ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE STATALE

<<E. Fermi>>

72021 FRANCAVILLA FONTANA (Brindisi)

VIA CAPITANO DI CASTRI

Indirizzi: MECCANICA, ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE

ANNO SCOLASTICO 2004/2005

LABORATORIO DI T.D.P.

(Tecnologia, Disegno e Progettazione elettronica)

PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DI UN AMPLIFICATORE OPERAZIONALE (µA741) IN MODALITA’ INVERTENTE CON L’AUSILIO DEI PROGRAMMI ORCAD CAPTURE , ORCAD LAYOUT VERSIONE 9.2 E PROGRAMMA MICROCAM DELLA INFO. TEC . SERVICE.

Data: Classe:

Docente : Ing. DE PAOLIS PIETRO STUDENTI : SARACINO FRACESCO

Docente Tecnico: SANTORO GIUSEPPE PIETRO CINIERI

Assistente Tecnico di laboratorio: MINO PALAZZO CHIRICO FRANCESCO

• Premessa

• Specifiche tecniche

• Progetto di massima

• Documentazione d’acquisire

• Organizzazione temporizzazione delle fasi esecutive

• Apparecchiatura necessaria

• Conclusioni

L’amplificatore operazionale trae la sua denominazione dal fatto che è stato largamente utilizzato nella realizzazione di elaboratori analogici per effettuare somme, moltiplicazioni, integrazione, differenza, ecc… di segnali analogici.

L’evoluzione tecnologica ha portato alla produzione di amplificatori operazionali costituiti all’inizio da circuiti a valvola, fino ad arrivare alla forma di circuiti integrati.

Grazie allo sviluppo delle tecniche di integrazione, gli amplificatori operazionali hanno subito una diminuzione del loro costo riducendo l’ingombro e aumentando le prestazioni, tanto che attualmente essi vengono utilizzati nella maggior parte dei circuiti analogici.

Fra i principali campi di applicazione l’amplificatore operazionale viene utilizzato come elaboratore di segnali, generatore di forme d’onda, e come convertitore analogico-digitale.

Si vuole realizzare un amplificatore operazionale in modalità invertente in grado di fornire in uscita una tensione amplificata e sfasata di 180° rispetto al segnale applicato all’ingresso del morsetto invertente.

Massima tensione d’ingresso: è la massima tensione che si può applicare tra un ingresso è massa, per µA741 è circa Vi = ±15 V

Resistenza d’uscita: è la resistenza tra uscita è massa quando l’amplificatore è collegato a catena aperta Ru = 75 Ω

Massima tensione d’uscita: è la massima tensione tra uscita è massa senza distorsione del segnale Vu = ± 13,5 V

Corrente di corto circuito: è la massima corrente che l’amplificatore può fornire in uscita . Per il µA741 Icc = 25 mA

Guadagno di tensione: è il rapporto tra tensione d’uscita e quella d’ingresso quando l’amplificatore è collegato a catena aperta A = 200000

Risposta in frequenza: indica la banda di frequenza in cui il guadagno dell’amplificatore non si riduce di molto

Il progetto prevede essenzialmente la realizzazione di un amplificatore operazionale in modalità invertente, utilizzando i programmi Orcad Capture, Orcad Layout e Microcam della Info.Tec.Service.

Per realizzare il disegno elettronico si viene ad utilizzare il software Orcad (Versione 9.2). per progettare un’apparecchiatura elettronica è necessario sviluppare il circuito elettronico. Il progetto di questo circuito va suddiviso in tre fasi:

- disegno dello schema elettrico;

- verifica funzionaria del circuito;

- realizzazione di un circuito stampato.

Il pacchetto Orcad è fondamentalmente suddiviso in tre parti di cui noi ne utilizziamo solamente due:

• Orcad-Capture;

• Orcad-Layout;

Orcad-Capture: è un programma che serve per disegnare lo schema elettrico utilizzando una libreria di simboli con i quali vengono rappresentati i vari componenti. La procedura tipica per il disegno dello schema elettrico può essere suddivisa in due fasi:

Nella prima vengono richiamati dalla libreria i simboli dei componenti necessari e vengono disposti sul foglio di lavoro nelle posizioni più idonee;

Nella seconda fase vengono effettuati i collegamenti previsti

Orcad- Layout: nel database creato con il disegno dello schema elettrico sono contenuti sia i simboli dei componenti sia i loro contenitori con le loro dimensioni geometriche esatte. Orcad-Layout consente di modificare lo schema elettrico nel disegno geometrico del circuito e quindi disegnare il layout dei componenti e progettare il circuito stampato.

Il programma MicroCam della info. Tec. Service e in grado di prendere il file Gerber RS-274D e di trasformarlo in due file successivi :

1) File di scontornatura delle piste in formato Camm-GL I, il quale contiene le istruzioni da inviare tramite la porta parallela alla macchina fresatrice;

2) File di foratura del centro delle piazzole ( da utilizzare con il programma mcdrill.exe) che invia le istruzioni alla macchina fresatrice per la realizzazione dei fori;

la progettazione di una apparecchiatura richiede l’acquisizione di documentazione prima, durante e dopo l’esecuzione del progetto. Tale documentazione serve a fornire informazioni utili, e a volte indispensabili, per una corretta impostazione ed esecuzione del lavoro. La documentazione da acquisire può essere suddivisa in: documentazione di carattere generale da acquisire in fase preliminare e documentazione specifica da acquisire nelle fasi successive. Detta documentazione può essere suddivisa in:

-libri, riviste, enciclopedie che trattino argomenti riguardanti gli Amplificatori Operazionali, documentazione su altri progetti analoghi a quello da sviluppare;

-cataloghi di prodotti necessari alla realizzazione dell’apparecchiatura, data book di componenti.

Sulla base del progetto può nascere la necessità di acquisire della documentazione specifica riguardante alcune parti o alcuni componenti come:

-listini dei prezzi;

-fogli tecnici specifici;

-documentazione su apparecchiature particolari previste per la realizzazione o per il collaudo.

Oltre alla documentazione acquisita viene prodotta una documentazione necessaria alle varie fasi di realizzazione e di commercializzazione. La principale documentazione prodotta è costituita da :

- relazioni di progetto;

- disegni illustrativi ed esecutivi;

- certificazioni varie (collaudo, ecc.)

Tutto il lavoro da eseguire può essere suddiviso nelle seguenti fasi:

- disegno dello schema elettrico su PC utilizzando il programma Orcad Capture versione 9.0;

- sbrogliatura, ovvero disegno delle piste di rame partendo dallo schema elettrico, su PC utilizzando il programma Orcad Layout;

- salvataggio del disegno del circuito stampato con Orcad Layout in un file Gerber RS-274D e scrittura di un file per le aperture;

- utilizzo del programma MicroCam in grado di prendere il file Gerber e trasformarlo in due file successivi, uno di scontornatura delle piste in formato Camm-GL I, il quale contiene le istruzioni da inviare tramite la porta parallela alla macchina fresatrice; un altro di foratura del centro delle piazzole ( da utilizzare con il programma mcdrill.exe) che invia le istruzioni alla macchina fresatrice per la realizzazione dei fori;

- realizzazione della scontornatura inviando i dati direttamente alla macchina fresatrice, mediante il programma MicroCam;

- realizzazione della foratura mediante il programma mcdrill.exe

- saldatura dei componenti prescelti, sulla basetta realizzata con la fresatrice:

- collaudo;

- produzione di documentazione: disegni, relazioni, ecc.

N°	Ref.	Q.	DESCRIZIONE
1	U1	1	Amplificatore operazionale uA 741
2	R1	1	Resistore a strato 1KW ± 5% 0.25W
3	R2	1	Resistore a strato 100 W ± 5%,0.25W
4	R3	1	Potenziometro rotativo a strato di carbone 1KW
5	R4	1	Resistore a strato 200 KW ±5%, 0.25W
6	R5	1	Resistore a strato 100 W ±5%, 0.25W
7	HEADER2	1	Connettore a due ingressi
8	HEADER3	1	Connettore a tre ingressi
9	-	1	Basetta di rame monofaccia 20X25
10	-	1	Zoccolo per CI 8 pin

Lo studio è stato caratterizzato dalla difficoltà di progettare il circuito perfettamente funzionante. Dapprima si è dovuto scegliere i vari

componenti in base ai presupposti dichiarati ed alla compatibilità degli stessi. In seguito è risultata impegnativa la creazione dei file Gerber in quanto rappresentano una difficoltà per chi non possiede un po’ di esperienza. Infatti nel nostro caso per un errore di distrazione durante la generazione del file con estensione .top non abbiamo selezionato opzione “mirror” indispensabile per creare il file idoneo per la fase di scontornatura. Lo studio ha richiesto molto tempo nella fase di sbrogliatura e nella fase di verifica e test del circuito. Lo studio è stato ampiamente sviluppato e risolto. Tale studio potrebbe essere un punto di partenza per un ulteriore progetto.