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Un misuratore di campi elettromagnetici - 3

Un misuratore di campi elettromagnetici

Per ricavare una tensione leggibile su uno strumento a lancetta o su un voltmetro digitale dobbiamo amplificare il segnale prodotto dalla bobina L1, quindi raddrizzarlo perché è normalmente alternato sinusoidale.

All’amplificazione provvedono due stadi ad operazionale, il primo dei quali, realizzato con 1/4 dell’integrato U1 (U1a) è configurato in modo non-invertente ed eleva il segnale di circa 100 volte, applicandolo poi al secondo, basato su U1b, che amplifica di altre 1000 volte; va notato che questo secondo stadio non ha guadagno costante, o meglio la sua funzione di trasferimento Vu/Vi cambia in base alla frequenza secondo una relazione di proporzionalità diretta.

In pratica maggiore è la frequenza minore diviene l’amplificazione, e viceversa: ciò l’abbiamo voluto appositamente per compensare l’effetto introdotto dalla bobina L1 che, come tutte le induttanze, dà una tensione crescente all’aumentare della frequenza. Siccome il comportamento dell’induttanza è lineare, ovvero (come già accennato) la differenza di potenziale ai suoi capi cresce linearmente all’aumentare della frequenza, abbiamo fatto in modo che nello stadio relativo a U1b la funzione di trasferimento sia lineare nei confronti della frequenza pur avendo comportamento opposto (è un amplificatore passa/basso).

Così, tolleranze a parte, siamo certi di ottenere tra il piedino 7 e massa una tensione variabile la cui ampiezza è pressoché la stessa nell’arco di frequenza compreso tra 40 e 20000 Hz: questa condizione è indispensabile per misurare l’intensità di un campo magnetico indipendentemente dalla sua frequenza, ovviamente entro certi limiti. Il segnale amplificato da U1a (complessivamente circa 30000 volte più ampio di quello presente ai capi della bobina L1) giunge all’ingresso di un terzo operazionale, U1d, utilizzato come raddrizzatore a singola semionda: quest’ultimo taglia la parte negativa lasciando soltanto le semionde positive.

In pratica il suo piedino non invertente viene polarizzato con la tensione diretta del diodo D1 (alimentato quest’ultimo dal potenziale di riposo dell’uscita dell’U1b mediante la resistenza R10) e perciò l’uscita (piedino 8) si trova a riposo con circa 0,6 volt; l’operazionale può quindi amplificare solamente tensioni che superino questo valore. Inoltre la presenza del diodo D2 in parallelo alla resistenza di retroazione fa sì che i segnali che entrano negativi (ed escono positivi) passino inalterati (il guadagno dello stadio è pari ad 1) mentre quelli positivi, che dovrebbero uscire negativi, danno origine ad impulsi non più ampi di 0,6 volt rispetto alla polarizzazione del piedino 10, quindi al limite portano l’uscita dell’operazionale a zero volt (0,6-0,6V=0V).

Un terzo diodo, D3, provvede a bloccare la componente continua e a lasciar passare solo gli impulsi positivi che andranno a caricare C7 (condensatore di livellamento scaricato tramite R14 ed R15, che determinano in parte l’ampiezza di uscita del circuito rilevatore. Tra i punti OUT possiamo quindi prelevare la tensione continua corrispondente all’intensità del campo magnetico nella zona in cui viene esposta la bobina L1.

Il resto del circuito serve per dare la polarizzazione ai primi due operazionali che, funzionando a tensione singola, richiedono la “massa fittizia” in modo da avere le uscite ad un potenziale fisso di riferimento attorno al quale oscilleranno i segnali amplificati.

 

 

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