Relazione sull'interruttore crepuscolare

Materie:Altro
Categoria:Sistemi
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Testo

RELAZIONE DI SITEMI
REALIZZATA DA: LOMBARDO GIULIANO
CLASSE: 5° A ELETTRONICA
DATA: 12 GENNAIO 2007
PROFESSORI: GULLI E GRILLO
RIVELATORE DI LUMINOSITA’ AMBIENTALE
OBBIETTIVO: Montaggio e collaudo di un circuito che permette di rivelare la condizione di luce-buio in un ambiente.
ELENCO MATERIALE: 2 resistenze da 10 KΩ (R2, R3)
2 resistenze da 1 KΩ (R4, R5)
2 diodi LED (LED1, LED2)
1 fotoresistenza (LDR)
1 trimmer da 50 KΩ (R1)
1 operazionale μA741 (U1)
1 bread board
1 alimentatore
Alimentazione di 12 V (+Vcc)
SCHEMA ELETTRICO:

In alto: lo schema elettrico dell’interruttore crepuscolare, in basso: il diagramma del comportamento ideale del parametro di resistenza in un fotoresistore al variare della luminosità.

FORMULE:
PARTE TEORICA:
rappresentazione simbolica di una fotoresistenza
Una FOTORESISTENZA e' un componente elettronico la cui Resistenza e' inversamente proporzionale alla quantità di luce che lo colpisce.
Solitamente inserita in una ampolla trasparente , una FOTORESISTENZA si comporta come una tradizionale Resistenza elettrica, ma il suo valore in Ohm diminuisce mano a mano che aumenta l' intensità della luce che la colpisce.
Ciò comporta che la Corrente elettrica che transita attraverso tale componente e' proporzionale all' intensità di una Sorgente luminosa ed in tale maniera si realizza una sorta di Potenziometro attuabile tramite la luce anziché tramite forze meccaniche o segnali elettrici.
Il TRIMMER resistivo è concettualmente simile ad un potenziometro, svolge le stesse funzioni elettriche, si differenzia da questo, per essere più piccolo e strutturalmente meno robusto. La sua minore robustezza è giustificata dall'uso saltuario cui è destinato, ci sono casi in cui viene azionato una sola volta in fabbrica e poi sigillato. Le tipologie di costruzione sono due, una prevede solo i reofori per permetterne il fissaggio tramite saldatura sul circuito stampato, la seconda prevede una ghiera filettata per il fissaggio su un pannello. L'elemento resistivo è uguale a quello dei potenziometri, può essere carbone, filo in lega metallica, film plastico conduttivo, può essere anche multigiri, vi sono versioni ermetiche alla polvere. I valori resistivi sono equivalenti ai resistori fissi, spaziano da pochi Ohm a qualche decina di MegaOhm. Essendo strutturalmente più piccolo di un potenziometro, i valori di corrente trattati, dovranno essere minori, L'affidabilità nel tempo rispetto ad un resistore fisso è molto minore, l'alternativa per evitarne l'uso nel circuito in progetto, comporta la selezione della componentistica attiva e l'uso di resistori di precisione, soluzione questa molto costosa.
Un AMPLIFICATORE OPERAZIONALE è un amplificatore differenziale, accoppiato in continua e ad elevato guadagno (teoricamente infinito).L'uscita è la differenza tra le due entrate V+ e V− moltiplicata per un fattore G (guadagno):Vout = G·(V+ − V−).

In generale il circuito presenta due ingressi: uno definito invertente, indicato con il simbolo "-", l'altro definito non invertente, indicato con il simbolo "+", ed una uscita (figura A in alto a destra).
L'impedenza di ingresso presenta un valore molto elevato, teoricamente infinito, mentre l'impedenza di uscita ha valore basso, idealmente nullo.
Nella pratica questi valori, così come la banda passante e la frequenza massima di lavoro, sono determinati dalle caratteristiche costruttive dei singoli modelli di circuiti integrati.
La maggior parte degli amplificatori operazionali è progettata per lavorare con una tensione di alimentazione duale, cioè con un valore positivo ed uno negativo, simmetrici rispetto ad una massa, che può essere reale oppure virtuale. Le due tensioni non necessariamente debbono avere lo stesso valore: ad esempio la tensione positiva potrebbe essere di 15 volt, quella negativa di 7 volt, la versatilità di questi dispositivi è tale, che vi possono essere applicazioni in cui la tensione negativa può essere posta a zero, ovvero, il componente è alimentato da una tensione singola rispetto alla massa. Nell'alimentazione duale, il livello del segnale in uscita, può spaziare tra i due valori di tensione d'alimentazione, a meno di un piccolo margine, che può variare a seconda del tipo di operazionale adottato.
Quando gli ingressi sono posti allo stesso valore di tensione (cortocircuitati), l'uscita dovrebbe idealmente assumere il potenziale della massa. In realtà il valore diverge verso un estremo e la differenza di potenziale che deve essere applicata tra gli ingressi per azzerare l'uscita, è detta tensione di offset. In alcuni operazionali questa può essere corretta, agendo su una coppia di pin. Esistono operazionali progettati per lavorare con una tensione singola rispetto alla massa, uno fra i più diffusi è l'LM358.
Dal punto di vista costruttivo, l'amplificatore operazionale può essere realizzato con transistor bipolari bjt oppure mosfet, che lavorano a frequenze maggiori, con una impedenza di ingresso più elevata e un minore consumo energetico.
LED è l'acronimo di Light Emitting Diode (diodo ad emissione di luce).Vai a: Navigazione, cercaIl dispositivo sfrutta le proprietà ottiche di alcuni materiali semiconduttori per produrre fotoni a partire dalla ricombinazione di coppie elettrone-lacuna. Gli elettroni e le lacune vengono iniettati in una zona di ricombinazione attraverso due regioni del diodo drogate con impurità di tipo diverso, e cioè di tipo n per gli elettroni e p per le lacune. Il colore della radiazione emessa è definito dalla distanza in energia tra i livelli energetici di elettroni e lacune e corrisponde tipicamente al valore della banda proibita del semiconduttore in questione.I LED sono uno speciale tipo di diodi a giunzione p-n, formati da un sottile strato di materiale semiconduttore drogato. Quando sono sottoposti ad una tensione diretta per ridurre la barriera di potenziale della giunzione, gli elettroni della banda di conduzione del semiconduttore si ricombinano con le lacune della banda di valenza rilasciando energia sufficiente da produrre fotoni. A causa dello spessore ridotto del chip un ragionevole numero di questi fotoni può abbandonarlo ed essere emesso come luce.
I LED sono formati da GaAs (arseniuro di gallio), GaP (fosfuro di gallio), GaAsP (fosfuro arseniuro di gallio), SiC (carburo di silicio) e GaInN (nitruro di gallio e indio). L'esatta scelta dei semiconduttori determina la lunghezza d'onda dell'emissione di picco dei fotoni, l'efficienza nella conversione elettro-ottica e quindi l'intensità luminosa in uscita.
Simbolo circuitale del LED
INTERRUTTORE CREPUSCOLARE: questo dispositivo ci permette grazie al fotoresistore, un resistore variabile la cui resistenza varia al variare delle luce che lo colpisce, di attivare o no un qualsiasi dispositivo in uscita grazie all’irraggiamento che esso subisce.
DESCRIZIONA PRATICA DELLA PROVA: dal momento che lo scopo della nostra prova era quello di costruire un circuito che mi permetta di rilevare la condizione di luce o buio nell’ambiente in cui ci troviamo, abbiamo iniziato con l’approfondire le nostre conoscenze sui componenti che andremo a utilizzare e sul funzionamento dell’interruttore crepuscolare. Inizialmente abbiamo montato un circuito che idealmente era esatto ma dopo averlo collaudato ci siamo accorti del suo malfunzionamento. Questo problema era dato dal fatto che la tensione che usciva dal nostro operazionale non si portava mai a zero e quindi in ogni caso entrambi i diodi LED venivano polarizzati e quindi entrambi si accendevano e rimanevano accesi per tutto il tempo in cui noi alimentavamo il circuito.
Nei due ingressi dell’operazionale (invertente e non invertente), abbiamo due tensioni differenti. La differenza di potenziale al morsetto non invertente (VB) rimane sempre costante e l’abbiamo calcolata tramite la formula n°1, il suo valore nel nostro caso è di 6 V. la tensione al morsetto invertente, invece, è variabile e dipende principalmente dal valore resistivo che ci fornisce il fotoresistore. Quando esso fornisce il suo minimo valore di resistenza (1KΩ) in presenza cioè della massima luce, il valore della tensione al morsetto invertente (VC) sarà di 10 V. al contrario, invece, quando la fotoresistenza in totale assenza di luce, ci fornisce il massimo valore di resistenza (50KΩ) la VC sarà di circa 1,2 V.
L’alimentazione dell’operazionale avviene tramite due morsetti (+Vcc e –Vcc), nel nostro particolare caso immettiamo una tensione di 12 V come +Vcc e il pin –Vcc lo colleghiamo a massa. In uscita, nel circuito corretto abbiamo sostituito allo schema “C” lo schema “D”. Già dall’inizio possiamo facilmente intuire la sostanziale differenza dei due LED, il LED1 è collegato a +Vcc mentre il LED2 è collegato a massa. Questo ci porta a dedurre che lo stato dei due diodi LED dipenderà totalmente dalla tensione all’uscita dell’operazionale, che a sua volta dipenderà dalle tensioni applicate ai suoi due ingressi. L’operazionale avrà in uscita il valore della tensione d’alimentazione, però avrà il valore di +Vcc (12V) se l’ingresso non invertente avrà il valore di differenza di potenziale superiore a quello del morsetto invertente, o –Vcc (0 V) nel caso contrario.
Dopo aver finito il montaggio ed il collaudo del circuito, abbiamo effettuato alcune prove facendo variare la luce sul fotoresistore, partendo dalla massima luce fino al buio totale.
CONCLUSIONI: Alla fine delle prove con diverse situazioni di luce, ci siamo accorti del corretto funzionamento del nostro circuito che entrava in funzione nel seguente modo: partendo dal buio e fino a quando nell’ingresso non invertente non avevamo più di 6V, all’uscita si otteneva +VSAT (12V) e quindi ad accendersi era il LED2, mentre quando abbiamo aumentato ulteriormente la luce e nell’ingresso non invertente avevamo più di 6V all’uscita abbiamo ottenuto 0 V e quindi ad accendersi è stato il LED1. Il circuito che abbiamo così ottenuto rispecchia ciò che avevamo progettato e quindi le nostre esigenze e quindi possiamo affermare che la nostra esperienza è perfettamente riuscita.
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