Interfaccia ZRLC For Visual Analyser

 

Circuito elettronico di interfaccia per

“Un misuratore d’impedenza con degli compensazione automatica errori sistematici”   di Alfredo Accattatis Quanto ho realizzato - di seguito definito “ZRLC” - è riferito al lavoro denominato “Un misuratore d'impedenza con compensazione automatica degli errori sistematici sistematici””,  presentato  presentat o da Alfredo Alfredo Accattatis Accattatis sulla pagina pagina omonima, omonima, presente su: http://www.sillanumsoft.org/Italiano/zrlc.htm (cliccare il link rosso per scaricare) scaricare)   e ne costituisce il necessario completamento. ZRLC è un reale ed efficente misuratore di impedenze (Z), resistenze (R), induttanze (L) e capacità (C), che opera con buonissima precisione in una gamma vastissima. Oltre alle resistenze, che vanno da pochi Ω ai MegaΩ MegaΩ, ecco cosa può misurare grazie alle sue 5  portate: Portata 

Resistenza 

Capacità 

Induttanza 

1

0.1 ohm .. 1000 ohm

100 nF .. 1000 µF 10 µH .. 10 mH

2

1 ohm .. 10 K ohm

10 nF .. 100 µF

100 µH .. 100 mH

3

10 ohm .. 100 K ohm

1 nF .. 10 µF

1 mH .. 1000 mH

4 5

100 ohm .. 1 M ohm 1000 ohm .. 10 M ohm

100 pF .. 1 µF 10 pF .. 100 nF

10 mH .. 10 H 100 mH .. 100 H

Verranno presentate tre versioni:

  la prima, più semplice, utilizza la scheda sonora incorporata in ogni PC;   la seconda, definita “All In One” One”, dispone di una scheda sonora incorporata e funziona con la sola connessione USB;   la terza, messa a punto originariamente dalla rivista “ Nuova Elettronica Elettronica””  (http://www.nuovaelettronica.it/ http://www.nuovaelettronica.it/))  migliora la capacità di leggere resistenze di pochi Ω, e consente di misurare l’ l’impedenza degli altoparlanti.

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Sommario Cliccate sulle voci per raggiungere le relative pagine.

Un misuratore d'impedenza ....................................................................................... 1 Premessa ........................................................................................................................ 3 Versioni ......................................................................................................................... 5 L’analizzatore ZRLC .................................................................................................. 6 Prima versione  ............................................................................................................. 9 Il circuito elettronico di misura  .................................................................................. 9 Sezione di sinistra - Gli operazionali op erazionali ....................................................................... 10 Sezione di destra - Generatore tensione negativa ................................ ................ ................................ ................... ... 11 Connessioni  ................................................................................................................ 12 Costruzione  ................................................................................................................ 13 Settaggi ed utilizzo ..................................................................................................... 18 Calibrazione  ............................................................................................................... 24 L’azzeramento  ........................................................................................................... 25 APPENDICE  - Basetta PCB .................................................................................... 32 Avvertenze per l’uso... ............................................................................................... 34 Files disponibili: ......................................................................................................... 34 Seconda versione ........................................................................................................ 35 Descrizione e schema elettrico .................................................................................. 36 Realizzazione pratica  ................................................................................................ 40 Impostazioni ed uso ................................................................................................... 48 Altri metodi di misura:  ............................................................................................. 57 Lo “Sweep” ................................................................................................................. 57 LMS Bridge” .............................................................................................................. 59 Files necessari ............................................................................................................. 61 Terza versione ............................................................................................................ 62 L’impedenzimetro di Nuova Elettronica................................................................. 65 Generatore tensione negativa ................................................................................... 71 Altri possibili finali BF  .............................................................................................. 72 ............... ............. 75 Come rendere operativa la sesta portata dell’impedenzimetro  ............................ La modifica ................................................................................................................. 76 Prove e verifiche  ........................................................................................................ 78 Valutazione dei risultati ............................................................................................ 83 ZRLC con Windows 7 (e Windows Vista) .............................................................. 84 Utilizzo di ZRLC con Windows 7 ............................................................................ 84 Utilizzo di ZRLC con Windows Vista ..................................................................... 98 La finestra “Statistic uncertainty window” .......................................................... 105 Datasheets ................................................................................................................. 110

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Premessa ZRLC  è una funzione specializzata del programma “Visual Analyser” (di seguito “VA”), attualmente giunto alla versione VISUAL ANALYSER 2011 v. 14.0.0.19.

 L‟autore è  Alfredo Accattatis, che ha lavorato per molti anni in aziende come “ Ingegnere del Software Software” ” , con mansioni di ogni tipo. Ha scritto programm programmii per “Sistemi Embedded ”  (con DSP e Microcontrollori), per PC, per computer Avionici e  persino per Mainfra Mainframe me IBM (Z900) usando C, C++ & Pascal (Delphi - RAD studio 2007), Ada, Rexx e svariati linguaggi assemblativi. In cosa consiste “VA”? Cito le parole dell’ dell’autore:  Nel variegat variegato o mondo di Windows (9x, ME, 2000, NT, Xp, Vista), i programmi che consentono di trasformare un personal computer in un Oscilloscopio e/o Analizzatore di  spettro sono oramai una discreta quantit quantità. à. Visual Analyser presenta tuttavia delle  peculiarità  peculiari tà esclusive. Inoltre, esso nasce espressamen espressamente te per appassio appassionati nati di circuiti audio (amplificatori in classe A e B, oscillatori, etc.), ma si è rapidamente trasformato in set di strumenti di misura percifre uso generale. come un od un un Analizzatore di spettro costano proibitive eStrumenti assolutamente nonOscilloscopio giustificate per un uso squisitamente hobbistico, sebbene tali strumenti faciliterebbero di parecchi parecchio o il il lavoro dello sperimentatore. Ancora, e quasi paradossalmente, la flessibilità che può offrire un “ pacchett  pacchetto o”  per PC, invece di uno strumento professionale dedicato, è  persino superiore (si pensi al fatto di poter cambiare la scheda audio, potenziare il PC cambiando il processore ed aggiungendo RAM, o semplicemente passando alla versione  successiva del programm programma, a, oltre a poter usufruire di stampant stampanti, i, dischi, usare contemporaneamente altri software, eccetera). L‟  L‟ idea idea alla base di questo programma, e di tutti quelli con le medesime funzioni, nasce dalla constatazione che la maggior parte dei moderni personal computer basati su processori Intel (e simili) sono dotati di una  scheda audio. Che in moltissimi casi è di buona qualità, e comunque reperibile a bassissimo Attualmentedipoi, la potenza di reale calcolo un aPC medio tale da consentire l costo. ‟ implementazione ‟  implementazione routine in tempo chedifino pochi anniè addietro erano appannaggio esclusivo dei DSP (Digital Signal Processor).  Processor).   In pratica, il programma usa la scheda audio di un qualunque PC come convertitore analogico/digitale, e i due canali sinistro e destro come ingressi, ottenendo così un funzionale oscilloscopio a doppia traccia. Le uniche vere limitazioni stanno nella banda  passante, imposta dal progetto della scheda, quindi 10 ÷ 20000 Hz, e dalla mancanza di ingressi in continua. A tutto il resto provvede il programma. Di seguito vedete in dettaglio le caratteristiche; ricordo che l’ l ’autore ha realizzato il sito Web con pagine sia in Italiano: http://www.sillanumsoft.org/Italiano/index.htm che in Inglese:  Pagina 3 di 110

 

http://www.sillanumsoft.org/index.htm Ritengo utile riportare le caratteristiche:

C ar atter i st stii che pr i ncipa ncipalili di V A :   1. 

Oscilloscopio doppia traccia, con time division, visualizzazione xy, trigger, determinazione frequenza e ampiezza con mouse; finestra di visualizzazione valori principali in tempo reale;

2. 

 Analizzat  Analizzatore ore di spettro spettro doppia doppia traccia con con fase e ampiezza: (lineare, (lineare, logaritmico, linee, barre, analisi a terzi di ottava e 1/6, 1/9, 1/12, 1/24);

3. 

Generatore di funzioni (SENZA aliasing) triangolare, quadre, sinusoidali, impulsi, funzione "custom" a partire dallo sviluppo in serie di Fourier con tool  grafico (Visual (Visual Tool), Tool), rumore bianco bianco (gauss (gauss e uniforme) uniforme) e rosa, rosa, generazione generazione componente continua (su schede accoppiate in continua);

4.  5.  6. 

 Frequenzi  Frequenzimetro, metro, nel dominio del tempo tempo e della della frequenza, contat contatore; ore; Voltmetro AC (vero valore efficace, picco-picco, medio,

dB,

CC);

 Filtri dig digitali itali (passa (passa basso, passa passa alto, alto, passa banda, banda, elimina elimina banda, banda, notch, "raddrizzatore", notch inverso, eliminazione componente continua);

7. 

 Distorsio  Distorsiometro metro THD e THD+noi THD+noise, se, con possibilit possibilità à di sweep automati automatico co in  frequenza e produzione produzione grafici grafici memorizzabili memorizzabili in in vari formati, formati, poi visualizzab visualizzabili ili  separatamente;  separatam ente; salvataggio salvataggio screenshot e clipboard; clipboard;

8.  9. 

 Ingressi X-Y; Conversione D/A completa nell'oscilloscopio;

10.  Compensazione

di frequenza: possibilità di editare/importare un curva di risposta

in frequenza arbitraria da sovrapporre alla misura; aggiunte curve di pesatura  standard A,B,C 11.   Possibilità Possibilità

(anche) in in parallelo con la compensa compensazione zione in frequenz frequenza a;

di memorizzazione memorizzazione dei campioni campioni nel domini dominio o del tempo tempo e della della

 frequenza;; analisi in  frequenza in frequenza frequenza dei campioni campioni memorizzati, memorizzati, stampa stampa e salvataggi salvataggio o in formato .tee, txt, wmf, clipboard; 12.   Aggiunto Aggiunto visuali visualizzatore zzatore

interno per il interno il formato formato .tee e .txt .txt svincolato svincolato dalle finestre

di acquisizione; Pagina 4 di 110

 

13.   Riconoscimento Riconoscimento 14. 

corretto di tutti corretto tutti i sistemi sistemi operativi, operativi, compreso compreso VISTA e SEVEN; SEVEN;

Utilizzo di variabili interne in floating point a 80 bit per minimizzare il rounding-error;

15.  Cepstrum; 16.  Cross

Correlazione;

17.   Misura Misura

TH THD D estesa;

18.  Set

di vvalori alori calcolati in real time (peak to to peak, peak, crest factor, form factor, true rms, mean, calcolo della frequenza con algoritmo di zero-cros zero-crossing sing e relativa

incertezza). 19.  Compatibilità 100% VISTA/Seven. VISTA/Seven.   Gli altri dettagli - e i vari aggiornamenti - li vedete alla pagina www.sillanumsoft.org/Italiano/news.htm .  L’attuale versione aggiornata versione aggiornata “VISUAL ANALYSER 2011” 2011” è perfettamente in grado di svolgere il compito di gestire l’interfaccia e di ottenere congrui risultati, specie a seguito delle numerose correzioni e perfezionamenti apportati. In tabella sono riportate le versioni fin qui messe a disposizione dall’autore:  dall’autore:  Denominazione VISUAL ANALYSER 2010 0 - beta VISUAL ANALYSER 2010 3 - beta VISUAL ANALYSER 2010 4 - beta VISUAL ANALYSER 2010 5 - beta VISUAL ANALYSER 2010 NE-XT VISUAL ANALYSER 2010 NE-XT - V.1 VISUAL ANALYSER 2010 NE-XT - V.2.1 VISUAL ANALYSER 2010 NE-XT - V.2.2 VISUAL ANALYSER 2010 NE-XT - V.2.3 VISUAL ANALYSER 2010 NE-XT - V.2.4 VISUAL ANALYSER 2010 NE-XT - V.3 BETA VISUAL ANALYSER 2010 NE-XT v2.4 VISUAL ANALYSER 2011

Versione 12.0.0.1120 12.0.0.1942 12.0.0.1998 12.0.0.2077 12.0.0.2188 12.0.0.2297 12.2.0.2300 12.2.0.2302 12.2.0.2304 12.2.4.2305 12.3.0.2306 12.2.4.2305 14.0.0.19

Il software si scarica da: http://www.sillanumsoft.org/Italiano/scarica_programma.htm . 

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L’analizzatore ZRLC Cito ancora le parole dell’autore:  dell’autore:  Un piccolo preambolo. Per il corretto funzionamento di ZRLC è necessario costruire un semplicissimo hardware aggiuntivo, allo scopo di ottenere prestazioni non solo “hobbystiche hobbystiche” ”. L'hardware necessario è, in prima battuta, una semplice coppia di amplificatori operazionali usati in configurazione “adattatori d'impedenza” d'impedenza” allo scopo di elevare il più possibile l'impedenza d'ingresso del misuratore. Questo per uno scopo relativamente ovvio: una bassa impedenza d ‟  ‟ ingresso, ingresso, caratteristica tipica delle schede audio, significa una perturbazione non trascurabile nel valore dell'impedenza da misurare. Ossia, in altri termini, misure poco accurate. Come lo stesso autore afferma, il lavoro (che dura da alcuni anni) è stato ispirato da altri esistenti, come quello del Dr. George Steber, ed un altro apparso sulla rivista Elektor per mano di Martin Klaper e Heinz Mathis. Li trovate facilmente e liberamente su Internet, ma per facilitarvi le cose ve li metto a disposizione.   Il primo lo potete vedere qui:  qui: Steber_An_LMS_Impedance_Bridge.pdf Il secondo è qui:  qui: RLC_Meter_EN_01.pdf   Le applicazioni precedenti a VA - che utilizzano lo stesso circuito di ZRLC funzionano con un programma molto macchinoso e per nulla intuitivo, che richiede una taratura manuale, oltretutto non troppo ben spiegata. Comunque i lavori citati hanno il  pregio di spiegare molto bene la teoria di funzionamen funzionamento. to. Circa ZLRC, trovate le spiegazioni essenziali sulla pagina sopracitata; che, ho detto, è in inglese. Penso di fare cosa utile traducendovi l’ l’essenziale; ma prima faccio un cenno al principio generale di funzionamento. Immaginiamo di realizzare un partitore con due resistenze Rm e Rs; ai capi applico una tensione continua nota Vr.

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La tensione Vx è allora data da Vx = Vr ∙ Rs / (Rm + Rs) Se ad esempio Rm = Rs, Vx = Vr ∙ Rs / 2 Rs = Vr / 2. Supponendo che Rm sia nota, posso ricavare Rs misurando Vr e Vx:

Se ora sostituiamo la tensione continua con una alternata sinusoidale a frequenza nota, le cose non cambiano più di tanto. Possiamo a questo punto inserire al posto di Rs un condensatore o un ’induttanza; anche questofrequenza. caso la tensione capacità o dell ’siinduttanza utilizzata, nonchéin della Però Vx oraè funzione al postodella della resistenza deve considerare l’impedenza Z del condensatore o dell’ dell’induttanza. Chi vuole può leggersi i lavori citati di Steber, Klaper e Mathis. L’impedenza Z può essere scritta in forma “rettangolare rettangolare””:

R  è la parte reale (resistiva) di Z,  jX  è  è la parte immaginaria (reattiva). (reattiva). Ma Z può essere scritta anche in forma “ polare  polare””:

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R  è la parte reale (resistiva) di Z ,

è l’ l’angolo di Z .

Il circuito che si deve realizzare in pratica è una forma più “evoluta evoluta””  del semplice  partitore sopra illustrat illustrato. o. Anzitutt Anzitutto o bisogna elevare l’impedenza di ingresso dei due canali “Ingresso linea” linea” della scheda audio (a cui si applicheranno le tensioni Vr e Vx) al massimo livello possibile; all’ all’uopo si utilizzano 2 amplificatori operazionali. Si genera  per mezzo del programma VA la tensione Vr, che sarà disponibile ad una delle “Uscite linea” (la destra) della scheda; poi VA misura le due tensioni Vr e Vx ai capi dei due linea” “Ingressi linea” linea” ed effettua gli opportuni calcoli. VA è stato progettato tenendo presente un punto chiave: evitare, almeno alla prima esecuzione, di rompere le scatole all’ all ’utente con un sacco di impostazioni e di dettagli tecnici. In questo (e sia reso merito all’ all ’autore) è tutta un’ un ’altra situazione rispetto al  programma originale degli autori sopra citati, con il quale si è praticamente nella condizione di non sapere che cosa fare. Ma è anche vero che vi sono due o tre impostazioni chiave assolutamente indispensabili (di cui una sul pannello di “Controllo volume””  della scheda audio e un paio su VA), lasciate un pò “tra le righe” volume righe”  ma che, se omesse, inibiscono del tutto il funzionamento del misuratore. Confesso che capire questi “dettagli dettagli””  mi è costato parecchia fatica. Tutto perchè l’ l’autore (come candidamente ammette) non ha mai trovato il tempo per realizzare il “Manuale d’ d’Uso Uso””. Superato il  problema, allora allora è veramente veramente questione di cliccare cliccare un pulsante pulsante e collegare il component componentee incognito...

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Prima versione ZRLC base

Il circuito elettronico di misura   Nella versione versione originale, originale, lo lo schema del circuito è questo:

Con “Play Play”” si intende “Line Out” Out” o “Uscita Linea” Linea”; con “Rec Rec”” si intende “Line In” In” o “Entrata Linea” Linea”. Il canale usato per “Line Out” Out”  è il Destro (Right); le uscite degli operazionali U1A e U1B vanno rispettivamente agli ingressi “Right Right”” (Destro) e “Left Left””  (Sinistro). La resistenza R1 serve a fornire un riferimento di terra alla scheda audio. Il componente incognito è costituito da Zx, rappresentato in base a quanto detto con una  parte reale Rs ed una immaginari immaginariaa jX. Comunque è ora di illustrare lo schema definitivo, reale e funzionante:

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Vediamone i dettagli. Sezione di sinistra - Gli operazionali 

Gli operazionali sono le due sezioni di un LM358, come in origine. L’ L’unica vera differenza sta nel commutatore rotante a 5 posizioni, che consente di scegliere uno dei 5 valori suggeriti dall’ dall’autore: 10 Ω, 100 Ω, 1000 Ω, 10 k Ω, 100 k Ω. Le gamme corrispondenti per le 5 posizioni sono indicate nella tabella sopra riportata. Sono anche indicate nel listbox presente a destra di “Reference Reference”” nella finestra ZRLC di VA. Avverto che le immagini presentate - con alcune eccezioni - si riferiscono ad una versione più datata (2010 4 - beta), beta), precedente la serie “2010  NE-XT  NE-XT”” attualmente disponibile.

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Per usare correttamente ZRLC si tratta di selezionare la stessa posizione sia sul commutatore rotante che nel listbox. Se si sbaglia, cambia l’ l ’ordine di grandezza del valore che appare nella finestra di misura, ma non il valore in sé: cioé ad esempio, invece di 100.54 nF apparirebbe, che so, 10.054 nF, o 1005.4 nF... In ogni caso, VA dispone di un algoritmo che suggerisce l’ l’eventuale necessità di cambiare portata con l’ l’apposizione di un simbolo “(u)” come “up up””, cioè “su su””, o “(d)”  come “down down””, cioè “giu giu””. Sezione di destra - Generatore tensione negativa

In questa parte si vede un integrato ICL7660S  (o ICL7660) della Intersil. A cosa serve? Come si vede, secondo l’ l ’usuale tradizione, i due operazionali funzionano grazie ad una alimentazione bipolare, V+ e V-. Nel caso dell’ dell’LM358, da 3 a 15 V. Ma come si  può ottenere? Premesso che è preferibile tenere bassi i voltaggi di alimentaz alimentazione ione per  proteggere  protegge re la scheda audio in caso di problemi problemi,, potrebber potrebbero o bastare +3 e -3 V. Ad esempio con quattro batterie stilo (AAA), con una presa centrale collegata a massa. Ma il circuito dovrà essere collegato ad un PC, che dispone delle proprie alimentazioni incorporate: non c’ c’è un modo per approfittarne, evitando di aggiungere una complicazione, come le batterie, che alla lunga si scaricano, variano di tensione, si esauriscono? Certo! Ogni PC dispone di una serie di connettori USB, completi di due collegamenti a +5V e massa. Mancherebbe solo il -5V. Niente paura. Basta un “Voltage converter ”, come appunto l’ l’ICL7660. Con solo due condensatori elettrolitici di bassa capacità (per la  pompa di carica e l’immagazzinamento) realizza la completa conversione di tensione di alimentazione da positivo a negativo per qualsiasi tensione tra + 1.5V e + 10V, fornendo la tensione complementare (uguale in valore assoluto) di -1.5V a -10V. La tensione  positiva viene applica applicata ta tra i piedini 8 (V+) e 3 (Gnd); la corrispon corrispondente dente tensione negativa si ritrova tra i piedini 5 (V-) e 3.

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Un dettaglio che non risulta dallo schema elettrico è la necessità di provvedere un collegamento fisico tra la linea di massa (USB -V) e i connettori di massa delle prese (femmina) jack stereo da pannello. All’ All ’inizio io non avevo previsto il collegamento sull’’interfaccia tra la linea di massa (USB - V) e il connettore di massa delle prese, sull confidando nel fatto che sul PC i corrispondenti terminali si trovano allo stesso  potenzialee di massa. Ma in mancanza, l’interfaccia non funzionava! Un controllo con  potenzial l’oscilloscopio sui segnali in ingresso e uscita mi presentava forme d ’onda assurde in viaggio verso l’ l’ingresso linea; così ho provveduto. Tenuto conto che il fissaggio meccanico delle due prese jack sul pannellino frontale metallico ne garantisce la continuità elettrica tra i terminali di massa, è sufficente collegare uno dei due con uno spezzone di filo alla boccola sul pannello corrispondente a “Test2 Test2””, che a sua volta è collegata all’ all’omonimo terminale sulla basetta di interfaccia. A questo proposito, è necessario verificare col tester, prima di effettuare le saldature, le corrispondenze tra i terminali sul connettore e sullo spinotto (maschio) dei cavetti (prolunghe maschio-maschio) che si useranno per collegare l’ l ’interfaccia alla scheda audio del PC. Si inserisce uno spinotto nel connettore da pannello, poi si cerca successivamente successivam ente per ciascuno dei 3 terminali R (Right, destro), L (left, sinistro) e massa dello spinotto rimasto libero la corrispondenza con quelli della presa. Si veda a proposito  più sotto, sotto, paragrafo “Connessioni”. Per quanto riguarda le 5 resistenze “Rm Rm””, sembrerebbe emergere dalla lettura dei lavori originali la necessità di usarne del tipo di precisione, e sopratutto di conoscerne il valore esatto. Ma nell’ nell’uso pratico ho verificato che non è cosi... come si vedrà nel capitolo Calibrazione . In pratica, procuratene due serie: 5 verranno montate sul commutatore S1, le altre 5 saranno da conservare - e misurare accuratamente accuratamente - per essere utilizzate come “Test Test”” durante la calibrazione.

Connessioni

Ritengo utilee nell’ nell ’occasione ricordare quali sono i collegamenti dei connettori USB, maschi (spina) femmina (presa); in particolare il tipo A. La numerazione per spina e  presa, ovviamente, ovviamente, non non cambia. cambia.

n° pin  Nome  Funzione 

Colore filo 

1

Vcc

+ 5V, max 500 mA

Rosso

2

d-

Input dati al computer

Bianco

3

d+

Output dati dal computer

Verde

4

Gnd

Massa, zero volt

Nero

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Questi invece sono i collegamenti degli spinotti jack stereo, usati sui PC e sulle comuni periferiche audio, e la posizione dei connettori delle schede audio sui PC. R = Right (destro); L = Left (sinistro); il terzo collegamento è la massa.

Costruzione

E’ giunto il momento di presentare il prototipo funzionante dell’ dell ’interfaccia di misura. Premetto che c’ c’è stata una lunghissima interruzione dal tempo in cui, da studente, ero appassionato di elettronica, e i giorni attuali in cui ho ripreso l’ l ’antica passione. E non ho  per il momento ritenuto di attrezzarmi per la realizzazi realizzazione one dei circuiti stampati, come facevo un tempo. Così ho realizzato il circuito con una basetta preforata a passo 2.54 mm (diciamo meglio, 1/10 di pollice) con striscie parallele in rame. Ecco il layout della basetta. A sinistra dal lato componenti, con il tracciato delle piste in trasparenza; a destra dal lato rame. Le dimensioni sono circa 30 x 50 mm.

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I collegamenti in arancione sono i ponticelli. Come si vede, ho utilizzato una presa USB per circuito stampato, che fornisce praticità di impiego e robustezza meccanica ed elettrica. La resistenza Rm in realtà non viene montata in quanto, come appena detto, è sostituita dal commutatore esterno di portata. Le piste appaiono occasionalmente accorciate o interrotte secondo le necessità circuitali.. In pratica ho utilizzato un fresetta in acciaio da 1 mm montata sul Dremel, per circuitali eliminare il rame sulle piste nei punti corrispondenti della basetta. Vediamo la basetta reale, lato rame; in alto spunta il connettore USB:

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La stessa basetta dal lato componenti:

Come si vede, vi sono più ponticelli che componenti! A sinistra c’ c’è il LM358, a destra l’ l’ICL7660S. I terminali corrispondono, in ordine, a “LineIn-Right LineIn-Right””, “LineOut-Right LineOut-Right””, “LineIn-Left LineIn-Left””, “Test1 Test1”” e “Test Test””2. La resistenza è R1. I due fili marrone che partono in corrispondenza del simbolo “Rm 10 K ” vanno al commutatore rotante, illustrato qui sotto. I più attenti noteranno la presenza di una sesta resistenza da 1 MΩ MΩ,, montata per eventuali prove, visto che il commutatore ha 6  posizioni.. Ma in pratica  posizioni pratica non l’ho usata.

Qui si vede il commutatore montato sul pannello, assieme alle prese jack ed alle  boccole per il componente compon ente inpoi prova. basetta tratten trattenuta utae dai chedella la collegano collegan o ai componenti sul pannello; saràLa fissata conè due viti dadi7 cavetti sul fondo scatola, dove ho predisposto predisposto i necessari fori e la fenditura per la presa USB. Pagina 15 di 110

 

A proposito, così si presenta il pannello in alluminio:

Questo è il fondo della scatola, con la fenditura e due distanziatori per la basetta;  purtroppo non era una foto facile facile da realizzare... realizzare...

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Montata la basetta nella scatola, ecco la presa USB che fa capolino di lato:

Una vista della scatola terminata; ho completato il pannello con scritte realizzate con una etichettatrice Dymo “ LabelPoint 150 150””:

Ho completato l’ l’apparecchio con due cavetti per collegare i componenti sotto misura, forniti di spina a banana da una parte e di coccodrillo dall’ dall’altra:

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Settaggi ed utilizzo

Supponendo di aver realizzato tutto, verificati i collegamenti, controllate le tensioni di più e meno 5V sui terminali 8 e 4 dell dell’’LM358, ecc., si tratta di collegare con un cavo USB tipo A - A la presa USB dell’ dell’interfaccia con una presa USB sul PC; poi con due  prolunghe  prolung he jack stereo stereo da 3.5 mm mm maschio - maschio si collegano collegano rispettivamente rispettivamente la la presa PC line In con la presa azzurra Entrata linea  della della scheda scheda audio, audio, e la presa PC line Out  con la presa verde Uscita linea  della scheda medesima. Naturalmente il PC deve essere acceso.  Ora si lancia il programma VA (VA.exe).

A sinistra appare il pulsante di accensione dell’ dell ’analizzatore. Per ora lasciatelo così. Dal Listbox in centro selezionate “Linea in ingresso” ingresso”. Ora cliccate i pulsanti “Input Gain”” (che apre il pannello “Controllo registrazione” Gain registrazione” di Windows) e “Output Gain” Gain”, che apre il pannello “Volume master ”. Dentro “Controllo registrazione” registrazione”  dovreste vedere selezionato “Linea in ingresso” ingresso”, cioé con una spunta nella casella “Seleziona Seleziona””; verificate che lo slider del Volume sia in alto. Il Bilanciamento deve essere al centro. Se di solito non lo spostate mai, il Bilanciamento si trova settato al 50% su Sinistra e 50% su Destra; ma se lo spostate, dal pannello di controllo è pressoché impossibile capire quali sono le reali percentuali dei due canali. E se tra un utilizzo e l ’altro dell’ dell’analizzatore lo spostate, cambiando le sensibilità relative dei due ingressi, lo strumento darà risultati errati.  Nel mio caso, per fortuna, la scheda audio incorporat incorporataa nella MB (una “SoundMAX® SoundMAX®””) è provvista di un Pannello di controllo proprietario, che affianca e integra quello di Windows, in cui se si muovono i cursori appaiono opportune diciture che indicano i settaggi cursori. Così o... non vi sono sorprese. Magari anche la vostranumericamente sheda audio dispone di undei analogo pannell pannello...

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ingresso”  non è selezionata all’ all’avvio di Da notare che normalmente la “Linea in ingresso” Windows, ed in mancanza VA non ha modo di funzionare, non ricevendo le due tensioni dal partitore. Per quanto riguarda “Volume master ” di solito è già settato correttamente; al più restano da disattivare il “Sintetizzatore SW” SW”  ed il Lettore CD” CD”. Controllate qui sotto:

Ora si devono settare alcuni parametri di VA. Dovete mettere un segno di spunta nelle due caselle “Trig” e portare i quattro cursori verticali “Vpos” e “Trig” per entrambi i canali a metà corsa.

 Nella parte bassa a destra controllate controllate che nel Listbox Listbox “Channel(s) Channel(s)”” sia selezionato “A and B” B”; mettete una spunta in “X - Axis - Log” Log” e toglietela da “Y - Axis - Log” Log”.

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”  in alto a sinistra, alla ”destra del pulsante di Adesso cliccate il pulsante accensione. Nella finestra che si“Settings apre cliccate la linguetta “Main  e controllate che nel Listbox “Channel(s) Channel(s)””  sia selezionato “A and B”. Ad ogni modo riferitevi all’’illustrazione. all

Cliccate la linguetta “ZRLC” e mettete un segno di spunta nella casella “Auto Bias”. Questo è assolutamente indispensabile.

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%)”, nelle posizioni  Noterete che nelle 5 caselle nel riquadro “Scale settings (Ohm, %)” da 1 a 5 appariranno i valori standard 10, 100, 1000, 10000 e 100000. I valori che vedete nella figura (che derivano dalla calibrazione del mio esemplare) si definiranno nel corso della Calibrazione , che vi illustrerò dopo. Siamo pronti partire. Mettete nella casella “ZLRC  parte destra dellaametà della inferiore deun della lla segno finestradiprincipale pspunta rincipale di VA , a destra del meter grafico” nella dello spettro. Si aprirà la relativa finestra, denominata “ZRLC meter FOURIER ”. Lasciate settata la frequenza di 1000.00 Hz, come appare in alto. Vedrete anche che il pulsante di accensione, prima su On,  passerà su Off , ad indicare che è disponibile per spegnere lo strumento (non per uscire dal programma. programma...) ..)

Spostate questa finestra sullo schermo in modo da vedere anche la finestra principale, che costituirà un controllo del funzionamento. Adesso potete effettuare la misura. 1.  In questa fase non dovete collegare nulla ai morsetti “Test Test””. 2.  Posizionate il commutato commutatore re rotante sulla posizione “3”, ed analogamente selezionate “[3] [3]””  dal Listbox sotto “Reference (Ohm)” (Ohm)”. (Potete segliere qualunque  posizione,, basta che  posizione che sia la stessa stessa sull’ sull’analizzatore e sul programma). Pagina 21 di 110

 

Measure””. L’analizzatore effettuerà una prima calibrazione, 3.  Cliccate il pulsante “Measure che potrà durare qualche decina di secondi, poi apparirà la scritta “Connect DUT” DUT” (DUT = Device Under Test = Dispositivo Sotto Test).

Se osservate la finestra principale, vedete che nel grafico superiore l’ l ’oscilloscopio visualizza la forma d’ d’onda sinusoidale a 1000 Hz applicata al partitore; nella finestra dello spettro appare un picco in corrispondenza della frequenza di 1 kHz.

Attenzione! Se non vedete i tracciati sopra riprodotti significa che avete sbagliato qualcosa; ricontrollate... 4.  Ora collegate un componente da misurare (di seguito “DUT”); nel caso illustrato vedete il risultato ottenuto con un condensatore da 56 nF.

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Se ora guardate di nuovo la finestra principale, vedete che è apparsa una seconda onda sinusoidale (rossa), che rappresenta la tensione alternata ai capi del componente sotto misura. Nella finestra dello spettro, analogamente, appare un secondo picco, ovviamente centrato sotto il primo.

Potrà capitare che alla destra della misura appaia un simbolo “(u)”  o “(d)”, che indicano rispettivamente “Up Up”” (Su) o “Down Down”” (Giù). Questo indica che la gamma scelta non è adatta. Dovete pertanto premere “Stop Stop””, scollegare il DUT, passare alla gamma superiore o inferiore a seconda che sia apparso (u) o (d), e ripartire da 1.  Se invece è tutto OK, potete anche - ad esempio - scollegare il DUT e sostituirlo con un altro analogo, ad esempio nel caso che vogliate selezionare due o più componenti di valore più vicino possibile.

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Qualcuno potrà chiedersi come avviene che il programma indichi la corretta grandezza elettrica per il componente esaminato; nel caso attuale una capacità, quindi una misura in pF, nF o µF. Bene, ricordate quanto detto all’ all ’inizio a proposito del  partitore? Quando si inserisce una capacità o una induttan induttanza za nel partitore, la parte “reattiva reattiva”” di queste provoca uno sfasamento θ  (teta)   (teta) tra la tensione alternata ai capi del  partitore, e quella presente ai capi del componente misurato. Il programma, in unione al convertitore audio, recepisce taleLa sfasamento anticipo o in ritardo aanalogico/digitale seconda dei casi)della e si scheda comporta di conseguenza. scelta tra (in le tre unità dipende poi dal valore misurato e dalla gamma. Questo avviene in quanto nella sezione “Measure Measure”” è premuto il pulsante “Auto Auto””. Se invece provate a premere il pulsante “Man Man””, diventano attivi i 5 pulsanti nella sottostante sezione “Manual Manual””, e siete allora voi a scegliere quale misura visualizzare. E se scegliete “R ” o “L” quando avete inserito un condensatore, la misura non appare. Però, prima di passare ad altre misure, è bene calibrare l’ l’analizzatore. Questo non è un argomento trattato nell’ nell’articolo di Accattatis. Dalla lettura, e dall’’esame del programma, sembra che sia sufficente misurare con uno strumento dall affidabile le 5 resistenze “campione campione””  inserite sul commutatore, ed inserirne i rispettivi valori nella finestra “ZRLC ZRLC”” di “Settings Settings””. Invece non è così!  Nelle prime prime prove avevo avevo provato ad ad esempio a misurare misurare una resistenza resistenza da 10000 10000 Ω, il cui valore reale, secondo il mio tester digitale, era di 9920; ma la misura era stata di 9950 Ω. Eppure avevo inserito nella finestra “ZRLC ZRLC”” i valori reali delle 5 resistenze, dopo averli misurati con lo stesso tester... Non che fosse un errore insopportabile; ma non si poteva aumentare la precisione? Per tentare di capire il problema, avevo collegato l’ l ’oscilloscopio sia sulla tensione ai capi del partitore, che su quelle in uscita; ed avevo notato che queste cambiavano a seconda della posizione del commutatore. Probabilmente la colpa è dell’ dell ’impedenza di uscita della mia scheda audio, troppo alta per questa particolare applicazione. Si  potrebbe pensare di aggiung aggiungere ere un altro operazional o perazionalee tra l’uscita audio e il partitore, in funzione di adattatore di impedenza; ma chi è in grado di appurare la vera causa di questo fenomeno? Per fortuna c’ c ’è una strada più semplice. La trovate nel paragrafo successivo.

Calibrazione

Ecco che cosa ho pensato per avere uno strumento calibrato al meglio... almeno lo spero! Supponendo di avere due resistenze dello stesso valore sia come riferimento (Rm),  che sotto esame (Rs), la tensione ai capi di questa, Vz, è la metà di quella di riferimento Vr. In linea teorica, il programma è istruito a risolvere l’ l ’equazione del  partitore, quindi attribuisce a Rs lo stesso valore di Rm. Che, per il programma stesso, altro non è che il valore indicato nella finestra “ZRLC ZRLC””, sezione “Scale settings” settings”. Se le cose vanno diversamente, vuol dire che esistono altri fattori - oltre al solo partitore - in grado di “ produrre  produrre”” il valore finale diverso da quello atteso. Cioé bisogna tenere conto Pagina 24 di 110

 

anche di altri parametri strumentali, oltre che del valore reale delle varie resistenze di riferimento. E secondo me non importa se non li si conosce esattamente. Se si vuole forzare lo strumento a indicare la reale resistenza sotto prova, non basta quindi tenere presente il solo valore del riferimento, usando il suo valore nei Settings. Bisogna usare un valore con il quale il programma, effettuando i propri calcoli, giunga al risultato reale. Ed è un valore che si ottiene facilmente confrontando - manualmente ed “una tantum” tantumprima ”  - ildi valore vero della resistenza in prova, con quello indicato dal  programma effettuare effettuare la correzione. Dunque, per calibrare l’ l’analizzatore procedete così. Vi avevo anticipato di preparare una serie di 5 resistenze di prova, dello stesso valore nominale di quelle montate sul commutatore. Il cui valore, in realtà, non interessa più di tanto, salvo il verificare che rientrino nella tolleranza di costruzione. Prima di iniziare, è bene azzerare lo strumento. L’azzeramento è  fondamentale  almeno per le resistenze: i cavi presentano sempre una resistenza residua, che può valere da qualche decimo di Ω, fino a circa 1 Ω. Ma è importante anche per le piccole capacità. L’azzeramento si abilita solo  se si sta facendo la misura e solo nelle portate più basse, che dunque sono la numero 5  per le capacità, e la numero 1  per tutte le altre misure. In pratica, posizionate il commutatore posizione 1“,Measure ed analogamente selezionate “[1]”  dal Listbox sotto “Referencerotante (Ohm)sulla (Ohm)” ”. Selezionate - Man R ”  e cliccate il pulsante “Measure Measure””. Effettuata l’ l’autocalibrazione, come visto prima, apparirà la scritta “Connect DUT” DUT”. Vedrete che il pulsante “Zero Zero”” è attivo, ed a fianco appare la scritta “T=0.0000 Ohm” Ohm”.

Ora cortocircuitate le estremità dei cavi: vedrete apparire il valore della resistenza dei cavi (in questo caso, 1.032 Ohm).

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Zero””: il pulsante diverrà “Reset Reset”” ed a fianco apparirà la scritta “T=1.0312 Cliccate “Zero Ohm””. Sul display noterete che il valore della resistenza dei cavi si è pressoché azzerato; Ohm è normale che durante queste fasi vi sia una lieve oscillazione delle misure.

Per le capacità procedete in maniera analoga, però posizionando il commutatore rotante sulla posizione 5, ed analogamente selezionate “[5]”  dal Listbox sotto “Reference (Ohm)” (Ohm)”. Selezionate “Measure - Man - C”. Lasciate i cavi non connessi né tra loro né ad alcun componente, e cliccate il pulsante “Measure Measure””. Effettuata l’ l’autocalibrazione, allorché apparirà la scritta “Connect DUT” DUT”, vedrete che il pulsante “Zero Zero”” è attivo, ed a fianco apparirà la scritta “T=0.0000 pF” pF”.

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Zero””. Il pulsante diverrà “Reset Reset””  ed a fianco apparirà la scritta (nel caso Cliccate “Zero attuale) “T=3.2773 pF” pF”, che è il valore di tutte le capacità residue.

Ora si può procedere alla vera e propria calibrazione. a.  Misurate col vostro tester i valori delle resistenze di prova - che sarà bene

conservare - e segnatevi i valori trovati. Tenete presente che la precisione dell’’analizzat dell analizzatore ore sarà quella del tester che avrete usato. b. Aprite la finestra “Settings Settings”” e cliccate la linguetta “ZRLC”; lasciate questa finestra in vista sullo schermo. c. Iniziate la misura dal punto 1.  del paragrafo Settaggi ed utilizzo sopra illustrato; impostate la posizione [1] sul commutatore e sul programma. d.  quando giungete al punto 4. inserite la resistenza di prova da 10 Ω, e segnate il valore misurato. e. Supponiamo che il valore reale della resistenza di prova sia 10.40 Ω (Rp ), e che la misura visualizzata sullo schermo sia uguale a 10.10 ( Rv). Effettuate il calcolo del fattore F = Rp / Rv 

 Nel caso attuale, attuale, si avrebbe F = 10.40 / 10.10 = 1.0297. f.  Senza premere Stop, cliccate nel campo corrispondente alla “Position 1” 1”  nella sezione “Scale settings” settings” e sostituite il numero 10 con 10 x 1.0297, cioé con 10.30 (non è il caso di essere troppo pignoli...). Noterete che, a seguito della modifica del valore, il  pulsante “Apply Apply”” relativo a quella posizione, prima non disponibile, si attiva. Cliccatelo  per rendere effettiva la modifica. Vedrete immediatam immediatamente ente apparire il valore esatto, salvo lievi oscillazioni di poco conto. g.  Procedete allo stesso modo per le altre 4 posizioni, inserendo successivamente le altre resistenze di prova e ripartendo sempre dal punto c.  Pagina 27 di 110

 

h.  Alla fine del procedimento conviene fare in modo di ritrovare questi settaggi, in modo da essere sicuri di non dover rifare la calibrazione ogni volta. Vi sono due modi  per salvare la configuraz configurazione. ione. Nella finestra dei Settings trovate i tre pulsanti “Save Config.””, “Save As” Config. As”  e “Open Config” Config”. Ma anche senza utilizzarli, al momento di chiudere il programma tutti i parametri di funzionamento presenti al momento sono salvati nel file “VA.ini” (nella stessa cartella che contiene VA), e VA),  e sono automaticamente ricaricati ad ogni nuovo lancio del programma. Quando tutte le operazioni di settaggio e calibrazione sono terminate, conviene chiudere il programma e creare una copia di scorta di VA.ini, da riutilizzare in caso di problemi.

Abbiamo calibrato l’ l’analizzatore per le resistenze; e per gli altri componenti? Disponendo di un tester con la possibilità di misurare i condensatori, con le portate 2 nF, 20 nF, 200 nF, 2 µF e 20 µF, ho misurato prima con questo due condensatori in  poliestere  polieste re (come quello della foto dei due cavetti con i coccodril coccodrilli) li) del valore di 220 nF. Ho trovato rispettivamente 211 e 217 nF. Sottoposti quindi alla misura con ZRLC  utilizzando la posizione [1] ho trovato rispettivamente 215 e 219 nF. Nella figura seguente vi riporto la misura per il secondo condensatore; tenete presente una cosa che non avevo ancora detto, cioé che le misure generalmente non sono fisse su un valore  preciso, ma oscillano lievemente tra due estremi. In questo caso, per il secondo condensatore, condensat ore, tra 219 e 221 nF.

Se premiamo “Stop Stop””, stacchiamo il condensatore, portiamo l’ l ’analizzatore e ZRLC in  posizione [2] e ripartiamo, ripartiamo, ecco il risultato: risultato:

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Mica male, no? Per quanto riguarda le induttanze, non avevo al momento sottomano nulla di utile, né di valore noto; però mi sono ritrovato un vecchio filtro antidisturbo autocostruito, costituito da due bobine avvolte intercalate su uno spezzone di ferrite tipo radiolina OM, collegate a due condensatori da 0.47 µF, 630 V. Ecco lo schema:

Collegando ai morsetti di Test i terminali T1 e T3 (lo stesso sarebbe tra T2 e T4), ecco la misura trovata:

 Notate la bassa resistenza “Reale Reale””, pari a 1.331 Ω, come di solito avviene per le induttanze; in fondo si tratta di due spezzoni di filo smaltato... E dato che non abbiamo detto nulla del “Vettorscopio Vettorscopio””, eccolo in funzione; lo si ottiene mettendo la spunta alla casella “Vect Vect””  nella finestra di ZRLC, a sinistra della sezione “Measure Measure””:

Si vedono graficamente in 2 dimensioni, come vettore, i parametri del filtro (che qui, ripeto, è visto come induttanza): le piccole differenze tra i valori corrispondenti nelle due Pagina 29 di 110

 

rappresentazioni sono normali, dovute alle piccole oscillazioni di cui ho detto prima. Per vedere il filtro come condensatore, l’ l’avrei dovuto collegare tra T1 e T2, o tra T3 e T4. Un’ultima prova: un condensatore variabile ad aria montato su ceramica, reduce dei Un’ miei primi, lontani esperimenti in radiofrequenza! Non saprei come ricavare il valore di capacità dai codici stampigliati sopra: GH-1072-12-3, e 273252W. L’ L’ho fotografato collegato all’ all’analizzatore, ma non vicino al PC, per mancanza di spazio. Eccolo:

Mi domandavo: l’ l’analizzat analizzatore ore sarà in grado di misurarlo? Come risposta ecco le misure, rispettivamente in posizione tutta chiusa, e quasi completamente aperta (se lo aprivo tutto l’ l’analizzatore non era più in grado di fornire una misura):

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Come mi aspettavo, specialmente in posizione aperta, avvicinando e allontanando una mano al condensatore vedevo variare la misura... Meglio di niente, non dite? Penso proprio di aver finito. E di aver “completato completato”” con la necessaria parte hardware un buon programma. E di aver dimostrato in pratica la bontà del progetto, la sua utilità, la sua comodità di impiego.

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APPENDICE  - Basetta PCB 

Per venire incontro a coloro che preferiscono realizzare la basetta a circuito stampato, ho provveduto a preparare il PCB per l’ l’interfaccia. Eccolo qui, lato rame:

La disposizione dei componenti:

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Preciso che: 1) L-O-R  =  = Line Out Right (Uscita Linea, canale Destro); 2) L-I-R  =  = Line In Right (Ingresso Linea, canale Destro); 3) L-I-L = Line In Left (Ingresso Linea, canale Sinistro); Sinistro); 4) Rm1 e Rm2 = terminali del commutatore con le resistenze per la selezione delle  portate (corrisponde (corrispondenti nti ai 2 fili fili marrone);

5) Test1 e Test2 = collegamenti ai morsetti rosso e nero per il componente da misurare; 6) USB = connettore USB per CS, tipo A:

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Avvertenze per l’uso... La basetta esiste solo “sulla carta” carta”, quindi non dispongo al momento di una versione dell’interfaccia ZRLC che la utilizzi. Dunque non l’ dell’ l’ho provata in pratica, ma ho verificato la correttezza dei tracciati da un punto di vista “formale formale””, nel senso che: - Lo sbroglio di partenza è stato ottenuto convertendo a PCB lo schema originale  progettato  progettat o con DipTrace, che è “ZRLC4.dch ZRLC4.dch””; il risultato è “ZRLC7_USB_PCB3.dip ZRLC7_USB_PCB3.dip””. Ve li metto entrambi a disposizione, assieme ai file JPG corrispondenti alle immagini sopra riportate, e al file PDF corrispondente al solo layout delle piste in rame, in scala 1:1. - Ho effettuato un attento controllo visivo delle piste, confrontando tutti i collegamenti, ad uno ad uno, tra lo schema e il PCB. Questo non è stato difficile, data la semplicità dello schema. Però suggerisco a chi vorrà realizzare il PCB di procedere così, oltre ai normali controlli che ognuno userà fare secondo le proprie abitudini: a) Realizzata la basetta, saldare gli zoccoli e la presa USB; b) collegare la presa USB ad una di quelle sul PC con un cavetto USB maschio-maschio tipo A, e verificare col tester la presenza di 5 V positivi circa (ovviamente il valore esatto dipende dall’ dall’alimentatore del PC) tra i piedini 8 e 3 dello zoccolo dell’ dell ’ICL7660S, come pure tra il piedino 8 dello zoccolo del LM358 e il terminale Test2 (che corrisponde a “Gnd Gnd”” della presa USB); c) se OK, staccare il cavetto, ed inserire l’ l ’integrato ICL7660S nel suo zoccolo; d) ricollegare il cavetto, e verificare col tester la presenza di 10 V positivi - o meglio, il doppio in valore assoluto, salvo leggeri scostamenti, del valore trovato al precedente

 punto b) - tra i piedini 8 e 4 dello zoccolo del LM358; come pure di 5 volt negativi all’’incirca uguali in valore assoluto a quanto trovato al precedente punto b) - tra il all  piedino 4 dello zoccolo zoccolo del LM358 e il terminale terminale Test2. e) staccare il cavetto USB, e continuare nel montaggio.

Files disponibili:  Questi sono i files a vostra disposizione disposizione (cliccare sui nomi per scaricare): - Il file PDF con le tracce in rame, in scala 1:1:  1:1: ZRLC_x_PCB2.pdf   - Lo stesso in scala più grande, in formato JPG:  JPG:  ZRLC_x_PCB2.jpg ZRLC_x_PCB2.jpg   - La disposizione dei componenti, nella stessa scala, in formato JPG: ZRLC_x_PCB_Top.jpg   ZRLC_x_PCB_Top.jpg - Il file del layout della basetta in formato “DipTrace - PCBLayout PCBLayout””, zippato, per chi ha il programma:  programma: ZRLC7_USB_PCB3.zip ZRLC7_USB_PCB3.zip   - Lo schema elettrico in formato “DipTrace - Schematic” Schematic”, zippato:  zippato: ZRLC4.zip ZRLC4.zip  

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Seconda versione

ZRLC “All In One” (T  (Tutto utto in i n Uno) Uno) Perchè è nato “ZRLC A.I.O.”? In cosa differisce dal precedente? Che vantaggi ha? Per capirlo bisogna fare un passo indietro, e ricordare che il precedente ZRLC è un semplice circuito elettronico (consistente essenzialmente in un partitore e due Amplificatori Operazionali) che consente, grazie ad un programma per Windows e ad un collegamento in bassa frequenza ai connettori Line In e Line Out della scheda audio di un qualunque PC, di misurare impedenze, resistenze, induttanze e capacità. L’ L ’idea originale, ricordiamo, ricordiamo, è da attribuire al Dr. George Steber, e ad un articolo apparso sulla rivista Elektor per mano di Martin Klaper e Heinz Mathis. Trovate i link nel precedente articolo sopra citato.  La caratteristica principale di tale interfaccia è la notevole semplicità, dalla quale deriva un anche un basso costo. Non per nulla l’ l ’articolo di Elektor si intitolava “2-Pound RLC Meter ”, ovvero “Misuratore RLC da 2 Sterline Sterline””. Ma tale semplicità presenta anche un rovescio della medaglia. Ormai tutti i PC montano una scheda audio, di qualità discreta; ma è una sola, con al massimo due ingressi (micro e linea) ed un ’uscita. E molti utenti di PC collegano stabilmente la scheda audio all’ all ’HiFi, o a dispositivi multimediali, oppure ad un sistema per comunicare in viva voce con altri utenti online su Internet. Io stesso utilizzo la scheda del mio PC per sentire la mia musica preferita.  Ora, il dover scollegare e ricollegare r icollegare i relativi re lativi cavetti stereo ster eo per rimpiazzarli rimpiazzar li con quelli di ZRLC  può risultare, alla fine, una seccatura. Per non parlare poi del fatto che tale “cordone ombelicale” ombelicale” di ZRLC, dato dai due cavi audio a cui si aggiunge quello USB utilizzato per l’ l’alimentazione, crea un sensibile ingombro sulla scrivania.   Vero è che si può pensare di risparmiare un cavo e alimentare ZRLC solo a batterie; ma poi queste si scaricano e, sono magari proprio  quando serve l ’apparecchietto, le pile sono scariche ed in casa non ce ne di scorta... Così, anche ispirato dalla lettura della rivista Nuova Elettronica - che in più occasioni ha proposto circuiti equipaggiati di un “USB Audio Codec” Codec”, compreso un kit per “Oscilloscopio e Analizzatore di spettro per PC” PC” basato sullo stesso programma ”Visual Analyzer” da me usato per la gestione di ZRLC - ho pensato di realizzarne una nuova versione, in cui il cavo USB servisse non solo per l’ l ’alimentazione, ma anche per la trasmissione e ricezione dei segnali audio necessari. Ma per questo mi serviva un “Convertitore audio Analogico/Digitale - Digitale/Analogico” Digitale/Analogico ” USB.  e-commerce””, Perciò ho acquistato da Nuova Elettronica, per mezzo della sezione “e-commerce un paio di kit “LX.1667 Montato” 

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(http://www.nuovaelettronica.it/it/kit/index.cfm?fb=scheda_kit&ww_articoli_id=17577 ), al prezzo di Euro 18,00. Sarà tanto? Sarà poco? Non sto a giudicare; ma visto che la scheda è dotata di componenti in SMD tra cui il convertitore, e che io non sono attrezzato per montare tali componenti, era senz’ senz ’altro la soluzione più semplice. La scheda vera e propria, per la cronaca, è denominata “KM1667 KM1667””. Mi sono messo all’ all’opera; e dopo diversi tentativi sono alla fine giunto al dispositivo che oggi vi presento. Ma si, cominciate a dargli un’ un’occhiata:

Descrizione e schema elettrico Visto che l’articolo l’ “foto” “foto”, , e il suo schema:è incentrato sulla scheda KM1667, inizio da questo. Ecco le sue

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E questa è la piedinatura del PCM2902, cuore della scheda: 

Ora, come lo si inserisce nello schema originale? Che era questo:  

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A prima vista pare sufficiente effettuare le connessioni alla presa USB con i pins 1, 2, 3 e 4; e collegando ordinatamente ”Out R ”, “In R ” e “In L ” ai tre terminali “LineOutRight”, “LineIn-Right ” e “LineIn-Left” dello schema originale.  Va bene in linea di massima, ma cc’’è un punto da considerare. Ed è la giustificazione del condensatore C3  da 22 µF che si vede nello schema finale dopo l’ l ’uscita “Out R ”. Intanto ecco lo schema di ZRLC A.I.O.: 

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All’’inizio C3 non c’era: e ZRLC non funzionava, o funzionava male. Così ho All collegato l’ l’oscilloscopio, impostato in Corrente Continua, tra “GND GND”” ed “Out R ”. Ecco il risultato: 

L’ampiezza del segnale (a 1000 Hz) era correttamente pari a 1.6 Vpp; ma era presente un offset di 1,6 V, visto che il picco negativo si innalzava da -0.8V a +0.8V, e il positivo da +0.8V a +2.4V. Messo il condensatore ed eliminata la continua, tutto OK!   Nel nuovo schema cc’’è anche un commutatore in più; o meglio, una seconda sezione, coassiale con la prima dedicata alla commutazion commutazionee dei valori successivi di Rm necessari  per ottenere le varie portate (RANGE). In definitiva è un classico “2 vie, 6 posizioni” posizioni”. Sul secondo banco ho inserito una seconda serie di resistenze, di valore nominale pari all’’incirca al quintuplo delle corrispondenti all corr ispondenti sul primo. pr imo. In realtà r ealtà a 10 Ω  del primo corrispondono 47 Ω del secondo; a 100 Ω del primo corrispondono 470 Ω del secondo, e così via. Perchè? Semplice: con il commutatore a levetta MODE  posso inserire come DUT (“Device Under Test” Test”, dispositivo sotto esame) sia un componente compo nente esterno da misurare (come nella versione precedente), che una resistenza interna, per l’ l ’appunto quella sul secondo banco in giusta corrispondenza con la prima. Il rapporto di 5:1 l’ l ’ho scelto per avere un segnale più ampio e meglio utilizzabile da ZRLC. In tal modo, come si vedrà più avanti nel capitolo su “Impostazioni ed uso” uso”, si  possono impostare facilmen facilmente te i valori nei “Scale settings (Ohm)” (Ohm)”  in modo da leggere nella finestra di ZRLC il valore esatto; il vantaggio sta nell’ nell ’immediata disponibilità e nel collegamento elettrico “automatico automatico””  delle resistenze di taratura, senza doverle cercare ogni volta, ed attaccare e staccare manualmente. manualmente. 

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Vedete inoltre che, nonostante ZRLC disponga di 5 portate, nello schema di ZRLC All In One è presente una sesta posizione. Fornisco qui una breve spiegazione, che risulterà a sua volta più chiara dopo la lettura del capitolo successivo su “Impostazioni ed uso” uso”. Visto che il commutatore ha 6 posizioni, ho pensato di aggiungere una sesta resistenza per Rm, di valore pari a 1 M MΩ Ω. Si deve usare con la posizione “5” di ZRLC, tenendo presente che si deve moltiplicare x 10 il valore letto se si tratta di resistenze o induttanze, e dividerlo x 10 se si tratta di condensatori. Funziona abbastanza bene, tant’ tant ’è che in questo modo posso leggere anche il valore minimo di quel condensatore variabile ad aria su supporto ceramico, che ho descritto nell’’articolo precedente. Magari ne risente un poco la precisione; ma tant’ nell tant ’è... Ad esempio, il condensatore chiuso mi dà 48 pF, ma posso aprirlo solo fino a quasi metà, poi ZRLC non è più in grado di misurare la capacità, ed appare “Underrange Underrange””. In posizione 6 leggo 488 pF se chiuso, e 18 pF a pochissimi gradi prima della  posizione tutta aperta. Poi se lo apro al 100% vado di nuovo in Underrange; ma questo fatto può essere ragionevole. Comunque, dividendo x 10 le letture ottengo circa 49 pF in posizione chiusa, e 2 pF in posizione aperta. Mi pare che queste misure abbiano un senso... Tra l’ l’altro, in queste condizioni è visibile l’ l ’effetto capacitivo (in aumento) della mano che ruota il condensatore... la mano deve essere allontanata per leggere la misura corretta. L’unica cosa è che per usare questa modalità è necessario cliccare il radiobutton Man””  dentro “Measure Measure””  e poi selezionare R , L o C  a seconda della grandezza da “Man misurare, prima di partire con la misura; anche qui qu i vi invito a leggere più avanti avan ti il capitolo su “Impostazioni ed uso” uso”.  Sono ancora da notare i terminali marcati S, T1, T2, A  e K . Apparentemente sembrano dei doppioni inutili di collegamenti già presenti sul circuito; in realtà si deve tenere presente che il commutatore RANGE  (Dev1), il deviatore MODE  (Dev2), i morsetti per il componente sotto misura DUT1 e DUT2, ed infine il LED spia di accensione DL1 sono posizionati sul pannello superiore, dunque al di fuori della basetta; alla quale si collegano per mezzo dei 5 terminali indicati. Più avanti è visibile una foto in  primo piano del commutat commutatore, ore, da cui risulta come le 12 resistenze, anche esse non  presenti sulla basetta, sono sono state direttamente saldate sui terminali del del commutato commutatore re effettuando un montaggio decisamente compatto. 

Realizzazione pratica  Come già detto nei miei precedenti articoli, non ho per il momento ritenuto di attrezzarmi per la realizzazione dei circuiti stampati; ma nello stesso tempo ho deciso di non realizzare il circuito con la solita basetta preforata prefor ata a passo 1/10 di pollice, con striscie parallele in rame. 

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Ciò nonostante ho preparato lo stesso il layout del PCB, per facilitare il lavoro di chi riterrà di utilizzare questa soluzione. Le dimensioni sono 52 x 36 mm. E ’  risultato un “layout layout””  decisamente pulito, come si vede dalle immagini sottostanti; è necessario un solo ponticello (J1). In marrone è tracciato il profilo della scheda KM1667.  Ecco le immagini ingrandite del PCB lato rame, e della serigrafia sul lato componenti. Tenete presente che la schedina KM1667, inserita per mezzo di un connettore “Single in Line” Line”  da 10 pin, risulta posizionata al di sopra del PCB stesso, senza toccare i componenti sottostanti. Nella serigrafia la schedina è tracciata in colore marrone, mentre gli altri componenti sono disegnati in verde.  Potete ad ogni modo scaricare un file zip con ll’’immagine 1:1 in formato PDF, le due immagini ingrandite, i files in formato DipTrace dello schema (ZRLC_AIO_4.dch) e del PCB (ZRLC_AIO_PCB5.dip); assieme al datasheet del PCM2902 e ad una versione sempre beta, ma più aggiornata - del programma “Visual Analyzer” (VA.exe). 

Bene; ma allora come è stato realizzato realiz zato il prototipo? pro totipo? Con una soluzione che a chiunque apparirà stravagante, e verosimilmente poco economica: utilizzando il PCB di un kit concettualmente simile a questo apparecchio, nel senso che prevede l’ l ’utilizzo di 4 Pagina 41 di 110

 

amplificatori operazionali, della scheda KM1667, di un connettore USB di tipo B, e dispone anche degli zoccoli (DIP a 8 piedini e SIP a 10 piedini). Che si riutilizzano; sennonché si avanza un bel pò di componenti...  VINILE””  su COMPUTER ”, che utilizza a sua Il kit è “LX.1666 - Trasferire il “VINILE volta il convertitore conve rtitore USB PCM2902. Se vi interessano in teressano i particolari, par ticolari, il valore va lore dei d ei componenti, ecc. dovete richiedere a Nuova Elettronica la rivista n. 231, GIUGNOLUGLIO 2007, al prezzo di Euro 5,00.

Il circuito stampato è di pregevole fattura; si tratta di un “doppia faccia” faccia”, con i due strati collegati opportunamente tramite fori metallizzati (credo con rivetti argentati).   Se però verificate le piedinature degli integrati IC1 e IC3, e le confrontate con quelle dello schema da realizzare, vedete che si debbono effettuare alcune modifiche. Per IC1 è necessario separare il pin 4 da massa, dato che dovrà essere alimentato a -5V, e  predisporre  predispor re un foro su un breve tratto di rame mantenuto allo scopo e liberato dalla vernice (vedi freccie “f ”  e ”d”  più avanti) ; l’ l’operazione è complicata dal fatto che il collegamento a massa è presente su entrambi i lati. Per IC3  (l (l’’operazionale verrà sostituito dal “Voltage converter ” ICL7660S) si devono separare i pin 1 da 2, e 6 da 7, lasciando però collegata una piazzola per ciascuno. Di seguito vedete la basetta originale, “fotografata fotografata” ”  con lo scanner; sonovisibili illustrati successivamente due lati,sono allo stato originale e dopo la modifica. Sono ben le incisioni effettuate;i in rosso indicati i necessari ponticelli.  Pagina 42 di 110

 

Si vede anche come la resistenza R1 trovi posto sul lato inferiore, saldandola direttamente sul rame, dopo aver scoperto un tratto nella zona vicino alla freccia “e”, grattando via un poco di vernice.

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Che dire di tale operazione? Anzitutto che non vi è una stretta necessità di effettuarla, visto che si può sempre preparare un circuito stampato apposito, o una basetta preforata. Ma soprattutto che si tratta di un lavoro che richiede realmente una notevole abilità manuale ed un occhio attento, come può avere chi - come me  proviene dal mondo del fermodelli fermodellismo. smo. E’  un un’’operazione (da effettuare con appositi attrezzi da incisione) molto delicata, visti i rischi contemporanei di danni permanenti alla  basetta, e di ferite all all’’operatore che non abbia le doti richieste. Comunque non è impossibile farlo, visti i risultati da me ottenuti.  Se vi chiedete allora perchè ll’’ho descritta in dettaglio, è perchè so che chiunque legga la descrizione di un progetto elettronico gradisce sempre - e a ragione - di vedere le foto di un esemplare del progetto proposto. E questo circuito stampato modificato è la base del mio dispositivo, reale e non teorico, e perfettamente funzionante.  Ecco dunque alcune foto dell’ dell’apparecchio:   Pagina 44 di 110

 

La scheda in fase di test, prima del montaggio nel contenitore:  

L’apparecchio visto in prospettiva; su un lato appare il connettore USB di tipo B:  

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Il retro del pannello superiore: evidenti il deviatore di MODE e il commutatore di  portata RANGE: 

Un dettaglio del commutatore di RANGE: le 12 resistenze, come già detto, sono state direttamente saldate sui terminali del commutatore: 

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dell’interno; a sinistra la schedina KM1667, sotto cui c’ c’è il convertitore di E’ la volta dell’ tensione ICL7660S; più in alto il condensatore C3; a destra l’ l ’operazionale LM358, in  basso il connettore connettore USB: 

Rimuovendo la schedina col KM1667  si possono vedere l’ l’ICL7660, e soprattutto i due condensatori C1 e C2 montati orizzontalmente per non intralciare la schedina:

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Ma è giunto il momento di accendere ZRLC A.I.O. e metterlo in condizioni di fare il suo lavoro...  lavoro... 

Impostazioni ed uso  Gran parte di quanto segue è già stato trattato nel precedente articolo. Ma dato che il Codec Audio PCM2902 ha qualche particolarità, che vi descriverò, ci saranno alcune differenze. E qualche spiegazione in più! Quanto illustrato è riferito ad un PC con Windows XP SP2.  Prima di iniziare ad usare ZRLC A.I.O.  è bene effettuare qualche controllo sul montaggio, come di seguito indicato:  a) Realizzata la basetta, saldate i due zoccoli per gli integrati, lo zoccolo per la schedina KM1667 e la presa USB; b)  collegate la presa USB ad una di quelle sul PC con un cavetto USB adatto, e

verificate col tester presenza dall’’alimentatore dall dellaPC) tra: di 5 V positivi circa (ovviamente il valore esatto dipende - i piedini 8 e 3 dello zoccolo dell’ dell ’ICL7660S; - il piedino 8 dello zoccolo del LM358 e il terminale T2 (che corrisponde a “Gnd Gnd”” della  presa USB); - i piedini 1 e 4 (come pure 1 e 6+7) dello zoccolo del KM1667. c) se OK, staccate il cavetto, ed inserite l’ l’integrato ICL7660S nel suo zoccolo; d) ricollegate il cavetto, e verificate col tester la presenza di 10 V positivi - o meglio, il doppio in valore assoluto, salvo leggeri scostamenti, del valore trovato al precedente  punto b) - tra i piedini 8 e 4 dello zoccolo del LM358; come pure di 5 volt negativi all’’incirca uguali in valore assoluto a quanto trovato al precedente punto b) - tra il all  piedino 4 dello zoccolo zoccolo del LM358 LM358 e il terminale T2. e)  staccate cavetto USB, e continuate nel montaggio. f) prima di ilcollegare il commutatore di RANGE  con le 12 resistenze montate (o se avete già collegato tutto, posizionando il deviatore MODE su “Measure Measure”” in modo da isolare la sezione di Check) misurate accuratamente col vostro tester (digitale, altrimenti è inutile) i 6 valori di resistenza che risultano tra il lato comune di tutte le 12 resistenze e il terminale A  del commutatore, che deve essere collegato al contatto 3  (“Check ”) del deviatore MODE, selezionando via via il range da 1  a 6. Annotate accuratamente i 6 valori e conservateli, magari in un file.

Finito il montaggio del PCB e l’ l’assemblaggio dell’ dell’apparecchio, ricontrollate tutto per  bene, come fate di solito; poi collegate ZRLC A.I.O.  con un cavo USB. Apparirà la solita serie di messaggi di Windows, che avvertono che è stato trovato un nuovo hardware, all’ultimo che informa che “il nuovo hardware è installato e pronto all’’uso all uso””.  fino all’

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Se dal “Pannello di Controllo” Controllo”  di Windows aprite “Suoni e periferiche audio” audio”  e cliccate la linguetta “Audio Audio””  (o “Voce Voce””), dovrete trovare in ciascuno dei due elenchi “Periferica predefinita:” predefinita:” di “Riproduzione suoni” suoni”  e “Registrazione suoni” suoni”  la periferica “USB Audio CODEC” CODEC” oltre a quella (o quelle) già installate.  

Se cliccate la linguetta “Hardware Hardware””  dovete trovare la voce “Codec audio” audio”; selezionandola, cliccando “Proprietà Proprietà”” ed ancora la linguetta “Proprietà Proprietà”” dovrà apparirvi qualcosa di simile:

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Ora, supponendo che abbiate scaricato il file Files.zip Files.zip,,  scompattate VA.exe  in una cartella a vostro piacere. Lanciate VA.exe. Vi apparirà questa schermata:

Cliccate il pulsante “Settings Settings””; appare la finestra della sezione “Main Main””:

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Qui dovete inserire un un’’impostazione particolare, necessaria per le caratteristiche di talune schede audio, come quelle che utilizzano il PCM2902, che hanno un unico ADC (Analog to Digital Converter) per tutti e due i canali. Più precisamente è necessario ritardare il canale A di 1 campione. Perciò cliccate dentro il campo di edit “Delay A ch (samples)””  e scrivete 1. Inserendo un valore la casella diventa grigia, ad indicare che (samples) dovete premere “Enter ”  (Invio) per accettare il valore. Vedrete che l’ l’indicazione di campionamenti (samples) passa da 0.0000 ms a 0.0244 ms.   L’impostazione successiva consiste nel selezionare “A and B” B” nel listbox “Channel(s) Channel(s)””.

Ora cliccate la linguetta “Device Device””. Qui si sceglie la scheda audio da usare con ZRLC A.I.O.  Nei due listbox “Input device” device”  e “Output device” device”  selezionate dunque “USB Audio CODEC” CODEC”.

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Cliccate infine la linguetta “ZRLC ZRLC””. In basso a sinistra mettete un segno di spunta in “Auto Bias” Bias” e “Swap Swap””.

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Vi faccio notare un un’’altra caratteristica (dovrei dire “mancanza mancanza””) del PCM2902. Se ingrandite in larghezza largh ezza la finestra finestr a principale di Visual Vis ual Analyzer appaiono i pulsanti “Input Gain” Gain” e “Output Gain” Gain”:

Se provate a cliccarli, noterete che il secondo apre regolarmente il controllo definito “Altoparlante Altoparlante””, corrispondente in pratica al normale controllo analogo di Windows, generalmente denominato “Volume master ”. Ma se cliccate il primo, Windows risponde con un messaggio di errore sul “Controllo volume” volume”. Questo avviene perchè nel PCM2902 il mixer d’ d’ingresso non esiste: è cosa normale per quel dispositivo. Il messaggio di errore dunque è corretto. Il mixer è - non sempre ma quasi - qualcosa di hardware, a cui il software di base di Windows e Virtual Analyzer si interfacciano. Se non è stato implementato nel chip, nessun programma lo può far apparire. E’  giunto il momento di verificare il misuratore; nell’ nell ’occasione si procederà alla taratura. Il metodo di misura che è settato automaticamente all’ all’apertura del programma è quello di Fourier.  Nella finestra principa principale le di Visual Analyzer, nella zona in basso alla destra della finestra dello spettro, mettete una spunta nel box “ZRLC ZRLC””.

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Si apre la finestra di ZRLC.

Sull’’interfaccia posizionate il selettore RANGE su 1 e il commutatore MODE su Sull Measure; selezionate analogamente la posizione [ 1] nel listbox sotto “Reference (Ohm)””, alla destra del valore di Rm (Reference), riportato dalla sezione “Scale settings (Ohm) (Ohm, %)” %)” per quella portata. Osservate lo slider verticale a destra, che è collegato alla regolazione del livello in ingresso; per meglio evidenziare l’ l’autocalibrazione che ZRLC effettua prima della misura, spostate - se non lo è già - il cursore al minimo (0%).

Cliccate il pulsante “Measure Measure””: vedrete il cursore salire, ed eventualmente ridiscendere, fino ad un valore opportuno. In questa fase, quando il DUT non è ancora collegato, ZRLC mette in moto un meccanismo che tenta di fare molte cose, tra le quali rendere i canali, (collegati, come visto, ai punti S e T1) identici in fase e ampiezza. E non si tratta di semplici fattori moltiplicativi, come facevano Steber e Klaper con i loro  programmi originali, in realtà macchinosi macchinosi e non ancora automati automatizzati. zzati. Ecco una registrazione della fase di calibrazione, calibrazione, effettuata con la versione “ NE-XT V.3 BETA” BETA” (cliccate il nome in rosso); notate il cursore a destra della finestra:

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Calibr_FourierNEXT_n2.wmv Quando ZRLC ritiene che sia ora di fare la misura, appare il messaggio “Connect DUT””. Spostate pertanto il commutatore MODE su Check : apparirà immediatamente la DUT misura della prima resistenza, circa 48 Ω:

Si tratta ora di calibrare questa portata. Il metodo è lo stesso indicato nel precedente articolo, sezione Calibrazione , a cui rimando per gli approfondimenti. In pratica, sapendo - ad esempio - che la prima resistenza di Check ( Rp) vale 47.5 Ω, e che la misura visualizzata sullo schermo è uguale a 48.1 ( Rv), effettuate il calcolo del fattore F = Rp / Rv 

 Nel caso attuale, attuale, si avrebbe F = 47.5 / 48.1 = 0.987. Senza premere Stop, cliccate nel campo corrispondente alla posizione [1] nella sezione “Scale settings (Ohm, %)” %) ” per quella portata, e sostituite il numero 10 con 10 x 0.987, cioé con 9.87  (non è il caso di essere troppo pignoli...). Noterete che, a seguito della modifica del valore, il pulsante “Apply Apply””  relativo a quella posizione, prima non disponibile, si attiva. Cliccatelo per rendere effettiva la modifica. Vedrete immediatamente apparire il valore esatto, salvo lievi oscillazioni di poco conto. Riportate il commutatore MODE su Measure, il selettore RANGE su 2,  selezionate analogamente la posizione [2] nel listbox sotto “Reference (Ohm)” (Ohm)”, e ripetete le stesse operazioni. Correggete il valore nel corrispondente campo 2  in ”Scale settings (Ohm, %)”” con quello ottenuto dalla formula sopra riportata. %) E così analogamente per le posizioni [3], [4] e [5]. A questo punto serve una precisazione. Ho dovuto purtroppo appurare che non sempre funziona il metodo già indicato per salvare questi valori di calibrazione nei settaggi di ZRLC; cioé quando dicevo “ Nella finestra dei Settings trovate i tre pulsanti “Save Config.” Config.” , “Save As” As”  e “Open Config ”. Cliccando “Save Config.” Config.”  tutti i  parametri di funzion funzionamento amento presenti al moment momento o verranno automatic automaticamente amente ricaricat ricaricatii

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programma.””  Ma in compenso è sufficiente chiudere Visual ad ogni nuovo lancio del programma. Analyzer: in questa fase il programma salva tutta la configurazione nel file VA.ini. Conviene farne una copia, casomai si “incasinasse incasinasse”” qualche cosa...

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Altri metodi di misura:  1) Lo “Sweep”  Avrete notato che nella finestra di ZRLC è presente in alto un listbox denominato frq.Hz””  da cui si può scegliere la frequenza a cui avviene la misura. Di norma è “frq.Hz impostato a 1000 Hz. Ma è possibile selezionare qualsiasi frequenza da 10 a più di 20000 Hz, auna passicaratteristica di 10. La possibilità di cambiare frequenza di analisi rappresenta, momento, sperimentale. E ’  vero E’ difatti che la capacità alo l’induttanza sono fondamentalmente una proprietà “fisica fisica”” del componente sotto misura, independenti dalla frequenza; da questa, casomai, dipende l’ l ’impedenza (di base, l’opposto del flusso di corrente) del componente. Per i componenti reali però, capacità e induttanza possono dipendere in piccola parte dal valore della frequenza di misura. E non è da dimenticare l’ l’effetto delle capacità e induttanze parassite del circuito di misura, che per quanto trascurabili nel campo delle frequenze audio, possono influire sulla misura finale. E’  dunque interessante misurare un componente a differenti frequenze; tant’ tant ’è che l’ l’autore ha previsto un automatismo, definito “Sweep Sweep””, che consente di impostare le frequenze di inizio e di fine della misura, ed il passo, cioè la differenza tra due frequenze successive.  Per questo scopo, nella finestra “ZRLC ZRLC””  dei Settings, è presente il riquadro “Freq. sweep (Hz)” (Hz)”, con un listbox per la scelta degli estremi di frequenza ed un selettore del valore di Step. In pratica, si seleziona la frequenza iniziale e si clicca il pulsante “Start Start””, sotto cui apparirà la frequenza selezionata. Analogamente si seleziona la frequenza finale e si clicca il pulsante “Stop Stop””. Infine si stabilisce lo Step, utilizzando i pulsanti a freccia. Che si possono tenere premuti per cambiare valore più velocemente. Inoltre si  può stabilire quante volte effettuare la misura ad ogni frequenza frequenza,, utilizzan utilizzando do i pulsanti vicino al campo di edit “Mean Mean””, o inserendo un valore. ZRLC effettuerà la media di ciascun gruppo di misure ripetute.  Ad esempio:

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Man”” per “Measure Measure”” e ”Freq Freq”” per Ora impostate nella finestra di ZRLC i parametri “Man “Capture Capture””; nella sezione ”Manual Manual””  cliccate anche il bottone corrispondente alla grandezza da misurare come visualizzato qui sotto. Ad esempio, “C”  per un condensatore:

Cliccate il pulsante “Capt. auto” auto”; ZRLC effettua una prima calibrazione di base, poi quando appare il messaggio “Remove DUT…”  DUT…” 

verificate che nulla sia collegato e premete “OK”  “OK”   per avviare la sequenza di calibrazione sweep, che sarà effettuata per ognuna delle frequenze selezionate.   La potete vedere in questa animazione, animazione , effettuata con la versione “ NE-XT - V.3 BETA”; in alto appaiono in successione i valori di frequenza e il numero progressivo BETA” della misura (cliccate il nome in rosso):  Calibr_SweepNEXT_n.2.wmv. Calibr_SweepNEXT_n.2.wmv.wmv wmv Al termine apparirà un messaggio che avverte di collegare il DUT e premere OK .

esempio, un condensatore, premete   e partirà  e la sequenza idivalori misura, cheCollegate, vedete in ad questa seconda animazione; anche ora OK  appaiono in successione di frequenza e il numero progressivo della misura, più quello dell’ dell ’eventuale ripetizione (cliccate il nome in rosso): 

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Measure_SweepNEXT_n.2.wmv Quando appare la scritta “Capture ENDED” ENDED”  potete vedere il risultato cliccando il  pulsante “View capt.” capt.”: 

Potete salvare questa schermata come immagine o come dati, utilizzando il menu “File File””. 

2) “LMS Bridge”  Inizialmente l’autore di Visual Analyzer si era ispirato ai lavori di Steber e Klaper, Inizialmente creando una routine basata sull’ sull’algoritmo LMS (Least Mean Square, “Media dei Minimi Quadrati””), ottenendo un dispositivo che funzionava come i vecchi “ ponti LMS Quadrati LMS””. Tale routine è tutt’ tutt’ora inserita nel programma, ed è quella che andiamo a presentare. Successivamente l’ l’autore ha sviluppato una routine che sfrutta le risorse già inserite in Visual Analyzer, ottenendo una versione del misuratore ZRLC nuova e fortemente  personalizzata.  personaliz zata. La routine sfrutta - oltre ad un algoritmo proprietario proprietario - la trasformata di Fourier veloce  (indicata come FFT, dall’ dall’inglese Fast Fourier Transform), un algoritmo ottimizza ottimizzato to per calcolare la trasformata discreta di Fourier, detta DFT,  costituita dalla sommatoria di una serie di numeri complessi. La FFT è di notevole importanza per una grande varietà di applicazioni, dalla soluzione di equazioni differenziali, alle derivate parziali, agli algoritmi per moltiplicare numeri interi di grandi dimensioni, all’ all’elaborazione di segnali digitali (come nel caso attuale). Il vantaggio è che quando si dispone di un’ un ’enorme quantità n di dati campionati (e ricordiamo che le impedenze sono rappresenta rappresentate te da numeri complessi), effettuare direttamente la

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sommatoria richiede una quantità di operazioni aritmetiche O(n2). Un algoritmo FFT ottiene lo stesso risultato con un numero di operazioni O(n log(n)). Ora il metodo Fourier  è quello principale, subito disponibile all’ all’apertura di Visual Analyzer. Ma è sempre possibile utilizzare l’ l’interfaccia ZRLC come “LMS bridge” bridge”. Vediamo come. Anzitutto, se la finestra di ZRLC è aperta la si deve chiudere. Poi nella sezione “ZRLC ZRLC”” di “Settings Settings””, nel riquadro “Meas. method” method” si clicca il pulsante “LMS bridge” bridge”.

 Nella finestra principa principale le di Visual Analyz Analyzer, er, nella zona in basso alla destra della finestra dello spettro, mettete una spunta nel box “ZRLC ZRLC””. Si apre la finestra di ZRLC  per LMS bridge, che è leggerment leggermentee diversa da quella che si ottiene con FFT qualora si usino le versioni più  più vecchie; vecchie; con la la 2010 NE-XT - V.3 BETA sono uguali.

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selezionare re la portata voluta nel listbox della finestra ZRLC, e  Non resta che seleziona impostare la medesima posizione con il commutatore RANGE dell  dell’’interfaccia. Collegate il DUT  e cliccate “Measure Measure””. Ora sperimentate voi...

Files necessari  E’ disponibile un file ZIP contenente tutti i file necessari. Contiene anche la versione  più aggiornat aggiornataa (3.beta) di VA, con tutte le correzioni e migliorie introdott introdottee fino al 22 marzo 2010. Cliccare sul nome per scaricare:  scaricare:  Files.zip Contenuto:        

  PCB bottom 1-1.pdf 24 KB   PCB bottom 250x100.bmp 7.1 MB   PCB serigrafia 250x100.bmp 7.1 MB    pcm2902.pdf 279 279 KB   VA.exe 4.6 MB   ZRLC_AIO_4. ZRLC_AIO_4.dch dch 54 KB ZRLC_AIO_PCB5.dip 5.dip 22 KB   ZRLC_AIO_PCB

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Terza versione

ZRLC con stadio finale di potenza Come già anticipato, questa versione migliora la capacità di leggere resistenze di  pochi Ω, e consente di misurare l’ l’impedenza degli altoparlanti. L’ L’ispirazione mi è giunta, oltre che da vari discorsi con A. Accattatis, dalla lettura dell’articolo del l’articolo “IMPEDENZIMETRO USB x PERSONAL COMPUTER ”  sul n° 242 - NOVEMBREDICEMBRE 2009 di Nuova Elettronica. Per la verità mi ero già reso conto che la versione “All In One” One”  non è in grado di misurare l’ l’impedenza degli altoparlanti; collegando un altoparlante da 4 Ω  a “ZRLC “ZRLC All In One” One” la misura non viene effettuata, e VA presenta ostinatamente la scritta “Connect “Con nect DUT”.. Analogamente, mentre una resistenza da 10 Ω viene misurata - pur con qualche DUT” incertezza - una da 5 Ω si comporta come l’altoparlante.  l’altoparlante.  Ma perché? Si può con immaginare in “ZRLC All In One” Onel’ che alimenta il partitore di misura direttamente lo stadioche di uscita del PCM2902, l”’,impedenza di questo non sia sufficentemente bassa; ovverosia, che la corrente erogata non sia sufficiente a  pilotare un carico al di sotto di un certo certo valore. valore. Il caso dell’altoparlante poi dell’altoparlante  poi presenta verosimilm verosimilmente ente una ulteriore complicazione. complicazione. In  presenza di una corrente alternata, la bobina mobile genera un campo magneti magnetico co variabile che, interagendo con il campo magnetico fisso prodotto dal magnete, provoca l’oscillazione della bobina bobina - e quindi del cono - in sincronia con la corrente alternata. Ma c’è di più: per la Legge di Faraday, lo stesso movimento della bobina attraverso il campo magnetico fisso genera una forza controelettromotrice indotta pari all’opposto all’opposto della variazione temporale del flusso. Che quindi si oppone alla corrente alternata applicata alla bobina. Quando un altoparlante è collegatolain forza un amplificatore audio ad unè adatto stadio finale correttamente dimensionato, controelettromotrice sicuramente trascurabile; ma evidentemente, collegando lo stesso all’uscita all’uscita del  del PCM2902 - per di più attraverso la resistenza di riferimento da 10 Ω - la tensione disponibile non è in grado di  bilanciarla.  bilanciarl a. Si può pensare per analogia all’ all’uscita uscita audio di molte schede incorporate in un PC; di solito, a questa si può collegare una cuffia o un auricolare, che hanno certamente un’’impedenza - ed una resistenza - senz’ un senz ’altro superiori a quella di un altoparlante; ma questo non è collegabile direttamente. Tutto ciò si può vedere visualizzando con l’oscilloscopio la tensione alter nata alter nata  presente ai morsetti di di uscita di “ZRLC All In One”. One”.   A circuito aperto, la tensione risulta essere correttamente sinusoidale, con un’ampiezza di circa 1.7 Vpp.  Vpp. 

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Collegando ora una resistenza da 10 Ω sulla portata 1, iniziano ad apparire i primi  problemi:: come si vede,  problemi vede, la sinusoide sinusoide - ridotta ridotta non in in proporzione proporzione - è tagliata tagliata a metà: metà:

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Con la resistenza da 5 Ω - non più misurata - le cose peggiorano:

Ed ecco l’altoparlante; l’altoparlante; la particolare asimmetria di forma della tensione è verosimilmente dovuta alla forza controelettromotrice:

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L’impedenzimetro di Nuova Elettronica  Ciò constatato, ed anche spinto dalla curiosità, particolarmente dopo la lettura dell’articolo citato, ho acquistato il kit “Impedenzimetro “Impedenzimetro usb x pc” pc” (vedi  (vedi   LX.1746 KIT) KIT); una volta montato, ho potuto verificare che questo funziona realmente bene. Come si può vedere dall’articolo, lo schema è fondamentalmente corrispondente a quello di ZRLC AIO; ma presenta alcune significative differenze, che esaminerò in dettaglio. Ecco l’impedenzimetro, l’impedenzimetro, montato ed inscatolato:

Qui sotto vediamo il PCB completo di tutti componenti, sia senza la scheda KM1667, che completato con questa. A sinistra si riconosce il convertitore di tensione 34063A, al centro il doppio operazionale NE5532, e a destra lo stadio BF TDA7052; al di sopra di questo, la scheda KM1667 col PCM2902:

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Questo impedenzimetro misura correttamente le resistenze basse:

E le impedenze degli altoparlanti:

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Ed ecco gli oscillogrammi. Con una resistenza da 5 Ω: Ω:  

Con un altoparlante da 4 Ω:

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Una precisazione: con la versione di Nuova Elettronica ho dovuto togliere la spunta a “Swap”  in “Settings - ZRLC”: “Swap” ZRLC”:  

Da notare anche che con questa versione l’altoparlante emette  emette  un robusto segnale acustico a 1000 Hz; mentre con ZRLC senza stadio finale, dall’altoparlante dall’altoparlante esce appena un debole suono! Dov’è di dunque la differenza? versione Nuova Elettronica sta nella  presenza uno “stadio finale La di “novità” potenza della miniaturizzato miniaturizz atodida 1 Watt” Watt”, , realizzato con l’integrato TDA7052  Philips, posto tra l’uscita audio del codec PCM2902 e il selettore di portata S1-B/S1-A, che corrisponde al commutatore S1 del primo schema di pag. 36, e al commutatore Dev1 del secondo schema. Stranamente, nell’articolo non è data alcuna alc una giustificazione di tale stadio finale. Ma le prove effettuate con un esemplare del kit di Nuova Elettronica hanno dimostrato che gli inconvenienti creati da “ZRLC “ ZRLC All In One” One” con le resistenze basse e gli altoparlanti sono completamente eliminati dall’utilizzo dall’utilizzo di tale stadio; e dunque le spiegazioni sopra ipotizzate sono ampiamente confermate. Ma come è realizzato in pratica tale stadio? Vediamo anzitutto come è stato fatto da  Nuova Elettronica, Elettronica, rimandando per lo schema schema completo completo all’articolo all’articolo citato. citato.   Questo Que sto è il “diagramma a blocchi” dell’integrato.  dell’integrato. 

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E questo è lo schema applicativo:

Mi viene solo da chiedere perchè sia stato usato come finale il TDA7052, che ha due uscite “fluttuanti” per l’altoparlante. Credo l’altoparlante. Credo che la risposta stia nella possibilità di questo integrato di generare potenze relativamente alte con tensioni basse. Ciò deriva proprio dalla configurazione a ponte (BTL, “Bridge-Tied-Load Bridge-Tied-Load””) utilizzata, con due terminali di uscita indipendenti, al posto di un solo terminale riferito a massa. E’ E’   una scelta  progettualee di Philips per compensare la riduzione della potenza di uscita che deriva  progettual dalla riduzione della tensione di alimentazione che si ha in radio e registratori portatili, che utilizzano un numero ridotto di batterie per risparmiare spazio. Infatti, dalla “FUNCTIONAL DESCRIPTION” DESCRIPTION” del datasheet risulta che l’integrato può fornire una  potenza di uscita di 1,2 W (THD = 10%) in un carico di 8 Ω con una alimentazione di 6V.  Questo è lo schema usato in pratica; come si vede, lo stadio amplificatore è inserito “in serie” tra il canale di uscita destro “Out R” del PCM2902 ed il selettore di portata.

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E per mantenere corretto il livello del segnale audio in ingresso al ponte, il guadagno di 40 dB del TDA7052 è compensato dal partitore costituito dalle resistenze R7 ed R8, da 33 kΩ kΩ e  e 680 Ω. Compensato... quasi. Philips dichiara che il guadagno in tensione è fissato internamente intername nte in 40 dB. In base alla definizion definizionee di dB,

40 dB corrispondono ad un rapporto di 1040/20  = 100 fra le tensioni in ingresso ed uscita. Invece, il partitore R7 + R8 introduce un'attenuazione di 380/33680 = 0.020 = 50 volte. Sicchè il segnale ai capi del partitore è teoricamente il doppio di quello in uscita dal PCM2902. Ma questo, in pratica, non risulta creare problemi. Chi è interessato a tutto il circuito, lo trova - come già detto - sul n° 242  NOVEMBRE-DICEMB  NOVEMB RE-DICEMBRE RE 2009 di Nuova Elettronica Elettronica.. Generatore di tensione negativa  Anche l’impedenzimetro di Nuova Elettronica utilizza un generatore di tensione negativa, ma diverso da quello usato nel mio progetto. Si tratta dell’integrato MC34063A, al posto del forse più diffuso ICL7660. E’ probabilmente il TDA7052 la causa dell’utilizzo del dell’utilizzo del MC34063A. L’MC34063A L’ MC34063A è un “Circuito di controllo per convertitori CCCC-CC” CC”   di tipo “switching” in “switching”  in grado di fornire correnti di uscita fino a 1.5 A. I convertitori elettronici switching DC-DC sono utilizzati per convertire un livello di tensione in un altro. Questi circuiti compiono tipicamente la conversione applicando tensione continua DC su un induttore per un primo ciclo di lavoro (di solito in un range di frequenza da 100 kHz a 5 MHz) nel quale scorre una corrente elettrica così da

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immagazzinare energia magnetica; nel ciclo successivo viene tolta la tensione e si trasferisce in maniera controllata l’ l’energi energiaa immagazzinata come tensione d’uscita d’ uscita del convertitore. Questo metodo di conversione è molto efficiente (compreso tra 80% e il 95%). L’ICL7660 L’ ICL7660 è un “c “convertitore onvertitore di tensione a capacità commutata” commutata ”, tipicamente utilizzato come un convertitore di tensione negativa, che funziona come una pompa di carica. Anche se in questa categoria di convertitori esiste uno “switch” che agisce ciclicamente, il principio di funzionamento è diverso dal precedente. Durante la prima metà del ciclo di lavoro, generalmente ad una frequenza di 10 kHz, un condensatore (C1) viene caricato alla tensione V+ rispetto a massa, per mezzo di interrutori MOS integrati nel chip; durante la seconda metà, sempre a mezzo di interrutori MOS, C1 è scollegato dall’alimentazione e posto in parallelo ad un secondo condensatore C2, in maniera che il terminale positivo di C1 sia collegato al terminale di C2 posto C2  posto a massa. massa. Così sull’altro sull’altro terminale terminale si trova trova la tensione tensione negativa. negativa. Il problema sta nel fatto che gli interrutori hanno una resistenza serie diversa da zero,  per cui l’impedenza globale del converti convertitore tore vale tipicamen tipicamente te 50 Ω. Questo comporta una bassa corrente di uscita (0.1 A a 5 V) e la tendenza alla diminuzione della tensione con l’aumento della corrente prelevata.  prelevata.  Tale bassa corrente è verosimilmente inadeguata per l’impedenzimetro di  Nuova Elettronica; ma è più che suff iciente iciente per “ZRLC AIO”.  AIO”.  Ecco dunque spiegata la scelta del MC34063A al posto di un ICL7660, anche se il  primo richiede richiede più componenti componenti (3 resistenze, resistenze, 3 condensato condensatori, ri, 1 diodo ed ed un induttore) induttore) del secondo (2 conden condensatori). satori).

Altri possibili finali BF  Il TDA7052 comunque non è che uno dei tanti integrati amplificatori BF di bassa  potenza. Una alternativa alternativa possibile potrebbe potrebbe essere teoricamente il LM386 della National Semiconductors, definito “Low Voltage Audio Power Amplifier”. Il Amplifier”. Il guadagno è fissato internamente a 26 dB, ma può essere aumentato da 26 a 46 dB con una resistenza ed un condensatore tra i pin 1 e 8. Ecco il “diagramma a blocchi” dell’integrato:  dell’integrato:  

E questa è una tipica applicazione con il minimo dei componenti, che fornisce un guadagno di 20 dB, cioé 1020/20 = 10 volte:

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Poiché il guadagno, rispetto al TDA7052, è passato da 100 a 20, scendendo cioè di 5 volte, anche 50 / 5 = 10. il fattore di riduzione del partitore deve scendere di 5 volte, e valere quindi Un circuito pratico potrebbe quindi essere:

Potrebbe però presentarsi un inconveniente. Dal datasheet del LM386 risulta: Output Power (POUT)

Conditions

Min

Typ

Units

LM386N-1, LM386M-1, LM386MM-1

VS = 6V, RL = 8Ω, THD = 10% 10%  

250 

325 

mW 

LM386N-3 LM386N-4

VS = 9V, RL = 8Ω, THD = 10% 10%   VS = 16V, RL = 32 Ω, THD = 10%  10%  

500  700 

700  1000 

mW  mW 

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Vediamo in pratica che a 6 V, al posto dei 1200 mW forniti dal TDA7052 abbiamo solo 325 mW…  mW…  E ciò potrebbe comportare un notevole calo di prestazioni. Ma si potrebbe anche utilizzare uno stadio audio finale esterno; ecco che cosa mi ha rivelato lo stesso Accattatis: Circa l‟idea di N uova uova Elettronica: io stesso, nelle fasi embrionali del progetto avevo  suggerito a NE di usare un bel finale: pensa che in alcune prove avevo usato come  stadio d‟uscita un finali finalino no Kenwood da 70 watt rms (!!) ottenendo di poter usare resistenze di riferimento anche di pochissimi ohm o frazioni. Comunque, chi vuole, può provare!

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Come rendere operativa la sesta portata dell’impedenzimetro dell’impedenzimet ro di Nuova Elettronica  Mi ricollego a quanto già scritto a pag 40: “Nonostante ZR   disponga di 5 portate software, nello schema di ZR  ZRL L C  disponga  ZRL L C All A ll I n One è  presente una sesta posizione. Visto che il commutat commutatore ore ha 6 posizioni posizioni,, ho pensato di aggiungere una sesta resistenza per Rm, di valore pari a 1  MΩ. Si deve usare con la  posizione “5” di ZRLC, tenendo presente che si deve moltiplicare moltiplicare x 10 il valore letto se  si tratta di di resistenze o induttanze, induttanze, e dividerlo dividerlo x 10 10 se si tratta tratta di condensatori.” condensatori.”  La necessità di usare un fattore 10 dipende dal fatto che il programma, allorchè si seleziona la portata 5 (ove Rm è conosciuto col valore di 100 kΩ), non è “informato” del cambiamento di valore ed effettua i calcoli sulla base di 0.1 MΩ al posto di 1 MΩ .  L’idea è in realtà sufficientemente logica, e ben supportata sia dall’hardware che dal software, perciò non si tratta di una semplice curiosità, ma di un’opzione funzionante. Mi spiego.  Aggiungendo un sesto valore per Rm, di valore ancora più alto del precedente, ci troviamo di fronte al caso opposto della resistenza da 5 Ω, mal sopportata dall’uscita audio del convertitore PCM2902, come visto nella sezione “ZRLC “ ZRLC con stadio finale di  potenza”.  potenza ”. Anzi: lo carica ancora di meno, quindi nessun problema. Anche dal punto di vista degli ingressi audio non ci sono problemi. Come diceva A. Accattatis:   amplificatori icatori “ L‟hardware necessario è, in prima battuta, una semplice coppia di amplif operazionali usati in configurazione „adattatori d‟impedenza‟ allo scopo di elevare il  più possibile l‟impeden l‟impedenza za d‟ingresso del misuratore. Questo per uno  scopo relativamente ovvio: una bassa impedenza d‟ingresso, caratteristica tipica delle schede audio, significa una perturbazione non trascurabile nel valore dell‟impedenza da misurare. Ossia, in altri termini, misure poco accurate”. accurate”.  Invece, con gli operazionali utilizzati come amplificatori non invertenti a guadagno unitario l’impedenza di ingresso è molto alta, da alcune decine ad alcune centinaia di MΩ.  Ma serve questa sesta portata? Direi di si; cito nuovamente dalla stessa pagina, per comodità:  “Funziona abbastanza bene, tant‟è che in questo modo posso leggere anche il valore minimo di quel condensatore variabile ad aria su supporto ceramico, che ho descritto al  fondo della sezione “Calibrazione “ Calibrazione”. ”. Ad  Ad esempio, in posizione 5 il condensatore chiuso mi dà 48 pF, ma posso aprirlo solo fino a quasi metà (con una lettura di circa 20 pF),

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capacità, à, ed appare “Underran “Underrange”. ge”.   In  poi ZRLC non è più in grado di misurare la capacit  posizione 6 invece leggo 488 pF se chiuso, e 18 pF a pochissimi gradi prima della  posizione tutta aperta. aperta. Poi se lo apro al 100% vado di nuovo in Underrange; ma questo  fatto può essere essere ragionevole. ragionevole. Comunque, Comunque, dividendo dividendo x 10 10 le letture ottengo circa circa 49 pF in in  posizione chiusa, e 2 pF in posizione aperta. Tra l‟altro, in queste condizioni è visibile l‟ef   fetto capaciti capacitivo vo (in aumento) della mano che ruota il condens condensatore... atore... la mano deve essere allontanata per leggere la misura corretta.  L‟unica cosa è che per usare questa modalità è necessario cliccare il radiobutton “Man” dentro “Measure” e poi  selezionaree R, L o C a seconda della grandezza da misurare, prima di partire con la  selezionar misura.”  Anche l’impedenzimetro di Nuova Elettronica utilizza un deviatore (doppio) di tipo standard a 6 posizioni. Nella spiegazione si legge che - effettivamente - la posizione 6  del RANGE (prevista per future applicazioni) non inserisce una delle resistenze di  precisione del partitore; ma quanto scritto dopo non corrisponde esattamente al circuito elettrico. Ma questo non cambia nulla. Resta il fatto che, aggiungendo unicamente una resistenza ed un ponticello, si può ottenere la sesta portata né più né meno come in ZRLC AIO. 

La modifica  In realtà si tratta di un lavoro semplicissimo, che richiede neanche un’ora di lavoro. Consideriamo anzitutto la figura seguente, che illustra nella metà sinistra la sezione originale della schema da modificare, e nella metà destra le semplici modifiche (segnate in rosso) da effettuare. Come si vede, la sesta posizione di S1-A è libera. La useremo per collegare una r esistenza esistenza da 1 MΩ, che ho denominato R55. Ho indicato la precisione di 1% per uniformità con le altre; se non fosse reperibile, in alternativa è possibile acquistarne più d’una al 5% e cercare con un buon tester digitale quella che si avvicina di più. Io ne n e ho trovata una da 1.025 1.025 MΩ!  Circa S1-B, basta fare un ponticello Po  tra i contatti 5 e 6. Usando l’impedenzimetro come sempre (ignorando il CONN. 3) non si ha alcuna conseguenza.  

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Vediamo come fare in pratica con l’aiuto di un paio di fotografie. (*)  Questo è il lato componenti. 

Si vede la resistenza R55 montata dopo R5; uno dei capi ( A) è saldato direttamente sul terminale di R5 comune alle altre 4 resistenze R1-R2-R3-R4; R1-R2-R3- R4; l’altro capo (B) passa attraverso un piccolo foro da 0,8 mm e sbuca sul lato rame per collegarsi a S1-A.   Ho scelto questa soluzione - invece di saldare la resistenza direttamente sul lato rame sia per un fatto estetico (sono fatto così...), che per non rischiare di rendere difficile, con il suo ingombro, il reinserimento del PCB nella scatola.   Ed ecco il lato rame. Si distinguono facilmente tutti i contatti di S1-A ed S1-B.  

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In alto si vede bene il foro da cui fuoriesce il terminale B  di R55, che è saldato sul contatto 6 di S1-A, precedentemente libero.  Più in basso si nota perfettamente il ponticello Po che unisce il contatto 6 di S1-B con il contatto 5.  Fatto questo, è tutto finito. Non resta che rimontare il tutto e passare alle...  

Prove e verifiche  mobiletto, ricollegato l’impedenzimetro all’USB, si può riavviare Visual Richiuso il mobiletto, Analyzer e procedere ad un controllo. Iniziamo con una resistenza.  1) Nella finestra principale di Visual Analyzer, nella zona in basso alla destra della finestra dello spettro, mettete una s punta nel box “ZRLC”. “ZRLC”. Si apre la la finestra di ZRLC. 2) Selezionate la posizione [5] nel listbox sotto “Reference (Ohm)”, alla destra del valore di Rm (Reference), riportato dalla sezione “Scale settings (Ohm, %)” per quella  portata. In In “Measure” cliccate “Man” “Man” e in “Manual” “Manual” cliccate “R”. “R”.  

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3) Sull’impedenzimetro posizionate il selettore RANGE su 5. 4) Cliccate il pulsante “Measure”; quando appare il solito messaggio “Connect DUT” collegate una resistenza resistenza da 100 kohm. Ecco il risultato con una resistenza del valore reale di 99.1 kohm.

5) Ora cliccate “Stop”; posizionate sull’impedenzimetro il selettore RANGE su 6 e ripetete il punto 4). Ecco il risultato con la stessa resistenza:

In base a quanto spiegato, il valore reale è 9.89 kohm x 10 = 98.9 kohm. Benissimo. 

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Ora passiamo ad un condensatore ceramico da 10 nF (10000 pF). Non collegatelo adesso! In “Manual” cliccate “C”; sull’impedenzimetro posizionate il selettore RANGE su 5. E’ molto importante effettuare l’azzeramento delle capacità parassite, come s piegato a pag. 25 dell’articolo dell’articolo sopra citato. citato.  Vedete in basso una scritta del tipo “T=x.xxxx pF”, che indica la capacità residua riscontrata l’ultima volta che si è misurato un condensatore.  condensatore.  

IMPORTANTE! 

Durante tutte le operazioni da 6) a 9) tenete semp re i terminali dell’impedenzimetro fermi, non collegati a nulla e lontani da qualunque oggetto che possa avere un effetto capacitivo, comprese le vostre mani. Unica eccezione è l’operazione 9), nel solo momento necessario a collegare il condensatore.   6) Cliccate Cliccate il pulsante “Measure”; quando appare il messaggio “Connect DUT” cliccate il pulsante “Reset”,

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7) che diverrà “Zero”, mentre apparirà “T=0.0000 pF”.  pF”. 

8) Infine premete “Zero”, e ZRLC memorizzerà la capacità residua attuale.  attuale.  

9) A questo punto collegate il condensatore, ed avrete la misura: poco più di 9 nF.

(Nota: la figura è corretta, ma è stata realizzata in una precedente occasione; ciò  giustifica il differente differente valore di T   )..  )

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10) Posizionate sull’impedenzimetro il selettore RANGE su 6; scollegate il condensatore e ripetete le operazioni da 6) a 9). Ecco la nuova misura:

In base a quanto spiegato, il valore reale è 91.2809 nF / 10 = 9.12809 nF.   Le figure seguenti illustrano i risultati ottenuti con un condensatore da 100 pF sul RANGE 5:

e sul RANGE 6:

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Anche qui, 1006.8 pF / 10 = 100.68 pF.   La differenza tra le misure è leggermente superiore ai casi precedenti; ma ritengo sia ancora accettabile. 

Valutazione dei risultati  Riporto di seguito una tabella con il calcolo della differenza percentuale tra le misure di uno stesso componente, effettuate rispettivamente sui RANGE 5 e 6 dell’impedenzimetro (= 100 100 x differenza tra le letture / media delle letture): Valore reale 

P5 su R5 

P5 su R6 

Errore di R6 @ R5 

99.1 kohm 

98.93 

98.9 

-0.03 % 

983 kohm 

982.26 

975.5 

-0.69 % 

Valore nominale 

P5 su R5 

P5 su R6 

Errore di R6 @ R5 

10 nF 

9.0975 

9.12809

0.34 % 

100 pF 

99.5 

100.68 

1.18 % 

Come si vede, l’errore è generalmente molto basso; anche nel caso peggiore (condensatore da 100 pF) è ancora accettabile.   Consiglio senz’altro a chi ha montato l’impedenzimetro di Nuova Elettronica di fare questa modifica. E’ semplice, priva semplice, priva di inconveni inconvenienti enti e, in in molti casi, casi, utile.  E chissà che a qualcuno non venga la voglia di acquistare e montare questo kit. Che ha dimostrato di funzionare bene, e di sfruttare al meglio l’ottimo programma di A. Accattatis! 

(* )   Piccola nota sulle fotografie. Viste le mie attitudi attitudini ni personali personali,, cerco sempre di ottenere il meglio dalle foto che uso a corredo di quanto scrivo. Approfitto dunque dell‟occasione per segnalare a chi fosse interessato che le medesime sono state scattate con una Reflex digitale Nikon D40, munita di un obiettivo zoom 18-200mm f/3.5-5.6G  IF-ED AF-S AF-S VR DX NIKKOR con “Vibration Reduction” abbinato ad una lente “Close Up” da 2x in funzione di “macro”.  

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ZRLC con Windows 7 (e Windows Vista)

I problemi di Windows 7 e ZRLC Per quanto non l’abbia mai citato esplicitamente, tutto il lavoro da me effettuato e fin qui esposto è stato realizzato utilizzando ZRLC con Windows XP.  Nel frattempo iniziav iniziavaa ad espande espandersi rsi l’impieg l’impiego, o, tra gli ut utenti enti di Windows, di due nuove versioni: Vista e 7 (Seven, per gli anglosassoni). anglosassoni). Certamente molti dei potenziali utilizzatori di ZRLC avranno installato VA.exe sotto Windows Vista e 7; ma, probabilmente, con esito negativo. Premetto che i problemi di cui parlo, e le soluzioni trovate per risolverli, si riferiscono all’ all’utilizzo di ZRLC con la scheda KM1667 di Nuova Elettronica di cui ho ampiamente parlato (kit “LX.1667 Montato”), provvista del codec audio PCM2902. In pratica, ho usato direttamente l’impedenzimetro l’impedenzimetro di Nuova Elettronica, ovvero il kit “Impedenzimetro “I mpedenzimetro USB x pc” pc”  (LX.1746 KIT) KIT)  che ho descritto nella sezione “ Terza versione   - ZRLC con stadio finale di potenza”. ”.   La versione di VA utilizzata è “VISUAL ANALYSER 2011 - v 14.0.0.19”; 14.0.0.19”; la potete scaricare dai seguenti link:  link:   Setup automatico - Windows 2000 /XP /NT /Vista /Seven File dell’eseguibile di VA  VA  Immagine ISO

http://www.sillanumsoft.org/Download/VAsetup.exe   http://www.marucchi.it/VA/VAsetup.exe   http://www.sillanumsoft.org/Download/VA.exe   http://www.marucchi.it/VA/VA.exe   http://www.marucchi.it/VA/VA.exe  http://www.sillanumsoft.org/Download/VA.zip   http://www.marucchi.it/VA/VA.zip http://www.marucchi.it/VA/VA.zip  

Ma perché il PCM2902 dà problemi con Windows Vista e 7? Andiamo con ordine,  procedendo  proceden do praticamente all all’’utilizzo di ZRLC. Le spiegazioni verranno date in riferimento a Windows 7, in quanto è quello a cui sono passato dopo Windows XP, e che uso abitualmente; tuttavia è stato mio scrupolo verificare successivamente i problemi (e le relative soluzioni) anche con Windows Vista. Di questo farò menzione dopo, in maniera più sintetica, in quanti molti punti sono in comune.

Utilizzo di ZRLC con Windows 7 Anzitutto è necessario collegare l’ l’impedenzimetro ad una presa USB, prima di lanciare VA.exe. Immediatamente Windows si accorge che un dispositivo a lui ignoto è stato collegato, ed inizia la ricerca degli opportuni driver:

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Ora si deve lanciare VA.exe, mettendo come al solito una spunta nel box “ZRLC” nella finestra principale di Visual Analyzer, nella zona in basso alla destra della finestra dello spettro. Ma anche supponendo di avere effettuato i settaggi di VA sulla base delle indicazioni da me date per XP nei capitoli precedenti, avviando ZRLC è quasi certo che avremo una sgradita sorpresa. ZRLC non è in grado di effettuare le misurazioni! Infatti, dopo alcuni istanti di lavoro da parte di VA, sullo schermo resta fisso e stabile il messaggio di richiesta di collegare il DUT, anche dopo averlo collegato ai morsetti:

Tra l’altro, i più attenti noteranno che nella sezione destra la trackbar di ampiezza del segnale resta a zero. In realtà questo è un secondo problema; tranquilli: esamineremo anche lui. Ma perché ZRLC misura? con l’ Dopo una serie di non consultazioni l’autore del programma, ed anche alla luce delle sue esperienze, il mistero è stato svelato.

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Essenzialmente, l’ l’anomalia deriva dal fatto che, spesso, la scheda di NE sotto Windows 7 viene settata di default in “Mono” “Mono”.. Mentre ZRLC (e tutto VA) necessita dei due canali disponibili per gli ingressi audio (“Stereo”).  (“Stereo”).   Facciamo un passo indietro. Ricorderete che a pagina 53 dicevo: Vi faccio notare un‟altra caratteristica (dovrei dire “mancanza”) del PCM2902.   Se ingrandite in larghezza la finestra principale di Visual Analyzer appaiono i pulsanti “Input Gain” e “Output Gain”:  Gain”: 

Se provate a cliccarli, noterete che il secondo apre regolarmente il controllo definito “Altoparlante”, corrispondente in pratica al normale controllo analogo di Windows , Windows ,  generalmente  generalm ente denominato denominato “Volume master”. master”. Ma se cliccate il primo, Windows Windows risponde con un messaggio di errore sul “Controllo volume”.  volume”.   Questo avviene perchè nel PCM2902 il mixer d ‟  ‟ingresso i ngresso non esiste… esiste…  Ebbene, sbagliavo. E forse sbagliava anche l’ l ’autore, che al tempo mi dava analoghe spiegazioni. In realtà non è vero che il mixer d ‟  ‟ ingresso ingresso non esiste.  esiste.  E’ Windows XP che non lo vede. E Windows 7? Lo vede; ma commette errori differenti. Vediamo questa cosa in dettaglio. Nel mio caso, passando ad utilizzare ZRLC con Windows 7, avevo utilizzato pari pari lo stesso file di configurazione “VA.ini” creato da VA.exe sotto XP. Ma andando a visionare la scheda “Settings” e cliccando la linguetta “ Main”, mi accorgevo che il Listbox “Channel(s)” appariva disattivato (grigio), (g rigio), per quanto apparisse selezionato “A and B”. ”.  

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dall’incongruenza con il settaggio originale impostato sotto XP, dove Questo deriva dall’ lo stadio di input del PCM2902  viene visto di base come “Stereo”, mentre sotto Windows 7 viene settato di default in “Mono”. “Mono”.   Ma a questo c’ c’è rimedio. Facciamo anzitutto una verifica. Per prima cosa clicchiamo il pulsante “Input Gain” nella finestra principale di VA.  

Sorpresa: contrariamente a XP, ora non si ha un errore, ma si apre il pannello “Audio”, predisposto su “Registrazione”:  “Registrazione”: 

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Oltre alle schede audio incorporate, appare il CODEC audio USB del PCM2902; ma stranamente è individuato come “Microfono”!  “Microfono”!  Selezioniamolo, clicchiamo “Proprietà”, poi “Avanzate”. Qui si vede come l’ l’input del PCM2902 sia predisposto in in “Mono” (cioè, “Canali: “Canali: 1” 1”).

Rimediamo subito. Ma prima chiudiamo VA.exe, che in qualche caso potrebbe interferire al momento di cambiare le impostazioni della scheda audio, generando un errore.   errore. Apriamo il Pannello di controllo di Windows e clicchiamo “Hardware e suoni”:  suoni”: 

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Clicchiamo “Gestisci dispositivi audio”:  audio”: 

Si apre il pannello “Audio”, predisposto su “Riproduzione”. Clicchiamo la linguetta “Registrazione”.   “Registrazione”.

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a

Oppure clicchiamo l’ l’icona dell’ dell’altoparl altoparlante, ante, in basso a destra nella System Tray

e selezioniamo “Dispositivi di Registrazione”  Registrazione” 

Ora, come visto poco fa, selezioniamo “Microfono”, clicchiamo “Proprietà”, poi Ora, “Avanzate”.   “Avanzate”. Clicchiamo il menu a discesa:

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 poi clicchiamo clicchiamo l’ l’ultima voce

in modo che il pannello appaia così:

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“Canali: 2”: siamo in “Stereo”, con i due canali disponibili.  disponibili.   Se ora rilanciamo VA.exe, aprendo la scheda “Settings” e cliccando la linguetta “Main”, vediamo che ora il Listbox “Channel(s)” appare attivo.  attivo.  

OK!  Notate nell’occasione nell’occasione la  la particolare selezione selezione “lunghezza “lunghezza buffer (FFT size)/frequenza di campionamento (Frequency sampling)”, ovvero 4096/40960. Tra tutte le coppie di valori “lunghezza “ lunghezza buffer/frequenza di campionamento” campionamento” selezionabili dai relativi combo box, conviene scegliere coppie che facciano apparire in VERDE la scritta “Freq.(Hz) Freq.(Hz)”” a fianco del combobox della selezione frequenza di test in ZRLC:

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In questo modo si seleziona un algoritmo di eliminazione dell’ dell ’errore più efficiente.  Non riguarda riguarda il problema problema lamentato, lamentato, ma ma migliora le le prestazioni. Allora è tutto a posto? Non è detto. Come anticipato, verosimilmente si presenta anche un secondo problema. Come dicevo a pagina 69, parlando della versione di Nuova Elettronica dell’impedenzimetro con stadio finale di potenza: “Da notare anche che che con questa versione l ‟  ‟ altoparlante altoparlante emette un robusto segnale acustico a 1000 Hz; mentre con ZRLC senza stadio finale, dall ‟  ‟ altoparlante altoparlante esce appena un debole suono!”. suono!”. Questo con XP. E con 7? Il suono, ahimè, è debolissimo! Eppure lo stadio di BF c’è: è  è  lo stesso impedenzimetro di NE testato con successo sotto XP…  XP…  E non è solo un’impressione un’ impressione acustica! Collegando il fedele oscilloscopio ai morsetti dell’impedenzimetro, durante la misura di una resistenza da 10 ohm, ecco confermato l’inconveniente.  l’inconveniente.  Con Windows 7 la tensione risulta inferiore a 20 mV pp; si nota anche la trackbar del livello praticamente a zero:

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Mentre invece con Windows XP la medesima ammonta (regolarmente) a 800 mV pp, e la trackbar supera 80%:

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un a spiegazione. Anche per questo inconveniente c’è una A quanto pare, e come verificato dall’autore di VA su altri esemplari sotto Windows 7, questo non solo vede lo stadio di input come microfono; ma il livello di registrazione (che setta di base a 100%) è eccessivamente elevato rispetto a quello impostato da Windows XP per gli ingressi audio di linea, PCM2902 compreso. In queste condizioni, l’algoritmo automatico di “Autobias” di VA fallisce. Come testimonia l’autore, la regolazione automatica del livello, seppure perfezionata nelle ultime versioni, usa un “ passo  passo””  di variazione piccolo (e variabile in funzione di alcuni  parametri) ma naturalmente naturalmente non era previsto previsto di dover dover arrivare a regolazioni regolazioni così in basso e così “fini “fini”. ”. Ergo arriva a zero (come ho fatto notare nella figura di pagina 76); e nemmeno valeva la pena di adattarlo a questa situazione che comunque è anomala e rischia di peggiorare le prestazioni con XP. Ma invece di adattare VA, si può adattare il… microfono.  microfono.   Per farlo (meglio dopo aver spento VA, se era in funzione), è necessario tornare al pannello “Audio”, selezionarlo, cliccare “Proprietà”, poi “Livelli”.  

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Come si vede, il microfono è settato al 100%. E’ invece necessario settarlo circa a zero; ma per farlo con maggiore cognizione di causa conviene cambiare la raffigurazione da “Percentuale” a “Decibel”. Clicchiamo col tasto destro all’interno del campo di edit con scritto “100”, e selezioniamo “Decibel”.  “Decibel”.  Ora portiamo il cursore col mouse ad un valore prossimo a zero; un valore conveniente è risultato ““-0.4 dB”:  dB”: 

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Clicchiamo due volte OK   in modo da chiudere il pannello con il nuovo settaggio; rilanciamo VA, e riproviamo a misurare la resistenza da 10 ohm. Come va? Perfettamente; quasi meglio che con XP. Confrontate anche con la figura di pagina 68, ove appare l’oscillogramma della de lla misura di 5 ohm sotto Windows XP:

Visto? 800 mV pp abbondanti! E la trackbar a 88%... Tutto è bene quel che finisce bene. E si spiega: con la nuova impostazione, (e la conseguente sensibilità ampiamente ridotta, pressoché di 50 volte) il controllo di volume

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automatico di VA riesce a gestire i livelli correttamente. Questo perchè agisce con un “ passo  passo”” congruente con i livelli in gioco: significa che la “granularità granularità”” con cui agisce sul livello è sufficientemente sufficientemente fine, e gli consente di non “saltare saltare”” il livello giusto (80 –  (80  –  90%)  90%) impedendogli di proseguire erroneamente, fino a piombare a 0%.

Utilizzo di ZRLC con Windows Vista Vista è molto simile a Windows 7; anche se, storicamente, si dovrebbe dire il contrario. 7  ha costituito un fortunato sviluppo di Vista, di cui ha conservato i pregi (pochi, a detta di alcuni) e corretto la stragrande maggioranza maggioranza dei difetti. Ho fatto questo preambolo non per iniziare un confronto tra i due sistemi, ma per rilevare come i passi necessari al funzionamento di ZRLC con Vista ricalcano in gran  parte quelli seguiti seguiti per 7; dunque sarà sufficiente rimarcare i pochi punti in cui si notano differenze. Anche con Vista, al primo collegamento dell’impedenzimetro ad una  presa USB si avvia il riconoscimento automatico del dispositivo; dopo di che è bene procedere subito alle impostazioni del Codec audio PCM2902. Il modo più rapido per arrivarci è servirsi dell’icona dell’altoparlante, in basso a destra nella System Tray, ciccando c iccando col tasto destro del mouse:

Appare il pannello “Audio”: come in Windows 7, oltre alle schede audio incorporate, appare il CODEC del PCM2902. Sorpresa: anche questo è visto come “Microfono”!  “Microfono”! 

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Selezioniamolo, clicchiamo “Proprietà”, poi “Avanzate”. Anche qui si vede che l’input del PCM2902 è predisposto in “Mono” (cioè, “1 canale”).  canale”).  

Clicchiamo il menu a discesa:

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 poi clicchiamo l’ultima voce: voce:  clicchiamo l’ultima

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in modo che il pannello appaia così:

A parte l’errore di sintassi che risulta nella versione di Vista a mia disposizione, la voce “2 canale” testimonia che ora siamo in “Stereo”, con i due canali disponibili.  disponibili.   Una curiosità: avrete notato che nel Pannello “Proprietà - Microphone” manca del tutto la linguetta per il controllo dei “Livelli”. “Livelli”.   Ma non è un problema; anzi, è un vantaggio, perchè dal punto di vista dell'amplificazione il circuito di ingresso del Codec si comporta come sotto XP. Questo controllo esiste invece per il circuito di uscita, ed è settato di base al 100%. Ottimo.

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Possiamo ora avviare VA.exe. Se clicchiamo “Settings –   Device” vediamo come appaiono l’Input e l’Output (confrontate le figure precedenti dei Pannelli audio); la figura seguente è in realtà un collage, realizzato per comodità inserendo entrambi i listbox:

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E’ finalmente ora finalmente ora di avviare ZRLC. Come visto prima per 7, conviene selezionare per la coppia di parametri “lunghezza “lunghezza buffer (FFT size)/frequenza di campionamento (Frequency sampling)”, una che faccia apparire in VERDE la scritta “Freq.(Hz) Freq.(Hz)”” a fianco del combobox della selezione frequenza di test in ZRLC; ad esempio 4096/40960, in modo da selezionare un algoritmo di eliminazione dell’ dell ’errore più efficiente. Confrontate le corrispondenti figure nella sezione precedente.  Nella finestra principa principale le di Visual Analyzer, nella zona in basso alla destra della finestra dello spettro, mettete una spunta nel box “ZRLC”, che si avvia. Cliccate il pulsante “Measure”: vedrete il cursore salire, ed eventualmente ridiscendere, fino ad un valore opportuno. Quando appare il messaggio “Connect DUT” collegate il componente ai morsetti. Ecco cosa appare misurando la solita resistenza da 10 ohm; confrontate con l’analoga illustrazione di pagina 88 ottenuta con Windows 7:

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segnale   (800 mV pp e 86%) sono La tensione ai morsetti e l’ampiezza del segnale  assolutamente comparabili a quelli ottenuti con Windows 7 ed XP.

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La finestra “Statistic uncertainty window”  Per spiegare la parte seguente, utilizzerò concetti ben noti a chi si occupa di misurazioni di grandezze fisiche e di statistica; ma li esporrò brevemente, in forma semplificata e ridotta al minimo indispensabile. Mi riferirò inoltre a quanto esposto dall’autore nella sua “Tesi “ Tesi di dottorato su VA”, VA ”, reperibile al link http://www.sillanumsoft.org/Principale/Download/PhD_ACCATTATIS.pdf   Rammento che si può accedere in qualunque momento alla finestra cliccando sul box “A”  nella finestra di ZRLC in modo da mettere un segno di spunta:

L'incertezza di misura è il grado di indeterminazione con il quale si ottiene un valore di una  proprietà fisica durante la misurazione. Il risultato risultat o della misurazione pertanto non è un unico valore,  bensìì l’insieme  bens l’insieme dei valori probabili che assume la grandezza sotto misura. Ogni volta che si effettua una misura, si introducono diversi tipi di errori accidentali, quindi il valore che otteniamo è incerto. Gli errori accidentali hanno la proprietà di essere variabili sia in valore che in segno, e si individuano ripetendo una misura diverse volte con gli stessi strumenti e in condizioni che, per per quanto sta nelle facoltà dell’operatore, dell’ operatore, possono essere ritenute costanti. E’ quanto fa ZRLC automaticamente, fintanto fintanto che non si preme “Stop”.  “Stop”.   L’eventuale L’ eventuale discordanza dei risultati, supposto nullo ogni errore sistematico, sarà dovuta alla  presenza di errori accidentali. Il termine “incertezza di misura” misura”  viene utilizzato in Ingegneria, mentre in Fisica si utilizza l'espressione “errore di misurazione” misurazione”. In generale Visual Analyser consente il calcolo dell’incertezza per ogni strumento implementato; in alcuni casi poi, come quello di ZRLC, essa è stata specializzata (ossia è stata sviluppata una procedura specializzata per il calcolo dell’incertezza statistica appositamente scritta  per ZRLC) e aggiunta ad altre valutazioni. La valutazione generale dell’incertezza dell ’incertezza avviene tramite tramit e una funzione, invocabile per tutti gli strumenti di VA, che consente di visualizzare visuali zzare in una finestra ed in tempo reale l’istogramma delle frequenze dei dati (e quindi di valutare approssimativamente la distribuzione ottenuta) ed il calcolo della media, varianza, deviazione standard e dunque dell’incertezza statistica associata alle misurazioni.  misurazioni.  

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Si osservi che essa è resa possibile per il fatto che Visual Analyser, e tutti gli strumenti da esso virtualizzati, effettuano la misura operando su un buffer di campioni (zona di memoria creata dal  programma per memorizzare sequenzialmente le misure) che è acquisito sequenzialmente nel tempo, e su base virtualmente infinita; in altri termini vengono effettuate misure ripetute in ragione dei parametri scelti. Per esempio se si usa una frequenza di campionamento di 40960 Hz e un buffer di 4096 punti si effettua una una misura ogni 100 mS (40960/4096) ossia 10 misure al secondo. E’  possibile dunque effettuare un numero consistente consis tente di misure in i n pochi secondi e calcolare una buona approssimazione dello scarto tipo della media (oltre a quello del campione). La generica finestra è riportata nella seguente figura (test effettuato con SCOPE) tratta da una precedente versione di VA:

Qui è possibile vedere una schermata dello strumento ZRLC in funzione, mentre si misura un condensatore di valore nominale 100 nF, la cui misura è stata effettuata in condizioni standard per VA, ossia frequenza di campionamento di 40960 Hz, numero di punti per buffer pari a 4096, e frequenza di test pari a 1050 Hz. Queste condizioni permettono, in pochi secondi di misurazione, una notevole quantità di misure; infatti con i parametri scelti si ottengono 10 misure al secondo. La misura è stata ottenuta dopo poco più di 15 secondi (154 misure) ma già dopo pochi secondi i risultati sono stati dello stesso ordine di grandezza di quelli visibili a video.

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L’incertezza tipo composta, con un fattore di copertura k = 2 (estesa), viene espressa in forma  percentuale e assoluta  assoluta  ; si osservi che i parametri di funzionamento avrebbero potuto essere scelti in funzione delle esigenze del caso e delle risorse disponibili; disponibili; per esempio l’uso di un numero di punti del buffer più elevato avrebbe consentito una maggiore accuratezza delle singola misura ma  parimenti un numero minore di misure al secondo; alzando la frequenza di campionamento (se il dispositivo di acquisizione acquisizione lo consente) si può invece aumentare il “tasso” di misure al secondo. Ancora alzando contemporaneamente entrambi questi parametri si possono aumentare accuratezza e numero di misure al secondo, al prezzo di maggior onere computazionale. La scelta della frequenza di test è un altro parametro particolarmente significativo, che può  portare ad esplorare diversi aspetti e fenomeni relativi al bipolo sotto misura. In tal senso è possibile effettuare una misura con lo sweep automatico in frequenza (con tanto di calibrazione automatica ad ogni frequenza), già visto a pagina 57, che porta alla produzione di un completo diagramma della misura in funzione della frequenza (funzione “capture” di ZRLC); per ogni misura, anche in sweep, è possibile effettuare misure ripetute in numero arbitrario e calcolarne la media. Per esempio nella figura sottostante è stato effettuato uno sweep in frequenza con i seguenti  parametri, oltre quelli già usati per la misura precedente (frequenza di campionamento e dimensioni  buffer): frequenza di test: da 500 a 3000Hz con passo di 100Hz (quindi 26 punti totali, compreso il  primo a 500 Hz); ogni misura mis ura ad ogni singola frequenza è stata ripetuta e mediata 5 volte (valore impostabile a piacere, senza limitazioni altro che il tempo e le risorse a disposizione); punti acquisiti catturati in apposita finestra, e raccordati con metodo di interpolazione “cubic spline”, con conseguente possibilità di memorizzazione, stampa e importazione diretta in formato Word/Excel (tramite gli “appunti”). “appunti”).

Per la stessa misura, la finestra di “cattura incertezza statistica” dopo poche decine di punti acquisiti presenta un istogramma del tipo visibile qui:

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Esso sembra avvicinarsi ragionevolmente ad una distribuzione di tipo gaussiano (teorema del limite centrale) data la molteplicità di variabili aleatorie che concorrono alla definizione della variabile aleatoria risultato della misura.  Nel caso della misura di una resistenza da 100 ohm nominali ecco cosa possiamo ottenere:

se clicchiamo “Pause” il “Pause” il calcolo si arresta, e si attiva il pulsante “Refresh”: “Refresh” :

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 Notiamo la presenza di alcuni utili tasti. Il primo è “Auto Min Max”, indispensabile all’inizio della misurazione per centrare e scalare l’istogramma in base alle misure ricavate da ZRLC.  ZRLC.  “Unzoom”  è utile per mantenere l’istogramma in scala percentuale, ottimizzandone l’estensione “Unzoom” verticale. “Reset” elimina tutti i dati contenuti nel contenuti nel buffer di campioni. Cliccando “Pause” si interrompono i calcoli dell’incertezza, dell’incertezza , ad esempio per esaminare l’istogramma l’istogram ma in un momento particolare. In tal modo si attiva il pulsante “Refresh”, che forza il ricalcolo. Infine “Screenshot” copia il grafico negli appunti.  appunti.   La finestra si richiude togliendo il segno se gno di spunta dal box “A” nella finestra di ZRLC. ZRLC .

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Datasheets Qui trovate i link ai datasheet degli integrati utilizzati o descritti: LM358 http://www.marucchi.it/ZRLC_AIO_WEB/ZRLC_AIO_file/LM158.pdf ICL7660 http://www.marucchi.it/ZRLC_AIO_WEB/ZRLC_AIO_file/ICL7660.pdf ICL7660S http://www.marucchi.it/ZRLC_AIO_WEB/ZRLC_AIO_file/ICL7660S.pdf Principles and Applications of the ICL7660 and ICL7660A CMOS Voltage Converter http://www.marucchi.it/ZRLC_AIO_WEB/ZRLC_AIO_file/Principles_Applications_IC L7660.pdf PCM2902 http://www.marucchi.it/ZRLC_AIO_WEB/ZRLC_AIO_file/pcm2902.pdf MC34063A http://www.marucchi.it/ZRLC_AIO_WEB/ZRLC_AIO_file/MC34063Amotorola.pdf  NE5532 http://www.marucchi.it/ZRLC_AIO_WEB/ZRLC_AIO_file/NE_SE5532_A_SA5532_3.  pdf TDA7052 http://www.marucchi.it/ZRLC_AIO_WEB/ZRLC_AIO_file/TDA7052.pdf LM386 http://www.marucchi.it/ZRLC_AIO_WEB/ZRLC_AIO_file/lm386.pdf