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Appunti laboratorio 2015

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Laboratorio 5B 2015
///--- inizio lezione di Martedì 20140916
Visto un esempio di video realizzato a scuola, informato sulla possibilità di realizzarne altri in
orario scolastico.
Resistenze
Se abbiamo bisogno di Resistori da 10 kOhm 0,25 W che tipo di Resistori posso comprare ?
Posso cercare
• Resistori a montaggio smd
• Resistori a film di carbonio
• Resistori a film metallico montaggio tradizionale (pochi centesimi di euro)
Coefficiente di temperatura pari a 3ppm significa che se R=10kohm e temperatura varia di 1°C la R
varia di 3ppm= 0,03 ohm (1% = 100ohm, 1per mille = 10 ohm, 1ppm = 0,01 ohm)
Se la temperatura di riferimento è 20°C e la temperatura di lavoro è 50°C vuol dire che la
temperatura è cambiata di 30°C e che i miei 10000 ohm diventano 9997-10003 ohm
http://it.rs-online.com/web/c/passivi/resistori/resistori-montaggio-a-foropassante/?searchTerm=resistori
http://it.rs-online.com/web/c/?searchTerm=resistore+10kohm+0%2C25W&sra=oss&r=t
per i componenti a film spesso SMD occorre verificare la potenza dissipabile
http://www.pinto.it/default.aspx negozio di Torino
http://www.componenti-elettronici.com/
altri negozi a Buttigliera (SGM) , Alpignano (Eta Beta), Torino Corso Grosseto (Femet), Corso San
Maurizio (…), ….
Per avere un Resistore variabile da circa 0 ohm a circa 10 kohm (0,25 W) posso comprare un
potenziometro a filo 1 giro, da pannello, multigiri (10 giri), da circuito stampato, con manopola, con
cacciavite, …
Se mi serve un potenziometro da 0 a 7723 ohm max (con una sola manopola/cacciavite) posso
inserire un blocco meccanico (devo fare attenzione alla ripetibilità ossia alla posizione 123° avere
sempre 3300 ohm)
Il potenziometro ha 3 pin A B C (Alto, Basso, Centrale) ho una R_fissa RAB, e 2 resistenze variabili
RAC ed RCB la cui somma vale sempre RAB
Posso saldare una R in parallelo tra i pin A e B di valore Rp
Ad esempio con un potenziometro da 0 ohm a 10 kohm (da 0° a 350° di rotazione) regolato a 125°
quanto valgono le tre R ?
RAC = (minore di RAB, maggiore di RCB)
RCB = (minore di RAB, minore di RAC)
RAB = 10 kohm (somma di RAC + RCB)
RCB : angolo parziale = RAB : angolo totale
Angolo parziale = 125°
Angolo totale 350°
RAB =10 kohm
RCB= RAB * angolo parziale / angolo totale = 10’000 ohm *125°/350°= 3’571 ohm
\\\--- fine lezione di Martedì 20140916
///--- Inizio lezione di Giovedì 20140918
Ci serve un potenziometro con RAB con un valore che non è disponibile in commercio, ad esempio
7’723 ohm. Posso prendere un potenziometro con RAB maggiore di 7’723 ohm e collegare una R in
parallelo.
Rp deve essere maggiore di RAB (se fosse uguale o minore la Requivalente sarebbe <= 5’000 ohm)
Requivalente = (RAB * Rp) /(RAB+Rp)
Dati numerici di partenza:
• RAB = 10’000 ohm
• Req=7’723 ohm
Passaggi matematici per ricavare il valore di Rp:
• (RAB+Rp)*Req=RAB*Rp
• RAB*Req+Rp*Req-RAB*Rp=0
• Rp*(Req-RAB)=- RAB*Req
• Rp=- RAB*Req/(Req-RAB)
• Rp=10’000*7’723/(10’000-7’723)=77’230’000/2’277=33’917 ohm
Quindi posso sempre avere un potenziometro con un valore RAB non commerciale, il prezzo da
pagare è la perdita della linearità
Per sapere quanto vale RCB per qualsiasi grado di rotazione posso agire in 3 modi :
• proporzione matematica
• lettura del grafico
• disegnando il grafico
In laboratorio con il multimetro in ohm possiamo identificare i pin A, B, C
Smontando un potenziometro possiamo identificare il cursore e la pista in carbone che corrisponde
ad RAB
\\\--- fine lezione di Giovedì 20140918
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------///--- Inizio lezione di Venerdì 20140919
Approfondiamo il potenziometro perché è un ottimo surrogato di un sensore (umidità, temperatura,
numero di giri, pressione, ….)
Se abbiamo bisogno di una tensione regolabile da 0 a 12 V e abbiamo a disposizione una tensione di
12V (30mA max) possiamo utilizzare un potenziometro
Calcoliamo il limite inferiore di Rcb del potenziometro e utilizzando Imax=30mA otteniamo
Rcb_min=400 ohm, poi calcoliamo il limite superiore di Rcb del potenziometro e utilizzando
Iminima=1mA otteniamo Rcb_max=12 kohm
Utilizzo un valore intermedio ai valori minimo e massimo e posso scegliere Rpot=10 kohm
Possiamo ridisegnare il circuito elettrico sostituendo il potenziometro con 2 R fisse Rac ed Rcb che
variano al variare dell’angolo del cursore e che hanno sempre come somma
Rac+Rcb=Rab(=10kohm)
Possiamo calcolare i valori delle R e di Vout per ogni angolo del cursore, disegnare la caratteristica
tra angolo (x) e la Rcb (y)
Dopo avere effettuato i calcoli e aver disegnato i grafici posso ricavare che l’andamento % di Rbc
rispetto a Rab è “uguale” all’andamento % di Vout rispetto a Valim ed è “uguale” all’andamento %
della grandezza fisica che viene “misurata” dal sensore
\\\--- fine lezione di Venerdì 20140919
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------///--- Inizio lezione di Lunedì 20140922
Riprendiamo il potenziometro lineare con Rab=10'000 ohm ed il potenziometro lineare con in
parallelo una R=33’917 ohm (si ottiene Rab’=7723 ohm) e cerchiamo se la caratteristica è concava
o convessa
La prima operazione è ridisegnare il potenziometro con 2 R distinte Rac e Rcb, poi si ridisegna il
circuito per calcolare Rcb’
Calcoliamo che a 125° su 350° se la caratteristica è lineare otteniamo Rcb=2'578 ohm, con la Rp
otteniamo Rcb’=3'280 ohm
Esercizio di logica : si procede ordinando i dati del problema utilizzando solamente operatori < o >
La soluzione è : A<GC<N N<AM<CM quindi A guadagna di meno
\\\--- fine lezione di Lunedì 20140922
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------///--- Inizio lezione di Martedì 20140930
Esercizio 1 voto da 2 a 5
Disegnare lo schema elettrico di un alimentatore 12V collegato ad un potenziometro da 10'000 ohm
utilizzando 2 R distinte Rac e Rcb quando il cursore è posizionato a 125° su 340°
Calcolare Rcb a 125°e disegnare 2 grafici con x=° y1=Rcb y2=Vout=VRcb
Esercizio 2 voto da 5 a 8
Disegnare lo schema elettrico di un alimentatore 12V collegato ad una Rs1 in serie tra il positivo
dell’alimentatore ed il pin a del potenziometro, un potenziometro da 10000ohm con una Rp in
parallelo ad Rab, una Rs2 in serie tra il negativo dell’alimentatore ed il pin b del potenziometro
Calcolare la Vout (tra il pin c del potenziometro e il negativo dell’alimentatore) in almeno 3 punti
(0°, 125° , 340° ) utilizzando Rp=44000 ohm, Rs1=1000 ohm, Rs2=2000 ohm
Disegnare 1 grafico con x=° y3=Vout’(tra il pin c del potenziometro e il negativo
dell’alimentatore)
( Rab corrisponde alla nostra Rp )
Rac
Ra
Rab
Rb
Rc
Rbc
Esercizio 3 voto da 8 a 10
Calcolare Rs1, Rs2 (Rp=circuito aperto) per avere la Vout (tra il pin c del potenziometro e il
negativo dell’alimentatore) da 0,3V (a 0°) a 4,7V (a 340°) con un potenziometro da 10’000 ohm e
Valimentazione=12V
Calcolare la Vout (tra il pin c del potenziometro e il negativo dell’alimentatore) in almeno 3 punti
(0°, 125° , 340° )
Disegnare 1 grafico con x=° y4=Vout’ (tra il pin c del potenziometro e il negativo
dell’alimentatore)
Esercizio 4 voto da 10 a 10L
Descrivere la migliore procedura pratica per individuare i pin a,b,c di un potenziometro utilizzando
un multimetro
\\\--- fine lezione di Martedì 20140930
Inizio lezione martedì 20141028
Attività di laboratorio (metà classe per volta) sono finalizzate al voto
Per attività extra e imparare qualcosa anche per il dopo-diploma la proposta è pomeriggi e lavori a
casa (facoltativo)
Cognome _______________
Data 3 Ottobre 2014
Classe 5B Num. ____
Compito fila ____
Esercizio 1 voto da 2 a 5
Disegnare lo schema elettrico di un alimentatore 11V collegato ad un potenziometro da 22'000 ohm
utilizzando 2 R distinte Rac e Rcb quando il cursore è posizionato a 90° su 320°
Calcolare Rcb a 0° 90° 320°
e disegnare 2 grafici con x=° y1=Rcb y2=Vout=VRcb
Esercizio 2 voto da 5 a 8
Disegnare lo schema elettrico di un alimentatore 9V collegato ad una Rs1 in serie tra il positivo
dell’alimentatore ed il pin a del potenziometro, un potenziometro da 33’000 ohm con una Rp in
parallelo ad Rab, una Rs2 in serie tra il negativo dell’alimentatore ed il pin b del potenziometro
Calcolare la Vout (tra il pin c del potenziometro e il negativo dell’alimentatore) in almeno 3 punti
(0°, 90° , 320° ) utilizzando Rp=47’000 ohm, Rs1=2’200 ohm, Rs2=3’300 ohm
Disegnare 1 grafico con x=° y3=Vout’(tra il pin c del potenziometro e il negativo
dell’alimentatore)
( Rab corrisponde alla nostra Rp )
Rac
Ra
Rab
Rb
Rc
Rbc
Esercizio 3 voto da 8 a 10
Calcolare Rs1, Rs2 (Rp=circuito aperto) per avere la Vout (tra il pin c del potenziometro e il
negativo dell’alimentatore) da 0,4V (a 0°) a 3,7V (a 320°) con un potenziometro da 4’700 ohm e
Valimentazione=5V
Calcolare la Vout (tra il pin c del potenziometro e il negativo dell’alimentatore) in almeno 3 punti
(0°, 90° , 320° )
Disegnare 1 grafico con x=° y4=Vout’ (tra il pin c del potenziometro e il negativo
dell’alimentatore)
Esercizio 4 voto da 10 a 10L
Descrivere la migliore procedura pratica (la procedura con il minor numero di misure) per
individuare i pin a,b,c di un potenziometro utilizzando un multimetro
/// --- inizio lezione Lunedì 20141013
Dobbiamo passare da grandezza fisica da misurare a numero digitale visualizzato (display o
monitor) o memorizzato su file.
La grandezza fisica può avere variazioni lente (temperatura escluso le esplosioni) o veloci (numero
di giri)
Il sensore deve essere coerente con la grandezza fisica da misurare (un surrogato economico è ad
esempio il potenziometro), trasforma le varizioni della grandezza fisica in variazioni di tensione
Il sample and hold serve si il valore da misurare cambia nell’intervallo di misura (si semplifica con
un interruttore ed un condensatore ideale)
Il circuito di condizionamento serve ad avere sull’ADC il max range possibile
L’ADC può avere range 0-5V 0/10V -10/10V e può avere codifica a 8-16-32 bit
\\\--- fine lezione di Lunedì 20141013
Siamo arrivati a collegare il nostro sensore (potenziometro con Rs1 ed Rs2) al resto della catena di
acquisizione.
Se colleghiamo il sensore ad un blocco (black-box, dispositivo) posso avere una Ringresso che va in
parallelo a Vout del sensore e modifica la caratteristica del sensore.
Allora ….. posso utilizzare un adattatore di impedenza che ha un solo (amplificatore) operazionale
in configurazione inseguitore - follower (amplifica 1 quindi Vout=A*Vin=1*Vin=Vin)
Quindi l’inseguitore (adattatore di impedenza) “deve” avere le seguenti caratteristiche:
• impedenza di ingresso che tende ad infinito (circuito aperto parallelo)
• impedenza di uscita che tende a zero (corto circuito serie)
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