Esercizi sui Limitatori in Elettronica

Esercizi sui Limitatori in Elettronica

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Versione italiana

Esercizi sui Limitatori in Elettronica

I limitatori sono circuiti utilizzati per limitare l'ampiezza di un segnale elettrico a un valore specifico. Sono comunemente utilizzati per proteggere circuiti e dispositivi da sovratensioni o per mantenere un segnale all'interno di un intervallo desiderato.

Concetti Chiave

1. Limitatore di Tensione: Un circuito che impedisce a un segnale di superare un certo valore di tensione. Può essere realizzato utilizzando diodi, resistori e condensatori.

2. Limitatore di Corrente: Un circuito che limita la corrente che può fluire attraverso un carico. Può essere realizzato utilizzando resistori o circuiti di feedback.

3. Diodo Zener: Un tipo di diodo progettato per operare in regime di inversione, che consente di mantenere una tensione costante quando viene superata una certa soglia.

4. Circuito di Limitazione: Un circuito che utilizza componenti passivi e attivi per limitare l'ampiezza di un segnale.

Esercizi

Esercizio 1: Limitatore di Tensione con Diodo Zener

Problema: Progetta un limitatore di tensione utilizzando un diodo Zener. Supponiamo di avere un diodo Zener con una tensione di Zener di V_Z = 5V$V_Z = 5V$ e una resistenza di carico R_L = 1k\Omega$R_L = 1k\Omega$. Se la tensione di ingresso V_{in}$V_{in}$ è di 12V$12V$, calcola la tensione di uscita V_{out}$V_{out}$.

Soluzione:

Quando V_{in}$V_{in}$ è maggiore di V_Z$V_Z$, il diodo Zener condurrà e la tensione di uscita sarà pari a V_Z$V_Z$.

V_{out} = V_Z = 5V

$$V_{out} = V_Z = 5V$$

Esercizio 2: Limitatore di Corrente

Problema: Progetta un limitatore di corrente utilizzando un resistore. Se desideri limitare la corrente a I_{max} = 20mA$I_{max} = 20mA$ e hai una tensione di alimentazione V_{s} = 10V$V_{s} = 10V$, calcola il valore della resistenza R$R$ necessaria.

Soluzione:

Utilizzando la legge di Ohm, possiamo calcolare la resistenza necessaria per limitare la corrente:

R = \frac{V_s}{I_{max}} = \frac{10V}{20mA} = \frac{10V}{0.02A} = 500\Omega

$$R = \frac{V_s}{I_{max}} = \frac{10V}{20mA} = \frac{10V}{0.02A} = 500\Omega$$

Esercizio 3: Circuito di Limitazione con Diodo

Problema: Considera un circuito limitatore di tensione con un diodo ideale. Se la tensione di ingresso V_{in}$V_{in}$ è di 15V$15V$ e il diodo ha una caduta di tensione di 0.7V$0.7V$, calcola la tensione di uscita V_{out}$V_{out}$ quando il diodo è in conduzione.

Soluzione:

Quando il diodo è in conduzione, la tensione di uscita sarà:

V_{out} = V_{in} - V_{diode} = 15V - 0.7V = 14.3V

$$V_{out} = V_{in} - V_{diode} = 15V - 0.7V = 14.3V$$

English version

Exercises on Limiters in Electronics

Limiters are circuits used to limit the amplitude of an electrical signal to a specific value. They are commonly used to protect circuits and devices from overvoltages or to keep a signal within a desired range.

Key Concepts

1. Voltage Limiter: A circuit that prevents a signal from exceeding a certain voltage value. It can be made using diodes, resistors, and capacitors.

2. Current Limiter: A circuit that limits the current that can flow through a load. It can be made using resistors or feedback circuits.

3. Zener Diode: A type of diode designed to operate in the inverting regime, which allows a constant voltage to be maintained when a certain threshold is exceeded.

4. Limiting Circuit: A circuit that uses passive and active components to limit the amplitude of a signal.

Exercises

Exercise 1: Voltage Limiter with Zener Diode

Problem: Design a voltage limiter using a Zener diode. Suppose we have a Zener diode with a Zener voltage of V_Z = 5V$V_Z = 5V$ and a load resistor R_L = 1k\Omega$R_L = 1k\Omega$. If the input voltage V_{in}$V_{in}$ is 12V$12V$, calculate the output voltage V_{out}$V_{out}$.

Solution:

When V_{in}$V_{in}$ is greater than V_Z$V_Z$, the Zener diode will conduct and the output voltage will be V_Z$V_Z$.

V_{out} = V_Z = 5V

$$V_{out} = V_Z = 5V$$

Exercise 2: Current Limiter

Problem: Design a current limiter using a resistor. If you want to limit the current to I_{max} = 20mA$I_{max} = 20mA$ and have a supply voltage of V_{s} = 10V$V_{s} = 10V$, calculate the value of the resistor R$R$ needed.

Solution:

Using Ohm's law, we can calculate the resistance needed to limit the current:

R = \frac{V_s}{I_{max}} = \frac{10V}{20mA} = \frac{10V}{0.02A} = 500\Omega

$$R = \frac{V_s}{I_{max}} = \frac{10V}{20mA} = \frac{10V}{0.02A} = 500\Omega$$

Exercise 3: Limiting Circuit with Diode

Problem: Consider a voltage limiting circuit with an ideal diode. If the input voltage V_{in}$V_{in}$ is 15V$15V$ and the diode has a voltage drop of 0.7V$0.7V$, calculate the output voltage V_{out}$V_{out}$ when the diode is conducting.

Solution:

When the diode is conducting, the output voltage will be:

V_{out} = V_{in} - V_{diode} = 15V - 0.7V = 14.3V

$$V_{out} = V_{in} - V_{diode} = 15V - 0.7V = 14.3V$$