Tesina Generatore di onda quadra

Generatore di onda quadra

Nel vasto panorama dell'elettronica, pochi dispositivi rivestono un ruolo tanto cruciale e versatile quanto il generatore di onda quadra. Questo strumento, noto per la sua capacità di generare forme d'onda rettangolari con una transizione netta tra stati alto e basso, si è affermato come elemento fondamentale in una vasta gamma di applicazioni. Per comprendere appieno l'importanza del generatore di onda quadra, è essenziale esaminare le caratteristiche principali di questa forma d'onda.

Fondamenti delle onde quadre

Un'onda quadra è un tipo di forma d'onda periodica caratterizzata dalla sua rappresentazione grafica che assume la forma di un rettangolo. La durata della permanenza ai livelli alto e basso è misurata in termini di tempo e determina il periodo dell'onda quadra.

Uno dei concetti chiave associati all'onda quadra è il "duty cycle", che rappresenta la percentuale di tempo durante il quale l'onda si trova nello stato alto rispetto al periodo totale. Se l'onda sta alta per la metà del periodo e bassa per l'altra metà, il duty cycle è del 50% ad esempio.

Per distinguere l'onda quadra da altre forme d'onda comuni, come quella sinusoidale o triangolare, è utile esplorare le differenze fondamentali. Ciò fornisce un contesto per comprendere la sua unicità:

• A differenza dell'onda sinusoidale, priva di transizioni nette e con forma curva, l'onda quadra offre una rappresentazione binaria chiara;
• Rispetto all'onda triangolare, caratterizzata da transizioni lineari, l'onda quadra ha un duty cycle specifico.

Questi vantaggi consentono al generatore di onda quadra di essere uno degli strumenti più versatili dell’elettronica.

Struttura e funzionamento del generatore di onda quadra

Il generatore d'onda quadra è un circuito che fornisce in uscita un'onda quadra, senza che vi sia alcun segnale d'ingresso. Questo circuito realizzato con amplificatore operazionale viene anche detto oscillatore a rilassamento o multivibratore astabile.

Di seguito si riporta lo schema elettrico di un generatore di onda quadra:

Il condensatore C si carica e si scarica attraverso la resistenza R verso il valore della tensione d'uscita, con costante di tempo τ = RC. In tale circuito è presente una rete di retroazione positiva che fissa il valore dell'ingresso V⁺ in dipendenza del valore della tensione d'uscita. La tensione d'uscita può assumere solo due valori: V_H e V_L, tensioni di saturazione, cui corrispondono le due tensioni V⁺_H e V⁺_L, tensioni di soglia, definite come:

V⁺_H = (R₁/R₂)·V_oH e V⁺_L = (R₁/R₂)·V_oL, quindi, sono le tensioni di soglia in corrispondenza delle quali commuta l'uscita, nel momento in cui la tensione sul condensatore uguaglia tali valori. L'amplificatore operazionale e il partitore R₁ R₂,