6.5. - Progetto di un voltmetro in alternata a bassa tensione
Volendo misurare tensioni alternate sinusoidali (e non), si può utilizzare il precedente voltmetro inserendo in ingresso un convertitore AC-DC.
Il circuito è il seguente.
Tale circuito è essenzialmente un raddrizzatore di precisione a doppia semionda, con l'aggiunta di un condensatore di elevata capacità e bassa corrente di perdita (al tantalio) in parallelo al resistore di retroazione del sommatore. Si ottiene così un convertitore AC-DC.
Applicando al suo ingresso un segnale sinusoidale (o un qualunque altro segnale periodico) la tensione di uscita, dopo un breve transitorio, sarà costante e pari al valore medio del valore assoluto della tensione di ingresso. Nel caso di segnale sinusoidale si ha:
.
Il valore medio assoluto è legato al valore efficace dalla relazione:
.
Possiamo tarare il voltmetro per misurare il valore massimo o il valore efficace.
Taratura in valore massimo
Si fissano i valori di fondo scala
Tali valori si possono ottenere con buona approssimazione mettendo in parallelo:
Sul m A si leggerà direttamente il valore massimo del segnale di ingresso.
Taratura in valore efficace
Si fissano i valori di fondo scala:
Tali valori si possono ottenere mettendo in parallelo:
Sul m A si leggerà direttamente il valore efficace del segnale di ingresso.
Il valore massimo della tensione di uscita dell'amplificatore operazionale sarà:
Valore massimo
Valore efficace
In questa ultima portata, poiché la tensione di uscita si avvicina al valore di saturazione, si prevedono scostamenti tra valore di ingresso e valore misurato.
Il circuito completo è il seguente.
Le misure eseguite, con fi = 100Hz, danno:
Valore massimo
Vi1 (volt) |
I (m A) |
ViM (volt) |
||
Misurato |
Misurata |
Misurato |
Calcolato |
|
Ia |
63,5* 10-3 51,9* 10-3 34* 10-3 14,2* 10-3 |
98 77 49 20 |
98* 10-3 77* 10-3 49* 10-3 20* 10-3 |
99,74* 10-3 81,52* 10-3 53,4* 10-3 22,3* 10-3 |
IIa |
0,633 0,515 0,332 0,13 |
100 80 50 20 |
1 0,8 0,5 0,2 |
0,9943 0,809 0,52 0,2 |
IIIa |
0,788 0,641 0,223 |
13 1 0,4 |
1,3 1 0,4 |
1,24 1 0,35 |
Valore efficace
Vi1 (volt) |
I (m A) |
Vieff (volt) |
ViM (volt) |
||
Misurato |
Misurata |
Misurato |
Misurata |
Calcolato |
|
Ia |
91,6* 10-3 75,9* 10-3 39,2* 10-3 19,5* 10-3 |
100 80 40 20 |
100* 10-3 80* 10-3 40* 10-3 20* 10-3 |
101,74* 10-3 84,3* 10-3 43,5* 10-3 21,65* 10-3 |
143,88* 10-3 119,22* 10-3 61,57* 10-3 30,63* 10-3 |
IIa |
0,738 0,552 0,366 0,170 |
80 60 40 20 |
0,8 0,6 0,4 0,2 |
0,82 0,61 0,406 0,19 |
1,16 0,867 0,575 0,267 |
IIIa |
0,793 0,431 |
19 5 |
0,9 0,5 |
0,88 0,48 |
1,245 0,677 |
I valori ottenuti sperimentalmente sono in buon accordo con i valori teorici, come i può vedere dalle tabelle.
