Misure in corrente continua sui circuiti analogici

I circuiti analogici comprendono una vasta categoria di unità funzionali che, singolarmente o collegate a gruppi, consentono la realizzazione di molteplici apparecchiature elettroniche.

Per tale ragione esse richiedono accurate misure di controllo per la verifica delle loro caratteristiche fisiche con i dati originali di progetto.

I circuiti analogici sono definiti da un numeroso elenco di caratteristiche che, individuate in base alla tipologia circuitale, sono necessarie per stabilirne il comportamento nelle più svariate applicazioni.

Le misure di tensione e corrente continua sui circuiti analogici

Un elenco delle misure in corrente continua sui circuiti analogici, e sulle procedure per eseguirle, viene qui riportato affinché ciascuno possa trovare in esso quella serie di rilievi che più si adattano al tipo di unità progettata:

• correnti continue di alimentazione
• tensioni di polarizzazione
• temperatura dei componenti

Correnti continue d'alimentazione

La misura delle correnti continue d’alimentazione è comune a tutti i circuiti elettronici; questa deve essere impostata secondo lo schema di figura 1 che mostra un generico blocco funzionale (Blf) al quale sono connesse due tensioni d’alimentazione, l’una positiva e l’altra negativa.

In serie ai cavi di collegamento sono disposti due milliamperometri mA1 e mA2 per il rilievo della corrente assorbita dai due alimentatori AL1 e AL2.

Questa misura, peraltro molto semplice, richiede alcune accortezze per evitare che la presenza dei due strumenti possa alterare la normale funzionalità del blocco alimentato:

• i conduttori di collegamento tra gli alimentatori devono essere il più corti possibile.
• ciascun alimentatore deve portare la propria tensione con due cavetti separati anche se poi, i lati freddi di ciascuna coppia, sono collegati nello stesso punto di massa del circuito utilizzatore.
• lo strumento mA1 deve essere collegato con il terminale positivo all'alimentatore.
• lo strumento mA2 deve essere collegato con il terminale negativo all'alimentatore.
• gli strumenti devono avere un fondo scala non superiore al doppio della corrente prevista nel consumo del Blf ( ciò per consentire letture di correnti sufficientemente precise). (I milliamperometri singoli possono essere sostituiti, se necessario, da due tester disposti per la misura di correnti continue).
• nei punti di connessione dei fili d’alimentazione su Blf devono essere collegati due condensatori elettrolitici, $C1\ e\ C2,$ di tensioni adatte e di capacità superiori a $100\ \mu F.$

Per non correre il rischio di danneggiare i due strumenti all'accensione (la presenza di $C1\ e\ C2$ può creare un forte passaggio di corrente iniziale) è opportuno, se possibile, aumentare gradatamente la tensione degli alimentatori fino al raggiungimento delle Val. volute; se ciò non fosse possibile, a seguito delle caratteristiche degli alimentatori, si suggerisce di cortocircuitare i due milliamperometri al momento dell’accensione per liberarli subito dopo per eseguire le misure.

figura 1

In dipendenza del tipo del circuito Blf possono essere misurate le correnti per funzionamenti elettrici diversi; nel caso, ad esempio, che Blf sia un oscillatore si dovranno rilevare le correnti nelle condizioni senza carico esterno e con carico collegato.

Nel caso, in vece, di un amplificatore si dovranno misurare le correnti in assenza di segnale d’ingresso, con segnale d’ingresso senza carico d’uscita, e con carico collegato, analogamente dovrà essere fatto per un circuito rivelatore di segnali.

I valori delle correnti misurate devono essere conformi, entro il $\pm 10\%,$ ai dati di progetto del Blf, non si deve mai essere ottimisti di fronte ad un consumo di corrente notevolmente inferiore a quello previsto; questa condizione non costituisce un risparmio di energia, ma nasconde qualche errore che deve essere individuato e successivamente rimosso.

Così di fronte a consumi eccessivi si deve togliere immediatamente tensione al Bfl per toccare, con molta attenzione per non ustionarsi, tutti i componenti montati sul circuito per rilevare se qualcuno di essi ha assunto una temperatura eccessiva; questa anomalia capita con frequenza, nei circuiti elettronici, a seguito del collegamento a polarità invertite di condensatori elettrolitici.

E’ buona norma scollegare i milliamperometri una volta eseguite le misure salvo che, per ragioni diverse, non sia necessario monitorare in continuità le correnti assorbite dal Blf.

Tensioni continue di polarizzazione

La misura delle tensioni di polarizzazione è necessaria per verificare che il circuito elettronico lavori secondo quanto stabilito a progetto, errori su tali tensioni possono provocare innumerevoli anomalie funzionali che è impossibile elencare.

Il controllo di dette tensioni deve avvenire, per quanto possibile, in assenza di segnali alternati circolanti nel circuito in esame.

Questo tipo di misure, come già accennato nelle lezioni precedenti, può essere fatto, in via preliminare con un tester, e, successivamente, una volta verificata la normalità dei livelli rilevati, e qualora la precisione lo richieda, con un voltmetro elettronico.

Per evitare che la resistenza $Ri$ del tester possa alterare eccessivamente le misure è opportuno svolgerle nei punti a più bassa resistenza, per dedurle, indirettamente, nei punti a resistenza più alta, così come, per esempio, è mostrato in figura 2.

figura 2

Se nel circuito di figura 2 si deve controllare la polarizzazione di base, formata dal partitore $R1\ e\ R2$ , è più conveniente misurare la tensione $X2$ sull'emettitore e risalire a $X1$ sommando a $X2\ la\ Vbe$ del transistore e quindi scrivere:

$X1=X2(misurata)+Vbe$

Diversa è invece la misura della tensione continua sul collettore, punto $X3,$ che non ha altra possibilità che di essere misurata direttamente con un voltmetro ad alta resistenza d’ingresso.

Le misure delle tensioni di polarizzazione difficilmente coincideranno con quelle di progetto per il sommarsi delle seguenti cause:

• differenza tra i valori delle resistenze messe a calcolo e le resistenze con le quali è stato costruito il circuito; quest’ultime infatti presenteranno tolleranze che possono essere del $\pm 1\%\ ,\ del\pm 5\%\ o\ del\ \pm 10\%$ , in base alle scelte fatte dal progettista del circuito.

• differenze tra le tensioni d’alimentazioni previste a progetto e tensioni effettivamente applicate al circuito.

• imprecisione degli strumenti di misura.

• alterazione dei valori resistivi a causa delle Ri degli strumenti durante le misure.

Tutto ciò non per disarmare chi si deve accingere alle misure su di un circuito, ma per sottolineare che precisioni di lettura che differiscano da quelle di progetto del $\pm 10\%$ rappresentano già un ottimo risultato.

Misure della temperatura dei componenti

A seguito delle misure elettriche sui circuiti esaminati in precedenza è necessario un successivo rilievo della temperatura dei singoli componenti per essere certi che nulla sia sfuggito alle misure stesse.

Generalmente nei circuiti elettronici che non forniscono potenze elevate la temperatura dei componenti è tale da consentirne al tatto il rilievo indicativo ( si tenga presente che fino a temperature di circa $50$° la sensazione percepita non è dolorosa).

Se a progetto non sono previste dissipazioni elevate, basta un’ispezione grossolana come sopra indicato per metterci tranquilli sulla normalità del comportamento termico del circuito.

Se invece sono previste in gioco potenze elevate, le temperature conseguenti potranno essere rilevate mediante l’impiego di adatto termometro elettronico a contatto.