Terza prova industriale, elettronica e automazioni - Domande aperte e chiuse

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Istituti tecnici

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Amplificatori operazionali

La prova è adatta per istituti tecnici industriali.

Comprendere un testo di argomento tecnico e utilizzare le conoscenze acquisite per risolvere quesiti proposti da esporre anche in inglese.

Lingua inglese

Dimostrare di conoscere le applicazioni degli amplificatori operazionali nel campo dei controlli automatici.

Sistemi

Dimostrare di conoscere una specifica applicazione dell'amplificatore operazionale.

Telecomunicazioni

Dimostrare la capacità di usare gli amplificatori operazionali in diverse situazioni.

TDP

Conoscere le tecniche di calcolo degli integrati.

Matematica

Partendo da un testo in inglese sulle generalità degli amplificatori operazionali si toccano diversi aspetti di base delle loro applicazioni e delle loro funzionalità. Si possono prevedere due ore per la prova. I candidati rispondono alle domande aperte in modo sintetico (definire le righe) e a quelle chiuse scegliendo quella corretta.

An operational amplifier is a special type of voltage-shunt feedback amplifier of great importance, particularly in electronic analog computers. It can be made to perform many mathematical operations such as sign changing, scale changing, phase shifting, addition, integration and differentiation. This feature accounts for the name which has been assigned to this type of amplifier configuration.

1) Among the basic configurations of an operational amplifier are the following:

• Sign changer or inverter
• Scale changer
• Moltiplicatore
• Non viene usato.

Choose one of them and describe it in English.

2) Spiegare come si possa usare un amp. op. come nodo sommatorio in un sistema controreazionato.

3) Nei filtri digitali, l'amp. op. viene usato come:

• Linea di ritardo
• Sommatorе

4) Define the main parameters of an operational amplifier taking them from the given data sheet.

Fig. 1

Manual National Semiconductor anno 1993, Operational Amplifiers, pagg. 1-27.

5) Un amp. op. ha uno slew rate di 0,5 V/µs. Qual è la massima frequenza che un segnale sinusoidale di ampiezza 5 V applicato al suo ingresso può avere?

• a. < 7KHz
• b. <20KHz
• c. >10 KHz
• d. =50KHz

6) Illustrare il ruolo dell'amp. op. nel modulatore di tipo delta.

7) Un circuito molto usato con gli amp. op. è il sommatore. Disegnare uno schema che risolva l'equazione: Y = 4 X₁ + 10 X₂ − 3 X₃

8) Usando un amplificatore operazionale, disegnare lo schema di un integratore. Illustrare i concetti di integrale definito e integrale indefinito relativi ad una funzione f(x) indicando le condizioni sotto le quali si può operare.

9) Una funzione f(x) è integrabile se:

• a. Ammette almeno una primitiva
• b. È una funzione continua nel dominio
• c. È continua in almeno un punto del dominio
• d. È una funzione sempre positiva.

10) Una primitiva della funzione f(x) = xe^x è:

• a. F(x) = xe^x
• b. F(x) = e^x + xe^x
• c. F(x) = xe^x − 1
• d. F(x) = xe^x + x² e^x

Domande di corredo alla prova

1) Il traslatore di livello nei driver RS232 può essere realizzato grazie ad un amp. op.?

• a. Sì
• b. No
• c. Solo nell'interfaccia dei PC MSDOS
• d. Solo nell'interfaccia dei PC Macintosh.

2) In quale delle seguenti connessioni tra sorgente di segnale stadio amplificatore, il terminale negativo dell'amp. op. è connesso a massa?

• a. Single ended
• b. Differenziale
• c. Pseudo differenziale
• d. Isolata.

3) L'integrale definito di una funzione integrabile è:

• a. Un numero reale positivo
• b. Una funzione
• c. Un insieme di funzioni
• d. Un numero reale.

4) La relazione precedente è vera se (collegata alla n° 29):

• a. c ≠ a
• b. a < c < b
• c. Gli intervalli [a,b], [a,c], [b,c] appartengono al dominio della f(x)
• d. Se l'intervallo [a,b] appartiene al dominio della f(x).

5) Il condensatore presente nel circuito del data sheet allegato:

• a. Permette di aumentare la banda passante dell'amplificatore
• b. Aumenta l'oscillazione in risposta al gradino
• c. Inserisce un polo dominante
• d. Inserisce uno zero.

6) Se si invia una sinusoide di frequenza 200Hz di ampiezza 2V e offset 2V al pin 5 (CON) di un NE555 utilizzato come astabile a frequenza 10kHz, cosa succede al segnale in uscita?

• a. Continua ad oscillare a 10 KHz
• b. Continua ad oscillare a 10 KHz ma varia la sua ampiezza in funzione del segnale a 200Hz
• c. La frequenza di oscillazione è modulata e aumenta all'aumentare dell'ampiezza del segnale d'ingresso
• d. La frequenza di oscillazione è modulata e diminuisce all'aumentare dell'ampiezza del segnale d'ingresso.

7) A cosa serve l'operazionale che di solito si deve inserire dopo il DAC?

• a. Permette di convertire le correnti in tensioni
• b. Adatta il convertitore al carico
• c. Fornisce la corrente necessaria al DAC
• d. Fornisce la corrente necessaria al carico.

8) All'ingresso di un amp. op. alimentato a +/- 12V usato in configurazione invertente con guadagno 100 viene applicato un segnale sinusoidale di 0,3Vpp. Quale di queste osservazioni è vera?

• a. L'operazionale si scalda molto
• b. L'operazionale dà in uscita un segnale di 30Vpp
• c. L'operazionale dà in uscita un'onda trapezoidale
• d. L'operazionale va in limitazione di corrente.

9) Che tipo di modulazione viene realizzata con un NE555?

• a. PAM
• b. AM
• c. FM
• d. PCM

10) Quale parametro del segnale d'ingresso condiziona il corretto funzionamento di un filtro realizzato con amp. op.:

• a. Ampiezza
• b. Fase
• c. Frequenza
• d. Nessuno

11) Un filtro con approssimazione di Chebyshev viene usato quando:

• a. Si vuole un andamento costante del guadagno in banda passante
• b. Si desidera diminuire l'ordine del filtro a parità di banda e di roll-off
• c. Si vuole una risposta al gradino smorzata
• d. Si desidera avere una fase proporzionale alla frequenza.

12) Le resistenze e le capacità che si possono adoperare con gli operazionali sono limitate nei loro valori da:

• a. Resistenze di ingresso
• b. Resistenze di uscita
• c. Capacità parassite
• d. Resistenze di ingresso e capacità parassite.

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13) Gli amp. op. vengono costruiti con diverse tecnologie. Qual è quella che permette la migliore adattabilità alle specifiche richieste?

1. Tecnologia monolitica
2. Tecnologia monolitica ad isolamento
3. Tecnologia ibrida a film sottile
4. Tecnologia ibrida a film spesso.

14) Illustrare il ruolo dell'amp. op. nel dispositivo NE555.

15) Come è possibile ottenere un circuito che dia un'onda triangolare con un amp. op.?

16) Disegnare lo schema di un convertitore binary weighted.

17) Usando un amp. op., disegnare lo schema di un filtro passa basso del 2° ordine e trovare la sua F.d.T.

18) Descrivere la tecnologia BIFET.

19) Negli amplificatori operazionali integrati vengono adottate particolari soluzioni circuitali che potete vedere nel circuito allegato. Individuatele e descrivetele.

20) Cos'è un amplificatore per strumentazione?

21) Come è possibile limitare la tensione di uscita di un amp. op. per adattarla a livelli logici TTL?

22) Disegnare lo schema di un circuito di un alimentatore stabilizzato duale per l'alimentazione di circuiti operazionali.

23) Disegnare lo schema a blocchi di uno stabilizzatore che usa al suo interno un amp. op. Qual è l'azione principale dell'amp. op.?

24) Ricavare la funzione di trasferimento della seguente rete di fig. 1 e disegnarne l'andamento in modulo e fase.

V_o, C₁, R₁, C₂, R₂, V_i

25) Enunciare e dimostrare il teorema di Torricelli o teorema fondamentale del calcolo integrale.

26) Enunciare e illustrare il metodo di integrazione per parti, eventualmente aiutandosi con un esempio.

27) Esporre il metodo di integrazione di una funzione razionale fratta e farne almeno un esempio.

28) Definire e analizzare gli integrali impropri o generalizzati facendone almeno un esempio.

29) Illustrare, aiutandosi anche mediante un grafico, la relazione:

_a^b f(x)dx = _a^c f(x)dx + _c^b f(x)dx