In questa esercitazione utilizzeremo un software di simulazione analogica per effettuare misure su segnali sinusoidali e ad onda quadra. Si tratta di una pagina introduttiva per l'uso di questo strumento fondamentale del laboratorio di elettronica.
Il software che utilizzeremo è MPLAB Mindi, scaricabile gratuitamente dal sito Microchip ; per i nostri scopi è comunque utilizzabile un qualunque simulatore analogico. Ovviamente i dettagli potranno essere diversi.
Se non avete mai usato MPLAB Mindi è utile consultare la pagina Simulazione con MPLAB Mindi 101 (nota 1).
Il primo circuito è un semplice RC con ingresso sinusoidale.
Inseriamo gli elementi, scegliendoli tra le icone (consigliato come primo approccio) oppure nella voce di menù Place. Per modificare i valori principali di un componente è richiesto un doppio click sul componente stesso. Per altri parametri, in particolare quelli grafici, occorre usare il tasto destro del mouse. Spostamento e rotazione dei componenti, inserimento dei fili di collegamento e simili operazioni sono effettuate in modo intuitivo oppure con le voci di menù.
Si noti in particolare come la sorgente sinusoidale è stata impostata nell'esempio:
La modalità più semplice per simulare un circuito è Transient, simile alla visualizzazione prodotta da un oscilloscopio. Per attivarla occorre impostarla in Simulator → Chose Analysis oppure con il tasto F8
Il parametro fondamentale da impostare è lo Stop time, cioè la durata della simulazione in secondi. In genere lo si imposta a qualche multiplo del periodo del segnale che ci interessa analizzare.
Per avviare la simulazione si preme il pulsante corrispondente (oppure: F9). Su schermo non viene mostrato nessun grafico, ma solo una finestra che indica la conclusione della simulazione che, per un circuito semplice, è estremamente piccolo.
Ogni volta che si modifica il circuito è necessario avviare una nuova simulazione.
Per visualizzare i grafici è necessario utilizzare le sonde (Probe).
Due sonde interattive (tensione e corrente nel pin di un componente) sono presenti tra le icone, altre possono essere trovate nella voce di menù.
Di seguito un grafico esemplificativo (nota 2):
Usando le icone (oppure le corrispondenti voci di menù) è possibile:
Nel caso di una nuova esecuzione della simulazione è necessario aggiornare i grafici (Plot → Update Curves)
Disegnare un circuito simile a quello mostrato con un resistore da 10 kΩ o poco più ed un condensatore da 1 nF o poco più. Come frequenza del segnale sinusoidale scegliamo, per cominciare, qualche kHz.
Visualizziamo il grafico della tensione ai capi di R1 e di V1.
Per misurare la differenza di fase (o semplicemente fase) tra i due segnali occorre, in riferimento al grafico seguente:
Ripetiamo le stesse misure per:
La misura di guadagno e fase al variare della frequenza è operazione assai comune e produce una coppia di grafici:
Tracciare questi grafici è operazione piuttosto noiosa... Ci viene in aiuto la modalità di simulazione AC:
Questo grafico è noto come Diagramma di Bode
Disegnare il diagramma di Bode del circuito usato nell'esercizio 1 e confrontare i risultati già trovati.
Simulare il circuito reale dell'esercizio 1.
Possiamo osservare il segnale oltre che nel dominio del tempo, anche in quello delle frequenze. Per fare ciò occorre simulare il circuito in modalità Transient ed utilizzare Probe → Fourier → Probe Voltage Quick oppure Probe Voltage Custom. In genere lo spettro viene visualizzato su assi logaritmici, ma per chi comincia è forse meglio usare grafici lineari.
Disegnare un circuito con un generatore di onda quadra con frequenza 10 kHz (nota 5) e simulare il circuito in modalità Transient per almeno qualche decina di periodi, per esempio 2 ms:
Se si usa la sonda FFT gli assi sono impostati in modo predefinito come logaritmici (grafico rosso, in basso), ma per i nostri scopi è meglio utilizzare una scala lineare usando il tasto destro del mouse (grafico verde, in alto)
Per eliminare le piccole "ondulazioni" presenti nello spettro è possibile impostare la sonda Custom come di seguito mostrato:
Verificare ampiezza e frequenza delle varie armoniche.
Simulare nel dominio della frequenza ed in quello del tempo un segnale rettangolare con f = 100 kHz, VH = 5 V, VL = 0 V, DC = 10%
Verificare la frequenza delle varie armoniche e l'andamento dell'inviluppo.
Data di creazione di questa pagina: settembre 2020
Ultima modifica: 12 ottobre 2020
Tornare a scuola - Versione 0.992 - Marzo 2021
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