Aldo Vidoni 3°AEN 07/01/2008
Laboratorio TDP
CREPUSCOLARE
INDICE
PRESENTAZIONE DEL CIRCUITO Pag.3
CARATTERISTICHE TECNICHE DEL CIRCUITO Pag.3
ELENCO MATERIALE Pag.3
ELENCO STRUMENTI Pag.5
DESCRIZIONE FUNZIONAMENTO DEL CIRCUITO Pag.5
CALCOLO DEI COMPONENTI Pag.6
SCHEMA ELETTRICO, LAYOUT E SBROGLIO Pag.6
COLLAUDO Pag.8
CONCLUSIONI Pag.9
PRESENTAZIONE DEL CIRCUITO
Questo circuito simula il funzionamento di una lampada crepuscolare, tipicamente presente nelle nostre case. Al diminuire della luminosità, la lampada, nel nostro caso il LED, si accende.
CARATTERISTICHE TECNICHE DEL CIRCUITO Il circuito va alimentato ad una tensione di 9V nominali.
ELENCO MATERIALE
NOME NOME NELLO
SCHEMA ELETTRICO
VALORE NOMINALE
QUANTITA’
Foto-resistore(LDR) RV1 1k 1
Resistore variabile R1 5k 1
Diodo LED D1 // 1
Diodo D2 1
Condensatore C1 100nF 1
CD4093 U1A,U1B,U1C,U1D 1
Connettore di alimentazione
J1A // 1
LDR: è un foto-resistore, cioè varia la sua resistenza interna in base alla luce esterna.
Questo grafico mostra il funzionamento dell’LDR. Si può notare come sia un resistore variabile lineare, cioè la sua legge è descritta da una retta.
CD4093: questo integrato della famiglia C-MOS, è un integrato logico formato da 4 porte NAND triggerate. È un integrato a 14 pin, il piedino 14 è posto a VDD, mentre il piedino 7 è posto a VSS.
ELENCO STRUMENTI
Strumento Marca Modello
Saldatore WELLER
Multimetro Fluke 77 II
Alimentatore variabile Trapano
DESCRIZIONE FUNZIONAMENTO DEL CIRCUITO
Il circuito ha come componente principale il CD4093: questo componente ha al suo interno 4 porte logiche NAND triggerate. Triggerate significa che passano dal livello BASSO al livello ALTO a valori definiti di tensione. Nel nostro caso: VT+=6.2V oltre questo valore il livello viene considerato alto. VT-=4.1V al di sotto di questo valore il livello è considerato basso.
Poniamo uno dei 2 ingressi della porta a VDD, mentre l’altro ingresso lo poniamo in uscita al partitore formato dal foto-resistore e dal resistore variabile. Questo partitore ha cm funzione quella di dare ai capi delle sue uscite, un valore di tensione tale per rendere l’ingresso nella porta ALTO o BASSO. Il valore è deciso principalmente dal LDR, che regola la sua resistenza interna in base alla luminosità esterna: se la luminosità è bassa, il valore di tensione in uscita al partitore è tale da rendere l’ingresso della porta BASSO. Se la luminosità è alta, il valore di tensione si alza, rendendo l’ingresso alto.
Il resistore variabile, regola il tempo di intervento, cioè la sensibilità in funzione della luce del crepuscolare.
Essendo il CD4093 un integrato logico formato da porte NAND, il valore in uscita è dato da, posti A=VDD, B=uscita del partitore, C=uscita: luminosità bassa--- A*B=C(alto) //// luminosità alta---
A*B=C(basso).
In uscita alla 1^ porta dell’integrato, dato che il cmos non può erogare abbastanza potenza per accendere il LED, facciamo passare il segnale attraverso le altre 3 porte, cosicché la corrente aumenti, e non ci sia il pericolo del non-funzionamento del LED.
Essendo però una porta NAND, la tensione in uscita è bassa quando il LED dovrebbe accendersi, e quindi abbiamo dovuto porre l’anodo verso VDD e il catodo verso l’uscita, per farlo funzionare.
Prima del LED è stata posto un resistore di limitazione: il suo compito è quello di limitare la corrente in entrata nel led a 10 mA, valore ottimale per il suo funzionamento.
È presente inoltre un diodo di protezione, il quale protegge il circuito da uno scambio di polarità nel connettore di alimentazione. Se la corrente attraversa il diodo nel modo corretto, il circuito funziona. Se invece è attraversato da una corrente opposta a come dovrebbe circolare, il diodo si brucia, proteggendo il circuito.
CALCOLO DEI COMPONENTI
Per ottenere un funzionamento ottimale del crepuscolare, abbiamo dovuto calcolare tramite i datasheet i valori delle resistenze, da applicare agli ingressi della porta logica.
Come si può notare dalla pagina del datasheet, i valori corrispondenti di VT+ e VT- alla V=10V, sono: VT-=4.1V e VT+=6.2V. Noi dobbiamo progettare R1, in modo che la Vu(Tensione d’uscita) al buio sia inferiore a 4,1V, di modo che il LED si possa accendere, e sia maggiore di 6.2V, così alla luce il LED si spegne.
Vu=4.1V Vcc=10V Rs=5Kluce Rs=1Kbuio
VuLUCE=(Vcc/(Rs+R1))*R1
R1=(Vu*Rs)/(Vcc-Vu)=(4.1*5*10^3)/(10-4.1)=3.5kΩusiamo 2.7kΩ VuLUCE=(Vcc/(Rs+R1))*R1=(10/(1+2.7))*2.7=7.30V 7.30V>6.1V OK VuBUIO=(Vcc/(Rs+R1))*R1=(10/(5+2.7))*2.7=3.50V 3.50V<4.1V OK
Utilizziamo un resistore variabile da 4.7kΩ, posizionato a metà cursore, per avere il valore calcolato di 2.7kΩ.
SCHEMA ELETTRICO, LAYOUT E SBROGLIO
Lato componenti
Lato rame
Title
Size Document Number Rev
Date: Sheet of
<Doc> 0
CREPUSCOLARE
ITIS "E. Fermi" Mantova Laboratorio di T.D.P.
<OrgAddr2> <OrgAddr3>
A
1 1
Monday , December 10, 2007 SW1
SW KEY -SPST
12
U1A
4093 1
2
3
U1B
4093 5
6
4
U1C
4093 8
9
10
U1D
4093 12
13
11
D1 LED
R1 5k RV1 1k
R2
RESISTOR
VDD D2
DIODE
VDD
J1A CONN PLUG
1A 2A
C1 100n
COLLAUDO
Diamo l’alimenatazione di 9V stabilizzati al connettore, rispettando la polarità.
Se stiamo lavorando con sufficiente luce, il LED dovrebbe rimanere spento: per fare in modo che si accenda, dobbiamo farlo funzionare al buio, oppure coprire la parte sensibile alla luce del foto- resistore. Se tutto funziona il LED si dovrebbe accendere, “illuminando” l’ambiente.
Valimentazione= 9V Iassorbita dal circuito(LED OFF)= 2.93mA Iassorbita dal circuito(LED ON)= 9.75mA
CONCLUSIONI
Il circuito funziona correttamente. Abbiamo constatato che al buio il LED si accende, mentre in piena luce il LED rimane spento. L’unica differenza l’ho notata ponendo il sensore alla luce di una lampada a basso consumo: anche se mettevo il sensore in piena luce, il LED rimaneva acceso.
Credo che questo accasa perché il foto-resistore è stato progettato per captare una certa lunghezza d’onda, tipica della normali lampadine a incandescenza o dei neon, ma non per le lampade a basso consumo.
