CONVERTITORE LUCE-TENSIONE

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Adelmo Brunetti
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1 CONVERTITORE LUCE-TENSIONE OBIETTIVO: realizzazione di un circuito contenente una foto resistenza in grado di convertire le variazioni di luminosità in variazioni di tensione. COMPONENTI E MATERIALI: - C.I. 74HC04 - Fotoresistenza - Resistore a film ( 390 Ω + 5%; 0,25 W) - Resistore a film (18k Ω + 5%; 0,25 W) - LED giallo (I D = 10mA) - Bread-Board - Filo rigido da 0,5 mmq STRUMENTI E ATTREZZI - Alimentatore D.C. 5V - Multimetro - Pinzetta - Forbici PARTITORE DI TENSIONE: per realizzare questo circuito è necessario effettuare una premessa ovvero spiegare la regola del partitore di tensione, necessaria per lo sviluppo del progetto. Infatti, il circuito proposto in questa esperienza è formato da due resistenze poste in serie, ovvero il foto resistore collegato in serie ad un altro resistore. Questo tipo di collegamento dà origine ad un vero e proprio partitore di tensione, dove la tensione V x del resistore fisso varia col variare della resistenza R v secondo la seguente relazione:

2 V x = V cc. R 1 _ R 1 + R v Essendo R v al denominatore, la tensione V x aumenterà col diminuire di R v PROCEDIMENTO: per realizzare il circuito ci serviamo dello schema del partitore, dove colleghiamo in parallelo alle due resistenze il diodo LED. Abbiamo operato su due fasi: 1) Test della foto resistenza e del diodo LED 2) Realizzazione del circuito convertitore luce-tensione Nella prima fase, abbiamo appunto testato il corretto funzionamento del led e del fotoresistore, pilotando il LED direttamente dalla foto resistenza senza l utilizzo della porta logica NOT (circuito integrato 74HC04) secondo lo schema seguente:

3 Nella seconda fase ci siamo serviti di una porta logica NOT per far accendere e spegnere il nostro diodo LED. Infatti grazie alla porta logica Not la tensione ai capi di essa viene negata, avendo perciò i seguenti esiti: - quando il fotoresistore viene debolmente illuminato la sua resistenza aumenta facendo aumentare la tensione ai capi della porta (Vx) spegnendo il LED - quando, invece, il fotoresistore viene sottoposto ad una intensa luminosità, la sua resistenza diminuirà facendo diminuire la tensione ai capi della porta accendendo il diodo LED.

4 Nella seguente tabella, sono riportati le variazioni della resistenza e della tensione Vx del fotoresistore col variare dell intensità luminosa: Luminosità (lux) Resistenza (kω) Tensione Vx (V)

5 Vediamo ora per quali valori di luminosità ambientale il LED rimane acceso. Utilizzando un integrato 74HC04 con alimentazione di 5V si avranno i seguenti parametri: - minima tensione d ingresso a livello alto V IH = 3,15 V; - massima tensione in ingresso a livello basso V IL = 1,35 V. Confrontando questi valori con quelli riportati nella tabella, vediamo che, con una certa approssimazione, con una luminosità superiore a 70 lux viene fornita all ingresso della porta logica una tensione di livello alto. Pertanto l uscita sarà bassa e il LED non si accenderà. Con luminosità inferiore a 15 lux il livello di tensione fornito all ingresso della porta è basso, dando in uscita un valore alto accendendo il LED. Non ci resta altro che calcolare il valore della resistenza del resistore di protezione del diodo LED ipotizzando per esso i seguenti parametri: I D = 10mA V D = 1,2 V V OH = 5V corrente che scorre ne diodo tensione ai capi del diodo tensione di uscita dell integrato Avremo: R 2 = V OH - V D = 5-1,2 = 380 Ω I D 10-2 Utilizzeremo pertanto una resistenza pari a 390 Ω della serie E24.

6 Nel nostro caso, la richiesta è quella di avere una V x = 3.15 V con luminosità di 25 lux (in modo da essere sicuri che il LED si spegne con luminosità superiore a 25 lux). Però dalla tabella si nota come per avere una V x = 3.15 V è necessaria una luminosità superiore a 25 lux. Tuttavia possiamo ricavare che con 25 lux si ha una Rv di 10 kω. Con la regola del partitore di tensione, infatti, otteniamo: V x = V cc. R 1 _ R 1 + R v 3.15 = 5 R 1 _ R 1 = 3.15* 10-2 R Pertanto R 1 sarà circa uguale a 17kΩ. Abbiamo così scelto un resistore di 18 kω della serie E24.

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