent 54622 14’

Oscill. Digitale…

8’10 uso DMM da banco e errori

I tre tipi di circuiti digitali 10’

3’15 +

1’7 +

J

Ard.: caratt. Hd e Sw29

Applicazioni30

La scheda Arduino

Pian: Microsoft VISIO27

Pian: Micr PROJECT28

Arduino uno R3 10’

Ingressi e uscite 8’

Buzzer + fotoresistenza 9’

Com. LCD 16 col x 2 righe

Servom. che copia un potenz.

9’

On-off con telecom. TV IR 4’

11’

Led RGB con cursore 9’

ORG

Resistori 11’

9’AND a diodi7’LED protetto

BJT con led come intro al BJT 8’

Partitore a vuoto 5’

Condensatore e capacità 7’

Amplificatore chitarra-sovrapp. 11’

5’

Breadboard 6’

Induttori e induttanza

Amplificatore operazionale 8’

Teorema di Thevenin e Ruscita 4’

Partitore con interruzione 5’

Orcad 4’

K

K

K

Schema elettrico

R1

Resistor1_1.0kΩ C1

Capacitor2_10pF

Vi

100MHz

5 V

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

Vu

Introduzione ai circuiti elettronici (6’)

BJT1

BC107BP

VCC

5V

LED1

Rc300Ω

Vbb5 V

Rb

100kΩ

C

E

BVi

Vu

+ +

+

Tensione continua (batteria) (alimentazione)

+

variabile (Vi)

Tensionedi

In elettronica con circuito elettrico s’intende un quadripolo, un “qualcosa” (per ora non meglio specificato che disegniamo come un rettangolo) con due fili d’ingresso e due fili d’uscita

Le grandezze elettriche fondamentali sono due:

- la tensione, che si indica con V e si misura in Volt (V)

- la corrente, che si indica con I (da Intensità di corrente) e si misura in Ampere (A)

+

variabile (Vu)

Tensionediingresso

Circuito

uscita

Segnale d’ingresso

Segnale d’uscita => Transistor BJT con led

=> Multimetro portatile (tester)

=> Oscilloscopio analogico

=> LED protetto

Elenco componenti:

R1 = resistore 1 KΩ ¼ W

C1 = condensatore 10 pFarad

VCC

5V

5 V

t (sec)

Vcc(t) (Volt) Tensione continua

=> Alimentatore 1,2 – 25V 1A

GNDground

Domande e risposte su “Introduzione”(2’)

Come si indica una tensione, qual è la sua unità di misura e come si abbrevia?Si indica con V grande se è una tensione fissa e con v piccolo se è una tensione variabile e si misura in Volt abbreviato anche lui con una V, sempre grande, (omaggio ad Alessandro Volta)Come si indica una corrente, qual è la sua unità di misura e come si abbrevia?Si indica con I (che sta per Intensità di corrente) e si misura in Ampere abbreviato con A

Cosa è un circuito elettrico? È un quadripolo ovvero qualcosa con due fili d’ingresso e due fili d’uscita ingresso

Circuito

uscitaCosa si mette di solito tra i due fili d’ingresso?Una tensione variabile nel tempo: Vi(t)

Cosa è di solito un segnale elettrico? Una tensione variabile nel tempo: V(t)

Quale filo del circuito è chiamato “massa”?Quello contrassegnato col simbolo di massa

+ +

Fig. 1

Quello di Fig. 1 è un quadripolo?Si, perché il secondo filo d’ingresso è il filo di massa e il secondo filo di uscita è sempre il filo di massa

+

Fig. 2

Quello di Fig. 2 è un quadripolo?Si, perché i due fili in alto sono quelli dove si collega la batteria e possiamo pensare che la batteria faccia parte del circuito visto che serve a farlo funzionare

Y = AandBA

B

VCC

5V

Fig. 3

Quanti ingressi ha il circuito di Fig. 3?Due, l’ingresso tra A e massa e l’ingresso tra B e massa

Sapendo che l’oscilloscopio di Fig. 5 visualizza l’ingres-so e l’uscita del circuito di Fig. 4, cosa c’è sull’asse x e cosa c’è sull’asse y?

R1

Resistor1_1.0kΩ C1

Capacitor2_10pF

Vi

100MHz

5 V

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

Vu

Fig. 4

Fig. 5

Sull’asse x c’è il tempo (5 nanosecondi a divisione) e sull’asse y ci sono due tensioni(2V a divisione):

- la tensione Vi(t) (in rosso)

- e la tensione Vu(t) (in azzurro)

VBC=6V

VBC=9VR = 1 kΩ

U3

+ -VBATTERIA = 9 V

I = 9 mA

Filo di materiale conduttore

A

-A B

Conduttore che (a seconda del materiale e del-la sezione) offre una certa resistenza al moto

Corrente, tensione e resistenza

Un conduttore è un materiale i cui elettroni di valenza (quelli dell’ultimo livello)

Se non c’è una forza che li attira o respinge,

- -- -

++++-

Forza elettrica (tra cariche elettriche)

F

Se invece c’è una forza che li spin-ge a muoversi, si crea un movi-mento di cariche (di elettroni, nei solidi) e si dice che nasce una corrente (di cariche)La carica in transito (Q) non si mi-sura in numero di elettroni/protoni ma in Coulomb (Coul).L’intensità di corrente (I) in una sezione di un filo si misura in Ampere (A) e rappresenta quante cariche (quanti Coulomb) passano ogni secondo.

t

QI =

[ ][ ][ ]sec

CoulA =

Gli elettroni in moto tendono a passare tra le parti ferme degli atomi senza urtarle.

Vibrazione attorno alla posizione di equilibrio (agitazione termica)

Non ci rie-scono, però, perché le parti ferme non stanno ferme ma vibrano per l’agitazione termica(assente solo allo zero assoluto).

sono liberi di muoversi passando da un atomo all’altro.

vanno e vengono restando mediamente fermi.

provocata da un eccesso di cariche + o -,

Se un atomo va a mettersi dove sta andando l’elettrone perché prima lì il passaggio era libero, l’urto è inevitabile e l’elettrone si ferma dissipando in calore l’energia cinetica che aveva. Sotto l’azione della forza F che provoca la “migrazione di elettroni” (la corrente), l’elettrone riparte e accelera (tanto più quanto maggiore è F), fino al prossimo urto che lo fermerà.

Un materiale dove gli urti sono più frequentirallenta di più il moto ovvero offre maggioreresistenza al moto degli elettroni.

Aumentando la temperatura, aumentano le vibrazioni e quindi gli urti e quindi la resistenza.

La tensione elettrica tra due punti A e B (indicata con VAB e misurata in Volt) è definita come il lavoro da compiere per spostare una carica unitaria da A a B.Il lavoro è forza * spostamento e dire che si fa un lavoro per spostare una carica da A a B è come dire che nel percorso da A a B c’è una forza elettrica che agisce sulla carica.Anche se una tensione non è una forza ma un lavoro, allora, possiamo dire che c’è tensione se ci sono forze elettriche.

Gli elettroni di un isolante non si muovono neppure applicando loro una forza elettrica.

F

Quelli di un conduttore, invece, camminano (più o meno velocemente a seconda del materiale del conduttore e dello spazio per passare che hanno a disposizione) se c’è una forza che li spinge.Per far scorrere corrente tra A e B bisogna mettere una batteria che crea una tensione tra A e B

+ -10 V

Batteria

(nell’esempio di 10 Volt)Ma cosa è una tensione?

La batteria crea tensione (ovvero fa nascere forze elettriche) accumulando cariche + in eccesso rispetto alla neutralità sul suo terminale positivo

+ -10 V

Batteria

++++++++ A B

-- -F1 F2 F3

- - - -- - - -A B

-- -F1 F2 F3

e cariche – in eccessosul suo terminale negativo. B’A’

Se supponiamo che i fili siano conduttori a resistenza nulla,

Conduttore perfetto

o tra B e B’ perché ogni squilibrio di cariche si livella subito se non c’è resistenza al loro movimento e la tensione tra À’ e B’ è la stessa che c’è tra A e B.

non può esserci tensione tra A e À’

(10’)

Un resistore è un componente elettronico a due terminali (un bipolo)

Requivalente serie = R1 + R2

A B

Dall’esterno dei punti A e B non si nota alcuna differenza se alle due resistenze in serie si sostituisce una resistenza pari alla somma delle due resistenze.

Due resistori R1 e R2 si dicono in parallelo quando

R1 R2i

Ad aumentare, mettendo in parallelo a R1 una R2, è la conducibilità tra A e B.

tI

V

AB

AB cos= R=

A Bcaratterizzato da un rapporto costante tra la tensione VAB ai suoi capi e la corrente IAB che vi scorre

Chiamando resistenza del resistore il rapporto co-stante VAB / IAB , un resistore è caratterizzato dalla sua resistenza(indicata con R e misurata in Ohm, abbreviato con ΩΩΩΩ) (=> parametri dei resistori e codici colori) . Una R dell’ordine degli Ω è una piccola R; una dell’ordine dei kΩ è media e una dell’ordine dei MΩ è una R grande.

Due resistenze R1 e R2 si dicono in serie quando sono collegate in modo tale da essere necessariamente percorse dalla stessa corrente.

R1=1kΩ

G1=1mΩ-1 G2 = 1/R2

+ VAB -

IAB(ovvero caratterizzato dal fatto che IAB raddop-

pia se raddoppia VAB). R

Esprimiamo questo fatto dicendo che la resistenza equivalente a due resistenze in serie è la somma delle due resistenze.

21

21//.

*

RR

RRRR parallequiv

+==

Detta conduttanza G l’inverso della resistenza

A

B

21// GGG +=

21//

111

RRR+=

(notare che dire R1=1kΩ o che G1= 1mΩ-1 èequivalente perché da una si puòricavare l’altra facendo l’inverso),

VAB

+

-

R2

A

B

R1

(perché i loro terminali sono colle-gati tra loro e tra 2 punti di un con-duttore non può esserci tensione).

non si noterà alcuna differenza sostituendo le due conduttanze in parallelo con una conduttanza pari alla loro somma. Per capire quanto vale il parallelo bisogna partire dalla resistenza di valore minore, che è quella più importante in un parallelo

Ω≅ΩΩ kkk 120//1

Ω=ΩΩ 5001//1 kk

1R 2R<(mentre in una serie è ovviamente più importante la R di maggior valore):

- Se R1 è la minore, - Di quanto minore dipende dalla R2 e può variare tra due estremi: quasi niente minore se R2 > 10 R1

fino a dimezzarsi se R2 = R1

Rs = R1+R2

A B

la tensione presente ai loro capi è necessariamente la stessa

//R <

la R// sarà senz’altro minore di R1

++ ++ +++ ++ +++ ++

++ ++

++

++ +

+++

-- -- --- -- --- --

-- --B

La corrente I scorre (nel verso in cui si muovereb-bero i + se fossero essi a muoversi)

Dire “la tensione del punto A” non ha senso

A B

CD

Vb9 V

R22.0kΩ

VAD=9V

La tensione non scorre ma si trasmette

Vb9 V

R22.0kΩ

R1

1.0kΩA B

CD

VAD=9VVAB=3V0V

9V

Domande e risposte su “I – V - R”(?’)

Quali materiali sono conduttori? Quelli che hanno elettroni liberi di muoversi da un atomo all’altro (perché tutti gli elettroni si muovono nel senso che ruotano intorno al nucleo)

Quali materiali sono isolanti? Quelli i cui elettroni non sono liberi di muoversi da un atomo all’altro

La corrente nel punto A di un filo è di 1 Ampere se… in 1 sec passa una carica di 1 Coulomb

La tensione tra A e B è… il lavoro compiuto per spostare 1 Coulomb da A a B

Una batteria crea tensione tra i suoi morsetti accumulando cariche posi-tive… in eccesso rispetto alla neu-tralità sul suo morsetto + e cariche negative in eccesso rispetto alla neutralità sul suo morsetto -

Perché nessuna batteria è in grado di creare tensione tra due punti A e B di un conduttore perfetto?

Perché se A e B sono collegati da un conduttore perfetto la tensione tra A e B è zero?Perché non si compie alcun lavoro per spostare una carica da A a B se tra di essi c’è un conduttore perfetto

Perché per creare tensione dovrebbe accumulare cariche in una zona ma appena le cariche sono in eccesso si ridistribuiscono annullando l’eccesso (è come cercare di alzare il livello di un liquido in una zona, operazione impossibile perché il dislivello si pareggia subito)

Usate la spiegazione che preferite, basta che sia chiaro che tra due punti di un conduttore non può esserci tensione elettrica

R = 1 kΩ

U3

+ -VBATTERIA = 9 V

I = 9 mA

Filo di materiale conduttore

A++ ++ +++ ++ +++ ++

++ ++

++

++ +

+++

-- -- --- -- --- --

-- --B

Cosa è, per definizione, la resistenza RAB tra A e B?

VmkIRIRV RCECECE 5.45.4*122 ====

Tra i due terminali dove ècollegata la batteria (che sono detti terminali di alimenta-zione del circuito) ci sono, di regola, molte resistenze R.

VAB = RAB IAB

Ai capi di R1 c’è VR1 = 9 V per ché essa è collegata direttamente ai terminali della batteria da 9 V.

dove IAB è la corrente che va da A a B percorrendo la resistenza RAB

Quando si dice “la tensione del punto A” si sottintende “rispetto al punto contrassegnato nello schema elettrico come massa”. Poiché tutti i punti di un conduttore sono allo stesso potenziale, per lo stesso motivo per cui sono allo stesso livello tutti i punti di un liquido, nel nostro schema dire VAB o VAD o VA(sottinteso Massa) è equivalente.

Per calcolare la VR2 con la legge di Ohm bisogna prima capire che essa non dice che V=RI, perché in un circuito reale ci sono molte R, ognuna con la sua V e la sua I, e va precisato quale V, quale R e quale I sono legate da tale relazione.

La tensione VR2 ai capi di R2 deve essere invece inferiore, perché i 9 V della batteria si ripartiscono tra R2 e R3.

Per usare correttamente la legge di Ohm bisogna scegliere due punti A e B tra i quali applicarla e poi scriverla nella forma =>

Se con RAB intendiamo la R5, allora dobbiamo considerare come IAB è la corrente che va da A a B attraverso R5 ignorando quella che va da A a B via R4

Trattan-dosi di due R uguali, si puòintuire che la ripartizione è in parti uguali e che quindi su ognuna ci sono 4.5 V

Applicando la legge di Ohm tra C e D, calcolare IR2.mA

kR

VI

CD

CDR 5.4

2

92 ===

Applicando Ohm tra C ed E, calcolare VR2.

Terminale di alimentazione +

Terminale di alimentazione -

V19 V V19 V

R31.0kΩ

R410kΩ

R510kΩ

R61.0kΩ

R11.0kΩ

R21.0kΩ

A

BRAB

IAB

Massa

+

-9V

+

-4.5V

+

-4.5V

+

-1.5V

+

-7.5V

C

D

IR24.5mA E

Sapendo che RABtot = 5 kΩ dimostrare con Ohm che VAB = 7.5 V Vkk

kVAB 5.715

95 =

+=

VAB ci dice di quanto il potenziale del punto A supera quello del punto B e va pertanto sempre misurata tra due punti.

A

B

ABAB

AB RI

V=VAB

IAB

0123456789

GrigioBianco

VerdeBlu

Violetto

RossoArancione

Giallo

MarroneNero

Prime 2/3 cifre

20 % Assente10 % Argento5 % Oro

100 k1 M10 M

1

1k10 k

0.10.01

10100

Moltipl.

0.1 %0.25%0.5 %

1 %2 %

Tolleranza

100501525

200

1051

Coefficiente di temperatura

(*10-6 /0K)

2 %9 5 3 x 1 = 953 Ω

20 %2 2 00 Ω

10 %3 3 000 Ω

2 %33 2 x 0.01 = 3.32 Ω 101215182227333947566882

E12 (10%)

10

15

22

33

47

68

E6 (20%)

100 105121147

E48 (2%)

110 115127 133 140154 162 169

178 187215261

196 205226 237 249274 287 301

316 332383464

348 365402 422 442487 511 536

562 590681825

619 649715 750 787866 909 953

1) Il parametro principale di un resistore è la resistenza R, il cui valore a volte è scritto sopra ma più spesso è comunicato tramite un codice che usa i colori

2) Un secondo parametro è la potenza che è in grado di dissipare per lunghi periodi di temposenza danneggiarsi modificando la sua R (a Tamb < 60/700C)

Quelli più usati sono da 1/4 di W.

3) Il terzo parametro come importanza è la tolleranza

! !

(normalmente è 5% o 10%, raramente 1%). I produttori non costruiscono resistori per tutti i valori di R ma solo per alcuni, più fitti se la tolleranza è bassa e meno fitti se è alta ! ! !

(11’)Resistori, codice colori e potenziometri

2W5W7W

1/8W

4.1

1W

10

1/2W

8

1/4W

6.7 mm

10W

5 cm

Potenziometro

Trimmer = potenziometro che si varia col cacciavite

Fotoresistore

P=10 KΩlineare5 KΩ

5 KΩ

tipo Blogaritmico

(o resistore a resistenza variabile)

0 KΩ

10 KΩ

10 KΩ

10 KΩ

Term(ores)istori

PTC

NTC

Risposte su “Resistori” (3’)

Cosa vuol dire che un resistore è da 1/4 di W?Che può dissipare 1/4 di W per tempi lunghi senza danneggiarsi e in particolare senza cambiare il valore della sua resistenza

Quanto vale la tolleranza se ci sono 3 fascette colorate sul resistore?

Che valore può avere la R effettiva se la R nominale è 100 kΩ e la tolleranza è del 20% ?

Se ci sono solo 3 fascette manca la fascetta della tolleranza e quando manca vuol dire tolleranza del 20%

Il 20% di 100 è 20 => la R effettiva può andare da 100 – 20 = 80KΩ a 100 + 20 = 120KΩ

Sapendo che i primi 4 colori sono NERO MARRONE ROSSO ARANCIO dire quanto valgonoRicordando che arancio = K = 30 1 2

Come si scrive con il codice a colori a tre fascette 10K ?

R =

R =

2 2 00 = 2,2 KΩ

3 3 000 = 33 KΩR = %10

3 3 2 = 3,32 Ωx 0,01

150 K

220 K

330 K

470 K

680 K

10

15

22

33

47

68

E6 (20%)

100 K

Cosa c’è nella serie E6 dopo 100 KΩ ?

Cosa significa il 6 nel nome “serie E6”?Che ci sono 6 valori di R tra 10 e 100 (escluso)

tra 100 e 1000tra 1k e 10ktra 10k e 100k…

Un condensatore è un componente elettronico a due piedini (bipolo)separate da un materiale isolante

Isolante Armature

costituito da due superfici conduttrici (armature) (o materiale dielettrico)

+

+ + + + + + + + +

-

+

+

Se arriva una carica + su un’armatura

manda via una carica +

dall’altra armatura

un’altra carica +

- - - - - - - - -Carica -in eccesso

Se su un’armatura è arrivata (si è accumulata) una carica Qc positiva (unità di misura Coulomb), sull’altra armatura c’è una identica carica Qc solo negativa.

Qc

Se sulle armature ci sono accumulate cariche di segno opposto, allora tra le armature c’è una tensione Vc

La carica che si può accumulare su un condensatore non è fissa ma dipende dalla tensione che spinge dentro le cariche

Vc

+

-

Supponiamo che su un’armatura ci sia una carica in eccesso Qc1 = 5 µCoul e che si sia formata tra le armature una tensione Vc1= 5VSe la carica raddoppia, la tensione raddoppia

CapacitàtcV

cQ

cV

cQ=== cos

2

2

1

1

= Farad

V

Coul

FV

Coul

V

Coulµ

µµ1

10

10

5

5==

Cosa è la capacità C di un condensatore?E’ un numero che caratterizza il condensato-re e che ci dice quanti Coulomb entrano nel condensatore caricandolo con una V di 1V

Per C grandi occorre aumentare la superfi-cie delle armature e diminuire la distanza.

C’è una V massima

10 µF

25 V

+++

Vc C

Qc

cCVcQ =

dt

cdVCci =

cVCcQ ∆=∆

t

cVCci

∆

∆=

t

cVC

t

Q

∆

∆=

∆

∆

Se iC è grande la VC varia rapidamente per cui iC e ∆VC / ∆ t sono direttamen-te proporzionali.

ic

Derivata di Vc rispetto a t

cit

Q=

∆

∆

Per defini-zione di i

La costante di proporzionalità è C

Condensatore e capacità C

(un condensatore è simile ad una bombola di gas …)

(7’)

elettrolitici

4700µF 50V all’alluminio

10µF 25V al tantalio

+

terminale più lungo++

22 µF 63 V

ceramici

220 pF 2 kV

47 nF 400 V

poliestere

Un induttore è composto da un filo avvolto in ariao avvolto su una barretta di materiale ferromagneticoo su un percorso chiuso sempre di materiale ferromagnetico.

i

Linee di forza del campo magnetico

φφφφ del campo magne-tico variabile

La corrente i che passa nel filo produce un campo magnetico

la cui entità è individuata dal flusso di campo magnetico, che si indica con φφφφ e si misura in Weber (Wb)

Tra la corrente i che percorre il filo avvolto e il flusso magnetico φ che essa produce c’è una proporzionalità diretta:

φφφφ = k i dove k = costante

La costante di proporzionalità si indica con L e si chiama induttanza φφφφ = L i

Visto che L = φφφφ / i l’induttanza si misura in Wb/A, unità di misura che viene chiamata Henry ( H = Wb / A )

Cosa è l’induttanza, allora? Il numero per cui bisogna moltiplicare i per avere il φ prodotto da quella i quando scorre in quell’avvolgimento

Perché il filo è avvolto? Per aumentare il flusso φ prodotto da quella corrente (se la corrente i in una spira produce un flusso φ e l’induttore ècomposto da N spire, il flusso prodotto dalla stessa i diventa N φ)

A cosa serve il materiale ferromagnetico? Ad aumentare l’induttanza, ovvero il flusso prodotto dalla corrente (la resistenza incontrata dal flusso per passare nell’aria, chiamata riluttanza, è molto maggiore di quella incontrata nel ferro, per cui il flusso in aria è molto minore del flusso sul ferro a parità di i e di numero di spire)

Se i varia anche φ varia

Se il φ concatenato con una spira variaai capi del filo si produce (induce) una tensione v pari a ∆φ / ∆t, dove ∆t è il tempo in cui avviene la variazione di flusso ∆φ (legge dell’induzione)

tv

∆

∆Φ=

t

iL

tv

∆

∆=

∆

∆Φ=

Visto che φφφφ = Li allora ∆∆∆∆ φφφφ = L ∆∆∆∆ i e si ha che:

Questa legge può essere ricordata a partire da quella del condensatore

t

cVCci

∆

∆=

scambian-do i con v e C con L

Un induttore avente un’induttanza L di 10 mH è percorso da una corrente i di 1 mA. Quale flusso φ produce la corrente?

φ = Li = 10m 1m = 10 µWbQuale tensione si induce sull’induttore se la corrente si annulla in 1 µsecondo?

Vm

mt

iLv 10

1

110 ==

∆

∆=

µV

tv 10

1

10 oppure ==

∆

∆Φ=

µ

µ

Induttore e induttanza L (5’) L = 60 µH2A

L = 2 µH 5A

L = 10 nH

R1330Ω

LED1V15 V

J1

Key = A

J2

Key = B

U1A

74LS08D

U1B

74LS08D

U1C

74LS08D

U1D

74LS08D

U2DC 10MΩ5.000 V

+

-

U1 = integrato 74LS08D

ELENCO COMPONENTI

R1330Ω

LED1V15 V

J1

Key = A

J2

Key = B

U1A

74LS08D

U1B

74LS08D

U1C

74LS08D

U1D

74LS08D

U2DC 10MΩ5.000 V

+

-

R1330Ω

LED1V15 V

J1

Key = A

J2

Key = B

U1A

74LS08D

U1B

74LS08D

U1C

74LS08D

U1D

74LS08D

U2DC 10MΩ0.000 V

+

-

R1330Ω

LED1V15 V

J1

Key = A

J2

Key = B

U1A

74LS08D

U1B

74LS08D

U1C

74LS08D

U1D

74LS08D

U2DC 10MΩ0.000 V

+

-

R1330Ω

LED1V15 V

J1

Key = A

J2

Key = B

U1A

74LS08D

U1B

74LS08D

U1C

74LS08D

U1D

74LS08D

U2DC 10MΩ0.000 V

+

-

(6’)

U2

J1 J2

1

8

32 4 65 7

13 1112 10 914

GND

VCC

U1A U1B

U1CU1D

74LS08

R1

J1 = J2 = deviatore 1 via 2 posizioni

LED1 = Led rossoR1 = Resistore 330 Ω da ¼ W

STRUMENTI

V1: Alimentatore 1-30V5A regolato a 5VU2 = Multimetro portatile usato come Voltmetro in continua (DCV) con portata (fondo scala) 20 V

Bread-board

Schema di montaggio

Schema elettrico

141312

1011

98

1

Tacca di riferimento

23

54

67

K

K

K

LED1

K

Vediamo cosa è e come si usa la basetta sperimentale (bread-board) usandola per montare un semplice circuito digitale binario, ovvero un circuito dove le tensioni in ingresso e in uscita possono essere solo alte (= tensione della batteria) o basse (= tensione zero)

Breadboard, integrato con 4 AND e LED

Teorema di Thevenin e Ruscita

V110 V

R1

10kΩR210kΩ

R3100kΩ

Fig. 1: Schema elettrico 1

A

B

PARTE 1: trovare l’equivalente di

Thevenin del bipoloAB (in grigio nello schema 1) e la

resistenza d’uscita del circuito con uscita AB

PARTE 2: misurare l’ab-

bassamento % da vuoto a

carico sul circuito equi-

valente di Thevenin (in grigio nello schema 2) e su quello originale con carico: a) di 50 kΩ (= 10Ru ); b) di 5 kΩ (= Ru ); c) di 500 Ω (= 1/10 Ru )

VeqT35 V

ReqT3

4.99kΩ

R14499Ω

R1249.9kΩ

R134.99kΩ

Fig. 5: Schema elettrico 2

Fig. 2: Schema di montaggio 1

R1

R2 R3

Fig. 6: Schema di montaggio 2

ReqT3

R12 R14R13

Abbassamento di V da vuoto a carico:

%1.9091.05

454.0==

Meno del 10% della tensione a vuoto si perde per strada se Ru=10% Rcarico

(4’)

VeqT5 V

ReqT

4.99kΩ5

Fig. 3: Il circuito equivalente

di Thevenin.

A

B

La ReqT dicesi resistenza di

uscita (Ru) del circuito

XMM2

V15 V

R1

4.7kΩ P11KΩ_LIN

Key = A

40%

5 kOhm

A vuoto (senza R collegata in uscita) Vu = VeqT = 5 V perché ai capi di ReqT non c’è tensione e la somma della Vu e della V su ReqT deve essere pari a 5 V

%505

499.2=

Il 50% della tensione a vuoto si perde per strada se Ru=Rcarico

%9.905

545.4=

Più del 90% della ten-sione a vuoto si perde per strada se Ru=Rcarico/10

Elenco componenti 1

R1 = R2 = 10 kΩ ¼ W 10%

R3 = 100 kΩ ¼ W 10%

A

B.

Fig. 4: Misure 1

A

B.

R11.0kΩ

R21.0kΩ

Vi10 V

Partitore a vuoto

Vuscita

+

-

Vuscita

= Vi / 2 = 5 V

1 0 00 5%

Partitore

=> Codice colori

Alimentatore

(power supply)

V=V~

5mA2K

10

R

VI ===

IR2 = 5 mA

VR2 = IR2 * R2

= 5m * 1K = 5 V

1) Applicando la legge di Ohm

ai capi di R2

Come si poteva prevedere che ai capi di R2 ci sarebbero stati 5 Volt?

2) Notando che VR2 = VR1(perché R2=R1 e IR2 = IR1 per cui la V, che è il prodotto V*I è uguale in entrambe) e che la somma delle due tensioni deve fare 10V (legge di Kirchhoffalla maglia)per cui le due tensioni devono essere entrambe di 5 Volt

IVi = 5 mA

5mA2K

10=

(5’)

==AD

ADAD R

VI

Partitore con interruzione

IVi = ? IR1 = ?

R11.0kΩ

Vi10 V

R21.0kΩ

B .

C .

.A

.D

VCD =

VR2 = ?

+

-

VAB =

VR1 = ?

+

-

VBC = ?+

-

1) Preso il circuito del partitore già montato e chiamati A, B, C e D i punti mostrati, provocare una interruzione del collegamento tra B e C.

2) Misurare IVi, IR1, IR2, VR1, VR2, VBC

3) Giustificare i valori trovati (tutte le grandezze sono 0, meno VBC = 10 Volt) usando la legge di Ohm

IR2 = ?VXY = RXY * IXYe la legge di Kirchhoff

La somma di tutte le cadute di tensione tra A e D = la tensione tra A e D creata dalla batteria e pari a 10 V

La corrente in A (Ivi) = 0 e quella in R1 (IR1) = 0 perché gli elettroni non possono andare oltre B e se non si muove l’elettrone davanti non può muoversi neanche quello dietro (pensare ad una fila di persone: se non può avanzare la prima persona della fila, non ha posto per avanzare neanche l’ultima della fila)

=+∞+

=21 RR

10

0A10

=∞

=

Si può arrivare alla stessa conclu-sione usando la legge di Ohm tra A e D

La corrente in C (IR2) = 0perché l’interruzione tra B e C non trasmette la tensione della batteria e niente tensione => niente forza applicata agli elettroni => nessun elettrone si muove

Si può arrivare alla stessa conclusione usando la legge di Ohm tra C e D

==CD

CDCD R

VI

0A1K

0==

0V0*1K ==

== CDCDCD I*RV

C .

D

Usando Ohm tra C e D

Se si ricorda che la tensione tra due punti C e D è il lavoro fatto per portare una carica da C a Dsi può giustificare la tensione zero tra C e D notando che il lavoro per portare zero cariche da C a D è zero

B .C .

0V0*1KVAE ==

A .

E .

Legge di Kirchhoff alla maglia: La somma di tutte le cadute di tensione tra A e D = la tensione tra A e D creata dalla batteria e pari a 10 V

.A

.DCDBCABAD VVVV ++=

0V010 BC ++=

R11.0kΩ

Vi10 V

R21.0kΩ

.B

D

=−= R1batteriaBD VVV10V010 =−=

== R1R1 I*R1V

0V0*1K ==

(5’)

Ampli chitarra-sovrapposiz. effetti

Power led

Power on/off

Tone control

Headphones

Line output

Guitar IN Sticker

Level adjustment

(col cacciavite)

Power led

Power on/off

Tone control

Headphones

Line output

Guitar IN Sticker

Level adjustment

Schema di montaggioSchema elettrico

Potenziometri (dia Resistori)

RV1

RV1

Volume (col cacciavite)

RV2

RV2

Condensatore

LD1

Led (dia Breadboard)

L’amplificatore operazionale

A1-A2

A2

A1

Vi ho portato questo circuito 1) perché non voglio più sentire “il circuito è aperto”Aperti o chiusi sono solo gli interruttori (switch)Un ramo

può essere integro, interrotto

Nodo 1 N2 N3 N4

N5

N7

N6

N8

N10

N9

N11

N12

N13

N14 N15

N16

N17

N18

N19

N20

2) per parlare di sovrapposi-zione degli effetti

Ramo N3–N7

(o un componente)

o cortocircuitato

R1 corto-circuitato

cc (by-pass)

interrotto

R1 in-terrotto

C

Rv2

V1

=>

-1V

1 V tv2

2 V

t

V1

t

2 V1V

3 V

vI

vI vU = VU1 + vu2

=CXfrequenza f => Tester

∞==0

1XC

t

VU1

t1 V

1 msec

vu2

in cc

C

RV1

vu2

v2

VU1

C

RV1

v2in cc

R<<=fC2

1XC

πXC trasc

RV1

vu2

v2

VU1RV1

v2in cc

XC ∞

+

t1 V

=

Circuito in continua

Circuito per il segnale

Fourier Spettri

La R di C =

R di L = XLfC2

1

πCircuito in continua

Circuito per il segnale

È un partitore an-che questo circui-to, solo che la partizione varia con la frequenza della sinusoide(perché varia con f la reattanza di C ovvero la sua resistenza al passaggio della corrente)

Notare quanto spesso si incontra quel partitore che stavamo studiando

!

(11’)

D1

DIODE_VIRTUAL

R1

10kΩ

R110kΩ

GND

VCC

5V

VB5 V

VA5 V U1

DC 10GΩ5.000 V

+

-

A

B

Y

AND a diodi

A, B, Y variabili binarie (H/L,

A, B H (5V come la Vcc di alimentazione)

V/F, 1/0, C/A)

o L (0V)

A and B = H se

A e B sono H

Le operazioni base tra variabili binarie sono tre:

OR o somma logica (≠ aritmetica)AND o prodotto logico

NOT o negazione logica

Y = A and BA

B

D1

DIODE_VIRTUAL

D2

DIODE_VIRTUAL

R110kΩ

GND

VCC

5V

A

B

Y

Porta AND

Operazioni di algebra binaria

(algebra di Boole)

Porta logica = circuito che esegue una operazione logica

VCC

5V

GNDB

A

Y = A and B

AB = 1 se A e B sono 1

A

BY = A and B&

A B

L LHH

Casi possibili

L HLH

L LLH

Risultato

A and B

Tabella di verità dell’operazione AND

A B

0 011

Casi possibili

0 101

A * B

0 001

Risultato

Tabella di verità dell’operazione AND

D1

DIODE_VIRTUAL

D2

DIODE_VIRTUAL

R110kΩ

GND

VCC

5V

VB5 V

VA5 V

D1

DIODE_VIRTUAL

D2

DIODE_VIRTUAL

R110kΩ

GND

VCC

5V

U1DC 10MΩ0.000 V

+

-

U1DC 10MΩ4.995 V

+

-

U1DC 10GΩ5.000 V

+

-

Ok

D1DIODE_VIRTUAL

V15 V

D1DIODE_VIRTUAL

V15 V

R1

10kΩ Diodo reale V1 > 0,5 V nei diodi al silicio (> 1,7 V nei LED)

0,7 V(LED 1.7 V)

P1

P2

L. di Kirchhoff sulle tensioni

+

-

5 V

VR1

+

-+

-

Vu

VR1+Vu=5V

VR1+VD +Vi = 5V

+

-Vi

- VD +

VR1 = R1*IR1

IR1

?

D1

DIODE_VIRTUAL

R1

10kΩ

GND

VA5 V

Vcc5 V

A Y

A Y = 5 – VR1 ≤ 5= 5V

R1

10kΩ

GND

VB5 V

Vcc5 V

VA5 V

YA

B

R1

10kΩ

GND

Vcc5 V

YVR1 = R1*IR1 IR1

VR1 + Vu = 5+

-

Vu

VR1 +-

IR1 = 0 VR1 = R1*0 = 0

0 + Vu = 5

R1

10kΩ

GND

Vcc5 V

Rvoltmetro10MΩ

IR1

U1DC 10MΩ4.995 V

+

-

AM

IR µ5,010

51 ==

0 mA

0.5 µA

= 0 V

= 5 V

VR1 +-= 5 mV

Vu = 5000 – 5 = 4995 mV

P1AP1

R110kΩ

GND

VCC

5V

VB5 V

D1

DIODE_VIRTUAL

D2

DIODE_VIRTUAL

R110kΩ

GND

VCC

5V

VB5 V

B

P1.

AVu = 0 V (diodo ideale)

0,7 V

Vu = 0,7 V (diodo reale)

+

-

Vu

Di regola la massa è collegata a terra e per questo qui è chiamata GND (Ground)

Con N ingressi i casi possibili in ingresso sono 2N (22=4 23=8 24=16 210=1024=1k informatico)

H = 1 in logica positiva

±10%

±100%

da 0 = 000…0

a 2N-1 = 111…1

2N numeri

GND

5V

U1DC 10GΩ0.634 V

+

-

Y

R1

10kΩ Vcc5 V

D2

VB5 V

B Y P1

R1

10kΩ Vcc5 V

D1A Y P1 I

D1

DIODE_VIRTUAL

XIV1

R110kΩ

GND

VCC

5V

0,7 V

0,7 V

(9’)

(questo nella logica positiva, perché si fanno anche porte logiche in logica negativa e in queste l’1 non è la tensione alta ma quella bassa)

Vuol dire che se la V usa-ta è la VAB (V tra A e B) allora la R deve essere la RAB e la I deve essere la IAB che passa in RAB

Tra Y e massa col rosso su Y

No, per applica-re una tensione ho bisogno di due punti e quando si parla di tensione del punto1 è sottinteso “rispetto alla massa”

È un circuito che esegue un’operazione logica (= che dà in uscita il ri-sultato di un OR o di un AND o di un NOT tra i suoi ingressi)

2 * 5 = 10; 2 and 5 = ?

Perché 1 * 1 = 1, 1 * 0 = 0, 0 * 1 = 0, 0 * 0 = 0 dando gli stessi risultati del prodotto aritmetico tra i numeri 1 e 0

Perché (A and B) = H se A e B sono H, perché (A and B) = 1 se A e B sono 1, perché (A and B) = V se A e B sono V

Deve essere alta (High) o bassa (Low), es. VA = 0, 5V oppure VA = 5V, - 5V

Risposte su “AND a diodi”

Cosa è una variabile binaria? È una variabile che può assumere due soli valori.Se VA è una tensione come deve essere la tensione per essere binaria?

Fare un esempio di tensione V1 digitale (= che può assumere solo alcuni valori) non binaria.V1 = 3V, 2V, 1V, 0V oppure V1 = 3V, 1V, -1V, -3V, con V1 che può assumere 4 valoriUn esempio di variabile numerica X binaria e Y non binaria. X = 0, 1 e Y = 0, 1, 2, 3Spiegare perché un diodo ideale ha un comportamento binario.Perché un diodo ideale è un tasto che può assumere solo due stati chiuso, aperto.Spiegare perché un LED per il quale sia significativo se è accesso poco o tanto non ha uno stato binario. Perché può assumere 3 stati spento, acceso a bassa luminosità, acceso ad alta luminosità

Fare esempi di proposizioni (condizioni) che possono essere solo vere o false.(X = 5) oppure (X < 0) sono condizioni che a seconda del valore attuale di X o sono V o sono F

Sapendo che se CA e CB sono condizioni la condizione CA AND CB è Vera solo se entrambi le condizioni sono vere, quanto vale (X=5) AND (X<0)? Falsa, xché non possono essere V insiemeCosa è un AND? È un’operazione di matematica, precisamente di algebra binaria (booleana)Perché l’operazione AND è stata chiamata così (“e” in inglese)?

Perché l’operazione logica AND è chiamata anche prodotto logico?

Fare un esempio in cui si può fare il prodotto aritmetico ma non il prodotto logico.

Cosa è una porta logica?

Porta logica = circuito che esegue una operazione logica

VCC

5V

GNDB

A

Y = AandB

Posso mettere un 1 sull’ingresso A? No, in ingresso ad un circuito posso mettere tensioni ma non numeri

Cosa vuol dire “mettere un 1 su A” ?Vuol dire “mettere su A una tensione alta”

Posso mettere una tensione di 5V sul punto A?

Dove collego la batteria da 5V per mettere 5V sull’ingresso A? Tra A e massa col + su ADove collego i terminali del voltmetro per leggere la tensione Y?

Massa e terra sono la stessa cosa? In teoria no, in pratica si

perché la massa è a terra

Cosa è l’alimentazione? Una V continua (se il circuito è alimentato dalla sinusoide di rete c’è un alimentatore che la converte in continua) necessaria per il corretto funzionamento del circuito

Cosa vuol dire che la legge di Ohm V=RI va applicata tra due punti?

Cosa vuol dire “la IAB che passa in RAB”? Vuol dire che se tra A e B ci sono due R in parallelo (R1 e R2),

R1 R2

A

B

IR1//R2

IR2IR1

se nella legge di Ohm metto R1 allora devo mettere IR1 (VAB=R1*IR1), se metto R2 allora devo mettere IR2 (VAB=R2*IR2) e se infine metto R1//R2 allora devo mettere IR1//R2 (VAB = R1//R2 * IR1//R2)

Cosa è una tabella di verità di un circuito logico? Una tabella con due lati che a sinistra ha tutti i possibili casi d’ingresso e a destra l’uscita corrispondente a quel casoQuante righe ha una tabella di verità se il circuito ha N ingressi? Ha 2N righeQuanto fa 213 ? = 23 * 210 e quindi fa 16 * 1024 = 16k (dove k non è 1000 ma 1024)Quanti e quali numeri si possono scrive con 5 cifre binarie? 25 = 32 numeri da 0 a 31 = 25 - 1

Quali 3 equazioni permette di scrivere la legge di Kirchhoffapplicata tra P1 e P2 di Fig. 1, punti tra i quali ci sono 5V?

D1

DIODE_VIRTUAL

D2

DIODE_VIRTUAL

R110kΩ

GND

VCC

5V

P1

P2 -

+

-

Vu+

-Vi

- VD +

VR1

+

-

Fig. 1

VR1 + Vu = 5

La legge di Kirchhoff applicata tra due punti P1 e P2 dice che …… la somma delle tensioni incontrate in un qualsiasi percorsoche va da P1 a P2 = VP1P2

VR1 + VD + Vi = 5 Vi = 5

Come si riconosce la funzione di una porta logica nella simbologia ANSI dove tutte le porte sono rettangoli? Si riconosce dallo specificatore scritto dentro al rettangoloLo specificatore della porta AND è‘… & (“e” commerciale)

R1

10kΩ

GND

Vcc5 V

+

-

Vu

Un circuito si dice a vuoto quando…Tra i morsetti di uscita non è collegato nulla

Giustificare usando Kirchoff e Ohm che in Fig. 2 si ha Vu = Vcc

Fig. 2

Per Kirchoff Vcc = VR1 + Vu => Vu = Vcc – VR1

Per Ohm VR1 = R1 * IR1 ma IR1 = 0 perché è a vuoto per cui VR1 = 0

IR1

Perché la tensione Vu = ai 5V forniti dalla batteria solo se non scorre alcuna corrente in R1?Perché su R1 si ferma la tensione necessaria a farci passare la corrente e solo se non sta scor-rendo nessuna corrente allora su R1 non si ferma nessuna tensione e i 5V arrivano tutti in uscita

D1

DIODE_VIRTUAL

D2

DIODE_VIRTUAL

R110kΩ

GND

VCC

5V

VB5 V

B

P1.

A Y

Fig. 3

Come si comporta un diodo se la tensione cerca di far passare corrente nel verso contrario al verso indicato dal simbolo? Come un tasto aperto.Come si comporta un diodo reale se una tensione < 0,5V cerca di far passare corrente nel verso indicato dal simbolo? Come un tasto aperto anche lui perché...

Perché applicando ad un diodo una tensione diretta (= che spinge nel verso “giusto”) > 0,7V si rischia di romperlo? Perché superati gli 0,7V anche piccoli aumenti di tensione producono grandi aumenti di corrente e si rischia di superare la corrente massima del diodo

Perché D1 di Fig. 3 conduce? Perché Vcc spinge la cor-rente nel verso in cui può passare ed è maggiore di 0,5V

Perché D2 di Fig. 3 non conduce? Perché per farlo con-durre la batteria che spinge nel verso “giusto” (Vcc) dove-va superare di almeno 0,5V la batteria che spinge nel verso “sbagliato” (VB) mentre qui sono uguali

Perché se entrambi i diodi di Fig. 3 sono tasti aperti Vu=5V?

Vu

+

-

Perché Vu = 5 – VR1 = 5 – 0 se su R1 non passa corrente e non può passare corrente se i diodi sono entrambi aperti

Quanto vale Vu se D1 è in conduzione perché A è collegato a massa? Vu = VD1 = 0,7V

(9’)

Visualizzatore a LED di tensione Vi alta o bassa

Vi

+

-

protezione del LED contro le inversioni in ingresso

LED protetto

LED1

R1

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

D11N4148

XFG1Un LED (Light Emitting Diode) è un diodo che emette luce quando è attraversato dalla corrente.

Le differenze rispetto al diodo sono 2:

2) la tensione inversa di rottura non è 60/80V come nei diodi normali

Vrottura > 70 V

Vrottura= 3-10V nei LED

? 10 mA

= 5 V

o 3V (led bianchi)

o 4,5V (led ultravioletti)o 1,3V (infrarossi)

(400V nei diodi raddrizzatori) ma di soli 3-10V

In un LED normale la corrente varia da 5mA (si vede acceso, ma la luminosità è bassa)a 20mA (alta luminosità).

Nei LED a basso consumo bastano 3mA (bassa luminosità) e 10mA (alta luminosità).

Nei LED di potenza (quelli usati per l’illuminazione) si va da 100mAa 20A

(es. un LED da 1W viene alimentato con una corrente costante di 350 mA; alimentarli a tensione costante pregiudica o la durata o la luminosità e non si fa)

(7’)

I LED di potenza costano molto di più dei led a bassa corrente visti i 230

euro che costava (prezzo 2010) questo faretto a led da 27W…

che emette la stessa luce di un neon da 27 W (2200 lumen) e quindi ha la stessa efficienza del neon (82

lumen/W)…

offrendo come vantaggio rispetto al neon solo una durata di circa 10

volte maggiore, assenza di

sfarfallamento e accensione

istantanea, comportandosi quanto a costanza della luce come un’alogena che però consuma 4/5 volte di più

D1 limita a circa 1V la ten-sione inversa (quella quando non conduce) sul LED

LED1

Vi5 V 1.660 V

+

-

R1

330Ω

0.010 A

+

-

U1DC 10MΩ1.660 V

+

-1.7 V

11 RLED II = mRR

Vi 101

3,3

1

7,1==

−=

1R

Vi=

Ω=== 33033,010

3,31 k

mR

Vi5 V

-5.000 V

+

-

R1

330Ω

LED

Senza il diodo D1 di protezione, sul ledva tutta la Vi di 5V e il led può rompersi

0.7 V

Vi5 V

-0.683 V

+

-

R1

330Ω

D1

LED

LED1

R1

Vi5 V

D1

Vconduzione 0,7VVconduzione > 1,7 V

Vsoglia > 1.5VVsoglia = 0,5V

1) Serve più tensione per condurre:

o 2V (led verdi)

b) quando conduce ai suoi capi non ci sono all’incirca 0,7 V, ma:

1,7 V (led rossi)

a) tensione di soglia maggiore;

?10 mA

1,7V/10MΩ = 0,17µA << 10mA

Ruscita = ?

Ruscita = ?

R110kΩ

GND

VCC

5V

VB5 V

LED1

VA5 V

Fig. 2

Vu

+

-

1) Non gli bastano 0,5V per cominciare a far passare corrente ma servono almeno 1,5V;

Light Emitting Diode, diodo che emette luce quando è attraversato dalla corrente

Risposte su “LED protetto”

Cosa significa la sigla LED?

Domande

In quali due aspetti un LED differisce da un diodo normale quando conduce?

2) quando conduce non ha ai capi circa 0,7V ma una tensione che dipende dal suo colore e va dagli 1,7V di un led rosso ai 3V abbondanti di un led biancoI LED che emettono infrarossi e ultravioletti hanno tensioni di conduzione nel range 1,7V-3V ?No, quelli che emettono infrarossi hanno tensioni minori (1,3V) e quelli che emettono ultra-violetti hanno tensioni maggiori (4,5V)I LED ad alta potenza per illuminazione che tensione hanno ai capi quando conducono? Da 3,16 V a 3,6 V a seconda del costruttore

Che tensioni fornisce un alimentatore da laboratorio? Da 0 a 30 VIn che intervallo sono le tensioni di alimentazione usate più spesso in elettronica? Da 5 a 12 VCosa vuol dire la frase “applicare 5V inversi ad un diodo” ?Vuol dire mettere ai suoi capi una tensione di 5V con le polarità tali da spingere corrente nel verso in cui il diodo non la fa passare

Applicando 5V diretti (che spingono nel verso in cui può condurre) ad un diodo lo si brucia? Si.Perché con 5V diretti un diodo si brucia? Perché si comporta da tasto chiuso, a parte il fatto che ai sui capi ci sono circa 0,7V, e se metto 5V ai capi di un filo ideale (R=0) la corrente che passa è I = 5 / 0 = infinita e un diodo ha una corrente massima superando la quale si brucia

Tra quali punti di un circuito non si deve collegare un filo se no si fa di sicuro “corto circuito”?Tra i punti dove è collegata la batteria di alimentazione.

Applicando 5V inversi ad un diodo normale (cioè che non è un LED) lo si brucia? No.

Quali tensioni inverse possono danneggiare un diodo normale?V > 60 V (oltre il doppio della massima tensione fornita dall’alimentatore di laboratorio)

Applicando 5V inversi ad un LED lo si brucia?Forse si, forse no, perché i LED reggono dai 3 ai 10V e forse 5V li regge, ma non è sicuro

Che corrente deve passare in un LED normale perché si accenda in modo visibile? 5 mAE per una piena luminosità? 20 mAQuali correnti si fanno passare in un LED a basso consumo? Da 3 a 10 mAChe corrente passa in un led da illuminazione da 3W?Circa 1A visto che la tensione di questi led è di circa 3V

Che R1 serve in Fig. 1 per far passare 15 mA nel led1 se la tensione sul led in conduzione è di 2V? LED1

R1

Vi5 V

Fig. 1Ω===

−=

−== 2002.0

15

3

15

21

1

1

1

1 kmm

V

I

VV

I

VR i

LED

LEDi

R

R

Che tensione c’è sul LED1 di Fig. 1 se la batteria è collegata al contrario e perché?Ci sono 5V perché su R1 non cade nessuna tensione visto che non passa corrente

D11N4148

Cosa cambia con Vi collegata come in Fig.1 se c’è il diodo D1? Nulla perché D1 è un tasto aperto

Dire che tensione c’è sul LED1 con la batteria invertita in presenza di D1 e perché0,7V perché D1 conduce e quando un diodo conduce cade circa questa tensione su di lui

Quanto è ID1 con Vi invertito e R1=200Ω? mAII RD 5.21200

7.0511 =

−==

Cosa è il duty cycle di un segnale quadro?

100*% __

T

TDC

ALTOstache=

Cosa è l’offset di un segnale?Il suo valor medio

Disegna un’onda quadra con stato basso 0V e alto 4V di frequenza 1MHz e DC 25%

sec11

11µ===

MfT

1µ250n 500n 750nQuale è il suo valor medio?

Vn

n

T

AreaVmedio 1

4*250

250*4===

0

4V

t (sec)

Vm

Selettore AC/DC/GND

AC

DC

GND

Sapendo che scegliere AC sul selettore AC/DC/GND del-l’oscilloscopio significa far passare il segnale attraverso un condensa-tore che blocca il transito del valor medio, cosa si vede sull’oscilloscopio se gli si manda la nostra onda quadra con AC premuto?

1µ250n 500n 750n0

4V

t (sec)

Il segnale viene traslato lungo le y finché l’asse x non coincide col suo valor medio, per cui adesso il suo valor medio è 0V

Vm

Come si chiama un segnale a valor medio nullo?Segnale alternato

Quanto vale la Vu di Fig2 a vuoto (ovvero col LED1 staccato)? 5V perché VR1=R1*I=R1*0 = 0V

Quanta corrente scorre se cortocircuito l’uscita?I 5V di Vcc vanno tutti su R1 e passa 5/10K = 0,5 mA

Se attacco il LED1 esso conduce?Si, perché Vcc ha il verso giusto ed è > della V di soglia (1,7V per i led rossi e 3V per quelli bianchi)

Se LED1 conduce che tensione ha ai capi? 1,7VChe corrente passa in LED1? 3,3/10k = 0,33 mAPerché LED1 non si vede acceso? Perché 0,33 < 5mA

Si poteva capire dalla corrente di cortocircuito di 0,5mA che non si accendeva?Si, xché 0,5mA non bastavano e ne sarebbero passati meno mettendo il led al posto del filo

= Rthevenin = = Rvista dall’uscita con Vcc in corto

= R1 = 10kΩ

R110kΩ

GND

VCC

5V

VB5 V

LED1

R2

330Ω

Fig. 3

In che stato di uscita si accende il LED1 in Fig.3? Nello stato basso (Vu=0) perché se Vu fosse alta (cioè di 5V) avrebbe 5V da ambo i lati e resterebbe spento

= Rthevenin = = Rvista dall’uscita con Vcc in corto

= 0 ΩCosa si può dire sulla Ruscita quando la tensione scende molto da vuoto a carico (come in Fig. 2 dove passava da 5V a vuoto a 1,7V col led1)? Che Ruscita è grande, per-ché la V che viene a mancare in uscita cade su Ruscita

Cosa si può dire sulla Ruscita quando la tensione non scende per nulla da vuoto a carico (come in Fig. 3, uscendo dove abbiamo messo R2+led, dove la tensione era di 5V a vuoto e restava di 5V col led1?

Che Ruscita = 0

(9’)

Rce_sat

C

E

Alimentazione

CC

CEsatCC

R

VV −=

CC

CCCsat

R

VI ≅

BJT1

BC107BP

C

E

B

Vce

Ib

Rcc1.0kΩ Vcc

5 V

Introduzione al transistor BJT

BJT1

BC107BP

VCC

5V

LED1

Rc300Ω

Vbb5 V

Rb

100kΩ

C

E

BVi

Vu

(8’)

Vbb5 V

Rb

100kΩ

E

BVi Dbe

C

E

B

Emettitore

Collettore

Base

Rce_int

C

E

IB = 0

Transistor di tipo BJT (Transistor a Junction Bipolare) (Ci sono altre due tipi di transistor: transistor FET

Gate

Drain Drain

Source Source

e MOS) Per capire il funzionamento del BJT in questo circuito basta sapere due cose:1) che tra B ed E c’è un diodo;

Se Vbb ≤ 0,5V

B

BBB

R

VI

7,0−=

soglia 0,5V

conduzione 0,7V

Se Vbb > 0,5V =>

=> IB = 0

2) che IC è proporzionale ad IB ovvero che IC = k IB

IB = 0 => IC = hFE * 0 = 0

29110

2914==

µ

µFEh

BJT1

BC107BP

C

E

B

Vce

Ib5uA

Rcc1.0kΩ Vcc

5 V

1.417m A

+- 2835

1417===

µ

µ

B

CFE

I

Ih

AIC µµ 283010*283 ==

2.914m A

+-Ib10uA

29115

4365==

µ

µFEh

4.365m A

+-Ib15uA

IB = hFE * IC

1 mA100 mA

Rce

C

E

IB

Ic = 291*Ib => L’entità di Ib deter-mina l’entità di Ic, ma Ic scorre perché spinta da Vcc

Rce_sat

C

E

minFE

CsatBsatB

h

III =≥

IC = hFE * IB

guadagno di corrente in continua del BJT

5mA

AIBsat µµ

17291

5000==

I 3 possibili stati del BJT

0,2VVCEsat

29128217

4798≅==

µ

µFEh 4.798m A

+-Ib17uA

Transistor in zona di linearità

0,1VVCEsat

Se IB = IC = 0 il BJT si dice interdetto

Rce_int

C

E

Valori di hFE da 30 (nei BJT di potenza) a 500

Rce

C

E

IB

IB

IC

BJT1

BC107BP

C

E

B

Vce

Ib34uA

Rcc1.0kΩ Vcc

5 V

4.909m A

+-

0.092 V

+

-

x 2

Transistor saturato: Ic ha raggiunto il max (quasi Vcc/Rc) e non aumenta più aumen-tando IB

= (da 4.8 a 4.9mA)

Vis

Ri

Ruscita (Ro)

V1

Vu (Vo)

+

-

+AvolVi

’

-

V2

Vi = V1-V2

+

-

Vi’

+

(Vi+Vis)

µµµµA741(8’)L’amplificatore operazionale

Un amplificatore operazionale (AO) è:

- un integrato (spesso usato per somme, moltiplicazioni, integrazioni,…)- che contiene un amplificatore a più stadi

LF 157

BIFET con altissima Rin

Gli AO a CMOS consentono basse alimentazioni e maggiore dinamica (escursione della tensione) di uscita

- che generalmente richiede una alimentazione duale (due tensioni uguali ed opposte),

U1

741

VCC

12V

VEE

-12V

V1

10mV

10mV

0.000 V

+

-

- L’amplificatore è in continua (= può amplificare anche la continua non essendoci nessun condensatore in serie)

di regola con valori tra 5 e 15V

[ Vu può variare da + (Valim+ - 1÷2V) a - (Valim

- + 1÷2V) ]

Vumax = Vsat+ =

Vumin = Vsat- =

+ 10V

- 10V

+ 11V- 11V

- ed è un amplificatore differenziale (ovvero ha due ingressiche permettono di inserire due tensioni di segnale V1 - V2

V1

10mV

V2

10mV

e una tensione di uscita proporzionale alla differenza V1-V2)

741

12V

-12V

11.115 V

+

-

Ingresso non-invertente (un + spinge l’uscita verso il +)

Ingresso invertente (un + spinge l’uscita verso il -)

Vos, tensione di sbilanciamento(di offset) in uscita

741

12V

-12V

1.03083mV 0.545m V

+

-

Vis, offset in ingresso in grado di azzerare l’uscita

5 mV di offset sono rimasti!

(valore maxentro cui sta il valore reale)

Ri = 2 MΩ Ro = 75 Ω

Ro = 0.1 ÷ 10 ΩLF157 Ri = 1000 GΩ

Avol = 200 000

Avol = 200 000

AO ideale Ri = ∞ Ro = 0 Avol = ∞

µA741Vis tip = 1 mVIbmedia tip = 80nA

Ib1

Ib2

Correnti di bias

Avolmin = 20 000

Rin

Rin

Ib1

Ib2

Ib1Ib2+

Ib =2

|Ib1Ib2|-Ios =

Ib1

Ib2

I di bias (polarizzazione)

e bassissime correnti d’in-gresso Ib1 e Ib2

Rin

Amplificazione di V open loop (ad anello aperto) ovvero senza reazione

La grossa variabilità del guadagno non è un problema quando l’operazionale è usato come comparatore.

È invece inaccettabile quando si vuol fare un amplificatore, ma il problema viene superato con la reazione negativa al prezzo di una diminuzione del guadagno, che viene fatto grande proprio perché poi possa essere sacrificato per ottenere guadagni stabili, ma anche per ottenere una Ruscita molto minore di quella

dell’operazionale e se serve una Ringresso molto maggiore

0.3+07= 1V

0.3+07= 1V

Q14

R9Q15

Alimentatore 1.2 – 25 V 1A

Per vedere se un filo è interrotto o se c’è un contatto è più comoda questa posizione ( ) che suona se R=0

Banana

20A MAX mA COM V/ΩΩΩΩ

1000VDC700VACMAX

UNFUSEDMAX15sec

200mA MAX FUSED

500V MAX

ΩΩΩΩ

DCV

ACVACADCA

POWER

ON

OFF

hFE

PNP NPNE

B

C

E

E

B

C

E

Cx

2002k

20k 200k 2M 20M200M

200 m

2

20

200

1000

700

20020

220 20m200m

20m

2m

200m20

20µµµµ

2µµµµ

200n

20n

2n

Primo contatto col tester (multimetro) portatile

In effetti ci sono le tensioni costanti nel tempo (tensioni continue)

(9’)

e le tensioni variabili nel tempo,

Tra le tensioni variabili, hanno una particolare importanza quelle che hanno valor medio nullo, ovvero le forme d’onda centrate sullo zero con l’area sopra le x uguale all’area sotto le x).

Per familiarizzare con tensione, corrente e resistenza, impariamo a misurarle col multimetro (o tester).Prima dobbiamo alimentarlo ovvero… Vcollegare le batterie. Premiamo POWER, mettendolo in posizione ON.Se sul display non compare nulla, o la batteria manca o è scarica e bisogna provvedere.Se i puntali non sono già connessi, bisognerà cercarli se si vuol misurare qualcosa.Dipende: si vuol misurare tensione, corrente o resistenza? Vogliamo sapere se una batteria è carica o meno. La batteria fornisce tensione, che si misura in… volt (V), La tensione è un dislivello tra 2 punti, per cui servono entrambi i puntali per misurare la Vbatteria. La scrittura COM sta per “terminale comune a tutte le misure” e metteremo il puntale nero qui.

infileremo la banana rossa nella boccola V/ΩΩΩΩ.

Ma in che posizione mettere il selettore? Cerco l’indicazione V, trovando però due sezioni ?!?

t

v(t)

1.5 V

Periodo20 msec

+311 V

-311 V

t

v(t)

1.5 V

+

come quelle fornite dalle batterie,

Terra

Presa di rete

come la tensione di rete che ha andamento sinusoidale, oscillando tra + 311 V e –311 V (cambiare segno significa spingere un po’ in un verso e un po’ nel verso opposto, con le cariche che vanno un po’ avanti e un po’ indietro lungo il filo)compiendo 50 cicli completi al secondo perché un ciclo dura 20 millisec.(il numero di cicli al secondo è detto frequenza e si misura in Hz, per cui non si dice 50 cicli al secondo ma con frequenza di 50 Hz, che vuol dire esattamente la stessa cosa).

Tali tensioni si dicono alternate e arriviamo finalmente a capire che ACV sta per V che creano una Corrente Alternata

Per vedere se è presente la tensione di rete, useremo ACV e portata 700 V

Poiché la corrente si misura in Ampere, per una misura di corrente si userà la sezione ACA o la sezione DCA (l’A evidenziato sta per Ampere).Sceglieremo ACA per misurare una corrente prodotta dalla tensione alternata di rete

Per misurare la corrente, però, bisogna cambiar di posto al puntale rosso.

Nei circuiti elettronici, invece scorrono correnti piccole.

Per misurare una R tornare sull’ingresso V/ΩΩΩΩ, portare il selettore su ΩΩΩΩ,

Ma dove connetterli?

(cioè mediamente nulla, perché di tanto avanza una carica durante la fase +, di altrettanto torna indietro durante la fase -, ritrovandosi alla fine dove stava all’inizio).

Questa è alternata e sinusoidale, ma al-ternato non implicasinusoidale

Per vedere se la batteria è carica, sceglieremo la sezione DCV (che sta per V che creano Correnti Dirette) e la portata di 2V.

(ma essendo coscienti che se la corrente supera tale valore si può danneggiare irrimediabilmente lo strumento perché questo ingresso non è protetto da fusibile).

220VVefficace

Quanta corrente passa in una lampada da 220 W di potenza alimentata a 220 V ?

I circuiti elettronici (come computer o TV)

Computer (o Televisione)

(ma leggeremo 220V, che è la continua equivalente come potenza)

e DCA per una corrente prodotta da una batteria.sono alimentati in continua anche se

sembrano alimentati dalla rete, perché la V sinusoidale (V~) va ad un circuito detto alimentatore che la trasforma in una V continua (V=).

Alimentatore

(power supply)

V=V~

Presa di rete

Per correnti fino a 200 mA lo collegheremo alla presa mA, Per correnti maggiori, bisognerà usare l’ingresso 20A

Per misurare la corrente che circola in un forno alimentato a 220V che assorbe 2.2 kW di potenza metteremo il puntale rosso nella presa 20A e sceglieremo la portata 20A della sezione ACA. Infatti la I sarà di 10 A, perché la potenza P in W si ottiene facendo VIe se tale prodotto deve venire 2200 con V=220 la I dovrà essere di 10 A.

1 A, perché VI = 220 e V = 220. Che potenza dovrebbe avere la lampada per assorbire solo 200 mA? P=VI=220*200m=44000mW=44 Watt.

P = V*I [Watt] = [Volt][Ampere]

Capacità = 670 mAh

può dare 670mA x 1hoppure 67mA x 10hoppure 6.7mA x 100h

Es.: che corrente assorbe senza telefonare un cellulare alimentato da un accumulatore (batteria ricaricabile) con capacità = 670 mAh se si scarica in 67 h? I = 10 mA

e levare la tensione o la batteria!!

Cosa succede quando si pigia il tasto POWER sul multimetro?

Risposte su “Tester”

Succede che la batteria viene collegata al circuitoPer cosa sta la dicitura COM accanto ad una boccola di ingresso? Sta per terminale COMUNE alla misura di V o di I

Periodo T=20msec

+311 V220V

Vefficace

-311 V

9 V

t (msec)

v(t) (Volt)

Alimentatore

(power supply) V=V~

t (msec)

Disegna su un grafico quotato la tensione di rete v(t) (Volt)

Quanti periodi fa in 1 sec la tensione di rete?

5020

1

20

1

sec_

sec1===

k

mTinFa periodi al sec

Come è chiamato il “numero di periodi al secondo” e quale è la sua unità di misura?Si chiama frequenza (f) e si misura in Hertz (Hz) (per cui la tensione di rete ha f = 50Hz)

Che legame c’è tra f e T ?

Disegna su un grafico una tensione continua di 9V

Che tensione entra e che tensione esce in un alimentatore che dà 9V in uscita?

Come si legge V~Come si legge V=

Tensione sinusoidaleTensione continua

Se misuro la tensione di rete che valore mi dà il voltmetro? 220 V

Perché il voltmetro mi dà 220V come tensione di rete? Perché la tensione continua equivalente come potenza (cioè che applicata ad una R fa dissipare la stessa potenza) alla tensione di rete sinusoidale è di 220V

Il termine tecnico per “tensione continua equivalente come potenza” è … Tensione efficace

Per cosa sta la sigla DCV ? Per tensione (V) che produce una corrente (C) diretta (D) nel senso di continua

Per cosa sta la sigla ACV ? Per tensione (V) che produce una corrente (C) alternata (A) ovvero a valore medio nullo perché le tensioni positive e quelle negative si equivalgono

Per cosa sta la sigla ACA ? Per corrente (A=Ampere) di tipo corrente (C) alternata (A)NOTA: una tensione variabile non è necessariamente alternata, ma visto che il suo valor medio non contiene informazioni in genere viene tolto prima che entri nel circuito, dopo di che l’abbiamo resa alternata http://en.wikipedia.org/wiki/Alternating_current

Su una resistenza sottoposta alla tensione di 10V scorrono 100mA. Quale potenza dissipa in calore?P = V * I = 10 * 100m = 1000 mW = 1Watt

Usando la legge di Ohm, la formula P=VI può essere scritta in altri due modi, che sono:2

2

RIR

VVIP ===

Cosa è un accumulatore? È una batteria ricaricabile

In quanto tempo si scarica una batteria (o un accumulatore) con capacità di 1500 mAh? In 1 h se eroga 1500 mA, in 10 h se eroga 150 mA, in 100 h se eroga 15 mA, etc etc

Tf

1=

f

(5’)

20A MAX mA COM V/ΩΩΩΩ

1000VDC700VACMAX

UNFUSEDMAX15sec

200mA MAX FUSED

500V MAX

ΩΩΩΩ

DCV

ACVACADCA

POWER

ON

OFF

hFE

PNP NPNE

B

C

E

E

B

C

E

Cx

2002k

20k 200k 2M 20M200M

200 m

2

20

200

1000

700

20020

220 20m200m

20m

2m

200m20

20µµµµ

2µµµµ

200n

20n

2n

V