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Il laboratorio dei circuiti di base e dei dispositivi elettronici è uno dei primi corsi di laboratorio di ingegneria elettrica frequentati dagli studenti. In questo laboratorio, gli studenti acquistano familiarità con le misurazioni elettriche di base mediante strumenti di laboratorio quali multimetri digitali (DMM), alimentazioni elettriche, generatori di funzioni e oscilloscopi. Una volta acquisita una certa competenza nell'utilizzo di questi strumenti, gli studenti iniziano ad apprendere il funzionamento di componenti di base, quali resistori, diodi, transistor e amplificatori operazionali. Al termine del corso di laboratorio, gli studenti dovrebbero essere in grado di progettare, assemblare e utilizzare circuiti elettronici di base e disporre delle capacità necessarie per misurare e caratterizzare i propri progetti.
Keithley offre una varietà di strumenti per laboratori didattici, appositamente studiati per velocizzare e semplificare l'attività di laboratorio. Keithley, leader nella produzione di strumentazioni per laboratori di elettronica, è consapevole dell'importanza delle conoscenze di base della scienza di misurazione, in particolare per gli studenti di ingegneria. Per rendere l'esperienza in laboratorio il più istruttiva possibile, Keithley offre una varietà di strumenti da laboratorio, come i nostri DMM della Serie 2000 DMM e i nostri strumenti SourceMeter della Serie 2400 e 2600A, particolarmente adatti a utilizzo scolastico in laboratori di circuiti e di elettronica di base.
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Esempio 1: |
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Misure di resistenza a 2 fili rispetto alle misure a resistenza a 4 fili mediante un DMM |
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La legge di Ohm collega la tensione V attraverso un componente di circuito alla corrente I attraverso un componente di circuito e la resistenza R di tale componente: R = V/I.
I DMM a due morsetti generano la corrente di test attraverso i conduttori di test di misurazione, terminanti negli ingressi HI-LOW del DMM. Questo sistema ohmico a due fili funziona perfettamente per la maggior parte delle applicazioni di misurazione. Tuttavia, il calo I-R nei conduttori di test (RL) può causare imprecisioni che diventano evidenti nelle misure di resistenza inferiori. Vedi figura a sinistra.
Le misure ohmiche o Kelvin a 4 fili bypassano il calo di tensione attraverso RL portando due conduttori di rilevamento della tensione ad alta impedenza verso il RX sconosciuto. Nel circuito di rilevamento vi è pochissima corrente a causa dell'elevata impedenza di ingresso, per cui non esiste in effetti alcun calo I-R nei conduttori e la tensione visualizzata dai morsetti di rilevamento è la stessa tensione sviluppata attraverso RX.
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Esempio 2: |
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Mediante un apparecchio di generazione/misura, come un voltmetro, un ammetro, un ohmmetro, un'alimentazione elettrica o un carico di potenza per misurare volt, corrente, resistenze, nonché caratterizzazione I-V e tracciatura di curve |
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| gli apparecchi Source-Measure o SMU possono essere utilizzati come sorgenti di tensione costante o di correnti costanti stand-alone e come voltmetri o ammetri stand-alone. Tuttavia, il loro vero punto forte è la loro capacità di generare e misurare contemporaneamente, applicando tensione a un dispositivo testato (carico) e misurando la corrente attraverso il medesimo oppure erogando corrente a un carico e misurando il calo di tensione attraverso il medesimo, come nella misurazione della resistenza. La topologia SMU di base è indicata a sinistra insieme a una varietà di configurazioni SMU. |
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Gli SMU sono strumenti fondamentali per i test di caratterizzazione I-V, ad esempio, per esplorare i principi fondamentali di diodi e transistor. Gli SMU consentono di eseguire misure, quali tensione diretta, perdita inversa e tensione disruptiva su diodi. Combinando due SMU lo studente può comprendere i principi dei transistor, ad esempio eseguire test parametrici di tensione di soglia, beta e transconduttanza e generare una famiglia di curve di semiconduttori, come qui di seguito illustrato.
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Esempio 3: |
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Generazione di segnali elettrici di base o forme d'onda per testare circuiti elettronici |
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Tutti gli studenti di ingegneria elettrica devono lavorare con segnali e forme d'onda. Nel laboratorio di circuiti di base e di elettronica, gli studenti studiano il modo in cui segnali, quali forme d'onda sinusoidali, quadre, a rampa, a impulsi e perfino rumore, passano attraverso circuiti elettronici. Lo strumento di base per la generazione di questi segnali è il generatore di funzione. Questi strumenti producono segnali in cui parametri come grandezza, frequenza e forma sono facilmente controllabili. Con l'ausilio di un potente software di generazione di forme d'onda, lo studente può eseguire sperimenti su circuiti elettronici in modo rapido e semplice.
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| Software KiWAVE.Questo software di utilità per forme d'onda consente allo studente di creare forme d'onda standard, quali onde sinusoidali, quadre, a rampa, a impulsi e rumore, e gestire la memoria delle forme d'onda. Il KiWAVE consente agli utenti di visualizzare le forme d'onda in unità reali e di apportare modifiche. Le forme d'onda possono quindi essere caricate sul generatore di forme d'onda/funzioni arbitrarie di Keithley. |
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Campo di applicazione esemplificativo rappresentazione grafica di forme d'onda sinusoidali, quadre, a rampa o a triangolo. |
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Esempio 4: |
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Utilizzo di un generatore di forme d'onda/funzioni arbitrarie da 50 MHz ad alte prestazioni per generare forme d'onda uniche e portanti radio di base e modulazioni |
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Molto spesso è necessario creare forme d'onda elettriche che non siano del classico tipo sinusoidale, quadrato o a rampa. A tale riguardo, si utilizza un generatore di forme d'onda/funzioni arbitrarie. Per semplificare lo sforzo di generazione di forme d'onda in un laboratorio didattico scolastico, si raccomanda l'utilizzo del software di generazione di forme d'onda, come la utility KiWAVE di Keithley.
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| Software di generazione di forme d'onda KiWAVE. Ecco un esempio di utilizzo del software KiWAVE per generare una semplice forma d'onda di sincronizzazione |
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| Rappresentazione grafica della forma d'onda di sincronizzazione |
Rappresentazione grafica della forma d'onda di smorzamento |
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| Rappresentazione grafica della forma d'onda del rumore |
Rappresentazione grafica della forma d'onda cardiaca |
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| Rappresentazione grafica della forma d'onda di modulazione AM |
Rappresentazione grafica della forma d'onda di modulazione FM |
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| Rappresentazione grafica della forma d'onda di modulazione numerica di frequenza |
Rappresentazione grafica della forma d'onda di modulazione di durata di impulso |
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Soluzioni di test |
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I DMMs sono il tipo di apparecchi di test più comunemente usati per le misure di base di tensione, corrente e resistenza. I DMM ad alte prestazioni e ad alta precisione della Serie 2000 di Keithley soddisfano tutti i requisiti di misura per laboratori di circuiti e di elettronica di base. Il livello base Modello 2100 offre 11 funzioni di misura in grado di coprire i parametri più comunemente misurati, incluse le funzioni DMM standard quali volt, ohm, ampere e misure della temperatura RTD, nonché modificatori matematici mX+B, dB e dBm per applicazioni di misura più specialistiche.
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| Multimetro digitale Modello 2100 |
Per eseguire misurazioni su componenti attivi, quali diodi, transistor e amplificatori operazionali, gli strumenti SourceMeter della Serie 2400 e gli strumenti SourceMeter di sistema della Serie 2600 combinano strumenti di test multipli in un unico apparecchio.
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| Strumento SourceMeter di sistema a doppio canale Modello 2602A |
Questi strumenti combinano le funzioni di una fonte di alimentazione di precisione, una fonte di corrente reale e un DMM. La Serie 2600A include anche un generatore di forme d'onda arbitrarie, un generatore di impulsi V o I con misurazione, un carico elettronico e un controller di scatto. Questa funzionalità integrata elimina la necessità di disporre di molti strumenti da laboratorio precedentemente necessari, che occupavano molto spazio sul banco di lavoro. Utilizzando questi strumenti in congiunzione al software LabTracer di Keithley, come qui di seguito illustrato, gli studenti possono eseguire misure che una volta richiedevano l'utilizzo di costosi tracciatori di curve, con un solo clic del mouse. |
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Per la generazione di segnali o di forme d'onda su un banco da laboratorio scolastico, Keithley ha unito le migliori prestazioni di categoria del generatore di forme d'onda/funzioni arbitrarie Modello 3390 con il miglior prezzo dell'industria per offrire ai laboratori per studenti funzionalità di generazione di forme d'onda e flessibilità superiori a un prezzo senza paragoni.
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Il Modello 3390 genera forme d'onda altamente stabili e precise che consentono agli studenti di creare praticamente qualsiasi forma desiderata. Utilizza tecniche di sintesi digitale diretta (DDS) per ottenere questo livello di prestazioni e di funzionalità. L'eccezionale qualità del segnale del Modello 3390 è il risultato della sua elevata risoluzione, dei tempi rapidi di salita/discesa e della profonda memoria. Tutto questo, unito al suo basso prezzo, lo rende la soluzione ideale per applicazioni che utilizzano larghezza di banda di 50 MHz e inferiore. Questo strumento è inoltre di semplice utilizzo. Nella maggior parte dei casi, basta premere un pulsante sul pannello anteriore o fare uno o due clic con il mouse dal proprio PC per generare o modificare una forma d'onda.
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| Generatore di forme d'onda/funzioni arbitrarie Modello 3390 |
Le prestazioni e le caratteristiche migliori della categoria del Modello 3390 includono:
- Frequenza massima delle onde sinusoidali di 50 MHz
- Frequenza dell'impulso di 25 MHz con larghezza minima di 10 ns
- Generatore di forme d'onda arbitrarie con 256 k-punti, risoluzione di 14 bit
- Capacità di generazione delle funzioni integrate, incluse onde sinusoidali, quadrate, triangolari, rumore, corrente continua, ecc.
- Impulsi di precisione e onde quadrate con rapidi tempi di salita e di discesa (<10ns)
- Base temporale esterna integrata da 10 MHz per sincronizzazione di apparecchi multipli
- Modulazione AM, FM, PM, FSK, PWM integrata
- Capacità di spazzolamento e di raffica di frequenza
- Interfacce Ethernet LXI conformi alla Classe C, interfacce USB e GPIB conformi a TMC
- Porta di uscita per pattern digitale e capacità di comando
Il Modello 3390 è l'unico strumento della sua categoria dotato di modalità pattern digitale. Offre la possibilità di trasmettere pattern arbitrari a 16 bit tramite un connettore multi-pin situato sul pannello posteriore dello strumento. Questa caratteristica può essere utilizzata per applicazioni, quali test diretto di segnali di clock e segnali di dati, invio di semplici protocolli a dispositivi testati e simulazione di funzioni di comando semplici. Con il pacchetto software KiWAVE di Keithley è possibile creare pattern complessi e lunghi che il Modello 3390 può generare a velocità e ampiezze variabili.
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| Generazione di pattern digitali tramite KiWAVE |
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Il pacchetto software KiWAVE, in dotazione con il Modello 3390, aiuta docenti e studenti a definire e creare forme d'onda arbitrarie personalizzate, gestire memorie di forme d'onda, applicare filtri a forme d'onda e visualizzare forme d'onda su un PC. |
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| Software di generazione di forme d'onda KiWAVE |
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Per ulteriori informazioni sulla selezione del migliore strumento di misura della tensione per il proprio laboratorio di circuiti e di elettronica, consultare la nostra nuova:
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