ESAMI DI QUALIFICA PROFESSIONALE 2001/2002
OPERATORE -TELECOMUNICAZIONI
© by Vittorio Crapella

TEMA:
Si vuole realizzare un amplificatore selettivo utilizzando un operazionale e un circuito risonante parallelo costituito da un trasformatore del tipo MF a nucleo variabile per la taratura.
Il sistema, alla frequenza di risonanza Fo di 350 KHz, ha l'amplificatore che guadagna 6,6 e fornisce in uscita una tensione di 6Vpp mentre su R5 cadono 0,6Vpp.
Dato lo schema risolutivo del problema il candidato esegua quanto di seguito richiesto:

1. calcolare il valore efficace del segnale d'ingresso alla Fo, necessario per ottenere quanto richiesto sull'uscita; [ punti 14 ]
2. determinare i valori delle resistenze incognite disegnate sullo schema; [ punti 10 ]
3. determinare il valore del condensatore incognito C5 per una corretta risonanza; [ punti 12 ]
4. realizzare il montaggio su circuito BREADBORD dell'intero circuito sistemando i componenti in modo ordinato e corretto secondo quanto previsto nello schema; [ punti 12 ]
5. misurare le tensione in CC a riposo nei punti principali del circuito; [ punti 5 ]
6. eseguire, con l'ausilio di opportuni strumenti da laboratorio, la taratura del nucleo della bobina MF affinché il circuito risponda alle specifiche richieste; [ punti 5 ]
7. misurare, riportando i dati in una tabella, la tensione d'uscita in funzione della frequenza del segnale d'ingresso; [ punti 10 ]
8. disegnare, mediante un grafico, la curva di risposta del circuito, indicando Fo, F2, F1 e ricavando la banda passante B e il fattore di merito Q; [ punti 12 ]

Durante lo svolgimento dei punti sopra indicati, il candidato illustri sotto forma di relazione, le parti salienti del circuito mettendo in evidenza il funzionamento, le formule, i calcoli e le misure ottenute. [ punti 20 ]

SCHEMA

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PUNTO UNO

Dai dati so che l'uscita, alla frequenza di risonanza, fornisce 6Vpp mentre su R5 cadono 0,6Vpp pertanto sull'uscita pin 1 dell'operazionale avrò 6,6 Vpp. Conoscendo che il guadagno dell'OP vale 6,6 e sapendo che A = Vout/Vin si avrà Vinpp = 6,6 / 6,6 = 1 Vpp.
Sarà pertanto Vin eff = (Vpp/2)/1,41 = 0,35 V.

PUNTO DUE

Sapendo che in un amplificatore di tipo invertente il guadagno vale A= -R2/R1 conoscendo A = 6,6 si può determinare R2 = R1 x 6,6 = 3,3K x 6,6 = 21,78 KOhm
(valore commerciale R2 = 22 KOhm).

Affinché l'uscita possa riprodurre in modo indistorto sia le semionde positive che quelle negative, la tensione in continua sul pin 1 dell'operazionale, deve valere 1/2 Vcc cioè 12V / 2 = 6V.
Sapendo che l'operazionale amplifica la differenza tra i due ingressi pin 2 e pin 3 e più precisamente se la differenza fra questi due pin ha le stesse polarità indicate dal simbolo l'uscita tende a Vcc mentre viceversa l'uscita tende a massa, per avere 6 Vcc in uscita significa che il pin 3 é più positivo del pin 2 di tanto quanto basta affinché l'uscita arrivata a 6V ne riporta lo stesso valore sul pin 2 attraverso R2 così da azzerare la differenza tra pin 3-2 e da stabilizzare l'uscita a quel valore.
Ne consegue che la tensione sul pin 3 dovrà essere pari ad 1/2 Vcc cioè 6V.
Essendo questa tensione dipendente da un partitore R3 ed R4 e sapendo che l'ingresso di un operazionale ha una resistenza molto alta. pertanto ininfluente sul partitore, per avere 1/2 Vcc basta fissare R3=R4 = 10KOhm (andrebbero bene anche valori più alti o più bassi purché uguali).

PUNTO TRE

Per determinare C5 affinché assieme alla bobina da 170 µH formi un circuito risonante parallelo si deve trovare il legame con la frequenza di risonanza.
Quando si parla di circuiti LC paralleli, risonanza significa che alla Fo si ha la massima tensione ai capi del parallelo e questo si può avere solo se XC (Ohm) = XL (Ohm).
Si può scrivere pertanto:

Conoscendo la Fo che é pari a 350 KHz posso ricavare C = 1/ ( 4 ¶ ² F ² L) sostituendo i valori si ottiene C5 = 1217 pF (valore commerciale C5 = 1200 pF).

PUNTO QUATTRO

PUNTO CINQUE

Le misure in continua a riposo sono indicate sullo schema.

PUNTO SEI

Considerato che le tensioni in continua sono quelle necessarie ed ipotizzate per un corretto funzionamento, predispongo il generatore sulla frequenza Fo prevista di 350 KHz e lo attacco all'ingresso del circuito.
Regolo il livello d'ingresso vicino a quello previsto di 1 Vpp e osservo mediante oscilloscopio, il segnale d'uscita e ritocco il nucleo di T1 (MF rossa) affinché tale segnale diventi di ampiezza massima.
É da osservare che, quando il nucleo avvitandolo penetra di piú verso il centro dell'avvolgiemnto, aumenta l'induttanza L e di conseguenza si ha una diminuzione della Fo mentre viceversa quando il nucleo si svita l'induttanza diminuisce e Fo auemnta.
A questo punto ritocco l'ampiezza del segnale d'ingresso affinché l'uscita diventi quella prevista di 6 Vpp. Misurato praticamente con l'oscilloscopio il segnale d'ingresso risulta essere 1,05 Vpp.

PUNTO SETTE

Regolando la frequenza del generatore per valori sia superiori che inferiori alla Fo affinché l'ampiezza d'uscita diventa il 70% del segnale massimo, determino la F2 (superiore) e la F1 (inferiore) che mi permetteranno di trovare la banda passante B = F2-F1.
Il 70% di 6 V corrisponde a 4,2V. Con l'ampiezza d'uscita pari a tale valore ho letto F2 = 403 KHz e F1 = 305 KHz. In tabella ho riportato i valori misurati alle varie frequenze.

DATI PER LA CURVA DI RISPOSTA - Vin = cost. = 1,05 Vpp
Nr.	FREQUENZA KHz	USCITA Vpp	AMPLIFICAZIONE A = Vout / Vin
1	112	0,5	0,47
2	167	1	0.95
3	213	2,5	2,38
4	258	3	2,85
5	F1 = 305	4,2	4
6	315	5	4,76
7	Fo = 350	6	5,7
8	384	5	4,76
9	F2 = 403	4,2	4
10	446	3	2,85
11	506	2	1,9
12	718	1	0,95
13	1000	0,5	0,47

PUNTO OTTO

Mediante Excel ho ottenuto il seguente grafico

La banda passante risulta essere B = F2 - F1 = 402 - 305 = 97 KHz
Il fattore di merito Q ci indica quanto il circuito é selettivo cioè all'auemntare di Q significa che la banda diventa più stretta e viceversa pertanto Q = Fo / B = 350 / 97 = 3,6

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