Comparatore di Precisione e misura luminosità

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Categoria:Elettronica

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Testo

Esercitazione: Comparatore di Precisione.
Scopo Esperienza: Verificare il funzionamento di un circuito che indica la luminosità presente in un ambiente.
Scopi Didattici: Prendere confidenza con gli integrati di amplificazione e con i datasheet.
Schema Circuito:
Descrizione e caratteristiche degli apparecchi usati:
Componenti:
1 integrato TL081
1 integrato LM311
1 fotodiodo
1 resistenza ¼ W 2,6 M
1 resistenza ¼ W 2 M
2 resistenze ¼ W 39 K9
2 resistenze 1/4W 180 /
1 resistenza ¼ W 1500
2 diodi LED

Alimentazione:
1 trasformatore 220 V → 12V (valore nominale)

Datasheet degli integrati utilizzati:
- TL 081
Supply Voltage: +/- 18 V
Input Resistence: 1012
S.R.: 13 V/us
- LM 311
Supply Voltage: +/- 15 V
Responce Time: 200 ns
Input Current: 60 nA
Procedimento Seguito:
Si monta il circuito come illustrato nella figura di pag.1 e, dopo averlo alimentato aiutandosi con i cavetti banana – coccodrillo per il collegamento alimentatore – circuito, si effettuano le seguenti misure:
1) Accendere la luce della stanza in cui stiamo lavorando e misurare V, Vo, Vu, VDL1, VDL2, riportando questi valori su di una tabella.
2) Spegnere la luce della stanza o oscurare il fotodiodo servendosi di un materiale di colore scuro e misurare nuovamente i valori precedenti (V, Vo, Vu, VDL1, VDL2), riportando questi valori su di una tabella.
Funzionamento del circuito:
Questo circuito, è suddiviso in due importanti fasi: la prima consiste in un convertitore I / V, la seconda consiste in un comparatore di precisione.
Il convertitore I / V lo si poteva anche ottenere utilizzando una banale resistenza ma si incorreva in una serie di problemi relativi al fatto che questo convertitore viene influenzato dal carico sul quale viene applicata la tensione. Abbiamo quindi deciso di utilizzare un particolare convertitore I / V servendoci di un amplificatore operazionale (TL 081). Con questo sistema il comparatore non dipende dalla resistenza interna del generatore di corrente (fotodiodo), non dipende da un eventuale carico posto in uscita ed ha un funzionamento lineare garantito dall’A.O.
Allora, per il corretto funzionamento del circuito, dobbiamo polarizzare il fotodiodo in maniera inversa, in questo modo quando non è colpito dalla luce è interdetto e non passa nessuna corrente attraverso ad esso (trascurando la normale corrente inversa di saturazione, sull’ordine di alcuni nA), mentre quando è colpito dalla luce è in conduzione e genera una corrente inversa anche di centinaia di uA.
Vediamo quindi che la corrente inversa che passa attraverso al fotodiodo è proporzionale alla luce che colpisce il fotodiodo.
Il comparatore ha quindi la funzione di trasformare questi valori di corrente (uA) in valori di voltaggio (V), amplificandoli di quanto serve (amplificazione dettata dalla resistenze di 2,6 Mi e 2 M ).
A questo punto, dobbiamo comparare questa tensione (prelevata all’uscita del convertitore I / V) servendoci dell’integrato LM 311. Questo integrato ha la capacità di collegare l’uscita verso il potenziale di massa mediante un transistor BJT quando sul suo ingresso non invertente è presente una tensione al di sotto di 6 V (12 V dell’alimentazione / 2) e di lasciare l’uscita scollegata quando sul suo ingresso non invertente la tensione supera i 6V.
A questo punto dobbiamo ideare un sistema a 2 LED che ci avverta quando c’è luce o quando c’è buio, accendendo uno o l’altro LED.
La soluzione apportata sullo schema di pag.1 è una soluzione molto valida e richiede solo una tensione di alimentazione supplementare (5V).
Quando l’uscita dell’integrato LM 311 è pari a 4,6 V (il che vuol dire che il fotodiodo è colpito dalla luce) la corrente non potrà scorrere attraverso il diodo DL1 perché questo è interdetto. La corrente allora scorrerà attraverso DL2 raggiungendo quindi il potenziale di massa.
Quando l’uscita dell’integrato LM 311 è pari a 0 V (il transistor BJT presente all’interno dell’integrato è in saturazione e quindi collega l’uscita dell’integrato verso il potenziale di massa) la corrente non scorrerà attraverso il diodo DL2, ma scorrerà attraverso il diodo DL1 raggiungendo quindi il potenziale di massa mediante il transistor presente all’interno dell’integrato.
Concludiamo quindi che, quando il fotodiodo è colpito dalla luce, si accende il diodo LED DL2, altrimenti si accende il diodo LED DL1.
Raccolta Dati:
CON LUCE
SENZA LUCE
[V]
[V]
V
10
1
Vo
5,97
5,97
Vu
4,6
0,4
VDL2
1,9
0,2
VDL1
0,3
1,9
CON LUCE
SENZA LUCE
[mA]
[mA]
IDL2
6,76

IDL1

6,76
Conclusioni:
Possiamo vedere dalla tabella come i valori di V vengano comparati in maniera corretta. Se V supera i 6 V, Vu è pari a 4,6 V; altrimenti se V non supera di 6 V, Vu è circa a 0 V.
Possiamo anche osservare che i due diodi sono attraversati da una corrente relativamente bassa, in questo modo vediamo che i due diodi si accendono, ma non emettono una luce molto forte. Questo dato potrebbe rivelarsi utile se alimentiamo il circuito con delle batterie.
30/06/10 18.46.51
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Relazione svolta da: Fabio Toffanin

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