Maturità 2015

Quest'anno al professionale hanno scelto come quesito di elettronica il multivibratore astabile seguente, alla cui uscita è collegato anche un diodo zenner con relativa resistenza di limitazione.

Ma vediamo adesso il funzionamento del multivibratore astabile (vedi figura seguente).

II multvibratore astabile è un generatore di onde quadre e rettangolari. Esso è un Circuito retroazionato positivamente, avente due stati entrambi instabili, che si ripetono periodicamente senza la necessità di comandi  esterni.  Nell'istante in cui viene connessa l'alimentazione, il circuito si porta spontaneamente in uno stato;  la struttura instabile della connessione, determina una oscillazione periodica fra i due stati alto e basso che può assumere l'uscita. Analizzando il circuito di  base si nota che il multivibratore astabile si comporta da comparatore con interesi e da un integratore passivo RC. 

Il quesito ministeriale proponeva di aggiungere all'uscita del multivibratore astabile un diodo zenner con relativa resistenza di limitazione, come nella figura precedente; il segnale di uscita non sarà più simmetrico ma oscillerà tra il  valore Vz e Vs; in questo caso l'onda sarà solo positiva e con valore Vmax uguale a Vz.

Per dimensionare la resistenza di limitazione Rz supponiamo che nel diodo zener, con Vz=5V, circoli una corrente di circa 20mA.

Utilizziamo la  seguente formula: 

Rz = (15V- 5V)/ 20mA=500 OHM

In questo circuito è stato inserito anche un potenziometro P in serie alla resistenza R per poter variare il duty-cicle del circuito. Ricordiamo che per definizione il duty-cicle è dato dal rapporto del tempo che l'onda sta allo stato alto Th fratto l'intero periodo T,  cioè

duty-cicle= Th/T

La frequenza di oscillazione del multivibratore, in questo caso sarà la seguente:

Per avere un segnale ad onda triangolare alternata basta prelevare l'uscita sul condensatore.

Poniamo V trigger =+ 5V

consideriamo la seguente formula

V trigger = B* Voh =(R1/(R1+R2) )* Voh=(R1/(R1+R2))*15 = + 5V

--> Per calcolare i vaori delle resistenze, consideriamo solo il caso Vtrigger positivo

--> V trigger = 5V  -->   5V= (R1/R1+R2)* 15   -->  (R1+R2)/R1= 3  --> ((1+R2/R1)= 3 --> R2/R1=2

scelgo R1= 1K Ohm e quindi R2= 2 K Ohm

Fissiamo anche la frequenza di lavoro scegliendo opportunamente R e C. 

Il quesito non dice nulla su quale deve essere la frequenza di lavoro.

Se poniamo R= 1K ohm e C= 1uF

applicando la formula della frequenza precedente otteniamo

f = 1/( 2RCln(1+ 2R1/R2))

f =1/(2RCln(1+ 2*1K/2K))= 1/2RC ln(2)=1/(1,386 *RC)

sostituiamo i valori di R e C scelti ed otteniamo

f= 721,5Hz

Il grafico seguente visualizza i due segnali con il software multisim e i valori imposti al nostro circuito.

Il 17 aprile 2015 il MIUR ha pubblicato degli esempi di possibili tracce ministeriali della Maturità 2015. 
Questo perché da quest'anno scolastico andrà a regime la riforma delle superiori e quindi sarà la prima maturità dopo la riforma. 
Vediamo insieme le tracce valide per l'ITIS con indirizzo ELETTRONICA, in cui è uscita la materia Sistemi Elettronici.