Laboratorio: Generatore di Funzioni

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Il generatore di funzioni (generatore di forme d'onda, function generator) è un apparecchio che permette di generare segnali elettrici periodici. Le forme d'onda più comuni sono:

Segnale sinusoidale

Segnale sinusoidale

Onda quadra

Onda quadra

Onda triangolare

Segnale traingolare

Per ciascuno di questi segnali è possibile impostare l'ampiezza, la frequenza e l'offset.

Attività 1

Visualizzare sullo schermo dell'oscilloscopio i tre segnali sopra mostrati.

Descrivere l'effetto sui tre segnali mostrati dei comandi Frequency, Amplitude ed Offset, di seguito mostrati:

Misurare con le apposite funzioni automatiche, per ciascuno dei segnali generati:

periodo e frequenza. Per queste tensioni effettuare le misure anche con i cursori
tensione minima e massima. Per queste tensioni effettuare le misure anche con i cursori
tensione media; in particolare: quale legame esiste tra tensione media ed offset?
tensione efficace (RMS)

Per quanto riguarda la tensione efficace, trovare il legame tra tensione massima e tensione efficace nel caso di offset nullo. Per la sinusoide il rapporto tra le due grandezza è descritto alla pagina Segnale sinusoidale, per gli altri segnali è simile (ma diverso!).

[Avanzato] Sempre in relazione al valore efficace, trovare il legame tra V_RMS di un segnale senza offset e V_RMS dello stesso segnale con offset. Potrebbe essere utile affidarsi ad un motore di ricerca o ad un programma di IA (e verificare sperimentalmente quanto trovato!)

Determinare inoltre:

la massima frequenza che può essere generata dal generatore di funzioni
la massima tensione che può essere generata
la minima tensione che può essere generata

Attività 2

Per questa attività è necessario disporre, nel caso si utilizzi Picoscope, di un generatore di forme d'onda arbitrarie (AWG, Arbitrary Waveform Generator) oppure, in generale, di un generatore con cui è possibile modificare il duty dycle.

Generare un segnale rettangolare, configurando opportunamente generatore, scegliendo il duty dycle, la frequenza, la tensione minima, quella massima.

Se si utilizza Picoscope occorre selezionare AWG, scegliere come punto di partenza un segnale ad onda quadra ed impostare il DC. Successivamente occorre impostare frequenza e ampiezza con le stesse impostazioni del generatore di funzioni già viste.

Segnale rettangolare

Generare i seguenti segnali rettangolari (nota 2):

DC = 20%; V_MAX= 1 V; V_min= -0,5 V; f = 12 kHz
V_MAX= 1 V; V_min= 0 V; T_ON = 2 µs; T_OFF = 5 µs

Alcune impostazioni da utilizzare non sono per nulla intuitive: è più che opportuno verificare che il segnale generato sia effettivamente quello voluto utilizzando i cursori oppure gli strumenti di misura automatici.

Misurare:

frequenza, T_ON, T_OFF, T (cursori e misure automatiche)
tensione minima e massima (cursori e misure automatiche)
il valor medio (solo misure automatiche). Come attività avanzata, verificate il risultato della misura con quanto descritto in questo esempio
il valore efficace (solo misure automatiche). Come attività avanzata, verificate il risultato della misura con quanto descritto in questo esempio

Attività 3

[ Avanzato ] Generare un segnale simile al seguente cardiogramma:

Cardiogramma

Misurare:

frequenza, T
tensione minima e massima
il valor medio
il valore efficace

Attività 4

Impostare il generatore di funzioni per generare una sinusoide con frequenza 1 kHz e ampiezza 1 V.

Collegare all'uscita una resistenza di 1 kΩ, misurare con l'oscilloscopio la tensione efficace e calcolare la corrente efficace e la potenza media; inserire infine tali valori in una tabella simile alla seguente (nota 1):

Resistenza [kΩ]	Tensione RMS [V]	Corrente RMS [mA]	Potenza media [mW]

Sostituire il resistore con un altro di valore (circa) doppio, quadruplo, metà, un quarto... e completare la tabella. Disegnare su tre grafici il legame tra:

tensione (asse Y) e resistenza (asse X)
corrente (asse Y) e resistenza (asse X)
potenza (asse Y) e resistenza (asse X)

Rispondere alle seguenti domande utilizzando i dati effettivamente raccolti nella tabella, ma anche (a scelta) facendo un esperimento mentale che estrapola dati da quelli esistenti, oppure facendo nuove misure con altri resistori, da inserire nella stessa tabella.

Per quale valore di R abbiamo la massima tensione in uscita?
Per quale valore di R abbiamo la massima corrente in uscita?
Per quale valore di R abbiamo la massima potenza in uscita?

Avanzato: come può essere immaginato il circuito equivalente del generatore di funzioni? Qui un suggerimento.

Note

É vivamente consigliato un foglio elettronico (Excel, Calc) e usare le formule per il calcolo della corrente e della potenza
Evidentemente NON è il segnale mostrato nell'immagine...

Data di creazione di questa pagina: gennaio 2023
Ultima modifica: 28 novembre 2024