Istituto Professionale di Stato per l'industria e l'artigianato MORETTO Via Luigi Apollonio, 21 BRESCIA Trasmettitore e Ricevitore a raggi Infrarossi LX617-LX618 Realizzato da : TERILLI FABRIZIO COMINI PAOLO STANGA FABIO classe 5BI TIEE corso per Tecnici delle Industrie Elettriche ed Elettroniche anno scolastico 1996-97
Trasmettitore a raggi infrarossi LX617 Schema a blocchi : Oscillatore Rilassato UJT 500 HZ Amplificatore Di corrente Diodo A Raggi Infrarossi L intero apparato è costituito dai seguenti elementi : Oscillatore rilassato che impiega il transistore UJT, il quale fornisce il segnale impulsivo necessario per comandare il diodo a raggi infrarossi Amplificatore di corrente formato da TR1 (transistore PNP) il quale riceve il segnale proveniente dall UJT che lo manda in saturazione, e con tale frequenza alimenta in modo intermittente i fotodiodi. Diodi a raggi infrarossi, i quali ricevono il segnale di corrente amplificato ed emettono fasci luminosi (raggi infrarossi) alla frequenza dell oscillatore rilassato. Schema elettrico del Trasmettitore a raggi infrarossi R1 R2 TR1 BC328 A FD1 47K 100 LD271 + B2 K - 12V C1 47uF E UJT1 2N2646 B1 A K FD2 LD271 C2 47nF R3 56 R4 27 R5 27 Comini, Stanfa, Terilli 5BI 96-97 2
Funzionamento Nel momento in cui applichiamo la tensione di alimentazione, la corrente che attraversa R1 andrà a caricare il condensatore C2 con legge esponenziale con costante si tempo τ =R1 C2 = 2, 2 ms. Carica condensatore C2 La corrente che passa fra emettitore e base1 è piccolissima perché la Rb1 è molto grande (UJT interdetto). Quando la tensione sul condensatore C2 raggiunge la Vp (Vpicco) la corrente Ie inizia a circolare fra emettitore e base1 la quale abbasserà di colpo la resistenza Rb1 dell UJT, così che la tensione di C2 si Comini, Stanfa, Terilli 5BI 96-97 3
troverà su Rb1 e R3 ; ciò provocherà una scarica brusca di C2 con costante di tempo τ = (Rb1min + R3 ) C2 = 4.5 usec. Scarica del condensatore C2 (Vr3) La diminuzione di Rb1 provoca un aumento della corrente Ib2 e quindi un aumento della caduta ai capi di R2 con conseguente passaggio in stato ON del BJT TR1 (interruttore chiuso) che farà circolare corrente fra emettitore e collettore per cui i diodi emetteranno un fascio di luce. Comini, Stanfa, Terilli 5BI 96-97 4
Segnale di corrente che passa nei Fotodiodi (Vr4, Vr5) Quando C2 ha ultimato la scarica, la corrente nell emettitore diminuisce e Rb1 di conseguenza aumenta fino a quando la corrente scende sotto il punto di valle che farà interdire immediatamente UJT e la corrente ricircolerà in C2 che comincerà a ricaricarsi senza far più circolare corrente nell emettitore, il transistor TR1 non avendo più corrente in base, (transistor inderdetto ) fra emettitore e collettore si interrompe il passaggio di corrente che andava nei fotodiodi e quindi si interrompe il fascio infrarosso fino a quando il condensatore C2 non si sarà ricaricato ( 4τ = 8, 836 msec ). E il processo si ripeterà. Comini, Stanfa, Terilli 5BI 96-97 5
Il condensatore C1 serve per eliminare le piccole carenze di tensione che la batteria di alimentazione non è in grado di fornire in caso di eccessive richieste di corrente che avvengono in un lasso di tempo molto breve. Funzionamento dell unigiunzione UJT L elemento fondamentale che costituisce questo trasmettitore è rappresentato dall unigiunzione UJT. Nel normale funzionamento il dispositivo deve essere polarizzato in modo che il potenziale B2 sia maggiore di B1. La resistenza Rb1 è stata disegnata variabile in quanto questa varia al variare della corrente che circola nell emettitore (Ie), essa varia da alcuni kilo ohm ad alcuni ohm rispettivamente quando Ie vale zero e quando vale alcune decine di ma. Schema interno dell' UJT B2 Rb2 E D1 Ie Vbb Rb1 Veb1 B1 RB1 Variazione di Rb1 al variare di Ie Con Ie=0 la Rb1 assume valori attorno a 5K (vedi grafico e tabella) questo valore si mantiene finchè non viene superata la corrente di picco Ip dell UJT. Al crescere della Ie, Rb1 decresce molto rapidamente finchè si giunge alla corrente di valle Iv (approssimativamente attorno ai 50 ma). Al crescere di Ie al di sopra di Iv Rb1 rimane costante (zona di saturazione dell UJT). Ip Iv Andamento di Rb1 in funzione di Ie Ie(mA) IE Rb1(Ω) 0 4600 1 2000 5 900 10 150 20 90 50 40 100 40 Comini, Stanfa, Terilli 5BI 96-97 6
Ricevitore a raggi infrarossi LX618 Schema a blocchi TRASDUTTORE DI SEGNALI AMPLIFICAZIONE DEL SEGNALE MONOSTABILE AMPLIFICATORE DI CORRENTE RELE' Il primo blocco è rappresentato dal fotodiodo il quale riceve impulsi infrarossi e li converte in impulsi di corrente. Il secondo blocco rappresenta l amplificazione del suddetto segnale, ottenuto mediante due transistor collegati in cascata. Il terzo blocco è rappresentato da un transistor e dall integrato NE555, i quali permettono di convertire gli impulsi del segnale in una informazione continua che ci avvertirà della presenza o meno dello stesso. Il quarto blocco è rappresentato da un transistor il quale è necessario per pilotare il relè, che altrimenti l uscita dell integrato non sarebbe in grado di comandare. Il quinto blocco è rappresentato da un relè con un contatto chiuso e un contatto aperto che l utente potrà utilizzare a suo piacimento. Comini, Stanfa, Terilli 5BI 96-97 7
Schema elettrico VCC +12V R6 R1 100k C1 470pF b C2 10uF c TR1 BC107 e R2 100K b C3 18pF c e TR2 BC107 R5 4.7K C5 1nF 100 C6 10nF TR3 R8 220 R7 56K DS2 R9 56K R10 1M 5 C 2 T R IC1 R 4 C9 47uF DS3 1N4007 RELE' COM. 12v 1 scambio FD1 BPW34 100nF C4 R4 1K DS1 1N4148 BC337 1N4148 C7 1uF 6 T 7 D 3 Q NE.555 C8 10nF R11 3.3K b c e TR4 BC337 R3 1M GND Funzionamento A monte del circuito sono montati due semplici filtri e rispettivamente condensatore C2 ed R6 per la parte di circuito a bassa potenza mentre C9 per la parte di circuito di potenza. Il ricevitore FD1 ha un funzionamento analogo a quello di un generatore di corrente ( quando è polarizzato inversamente ), quando riceve un fascio di luce la corrente emessa aumenta ed essendo questa un onda quadra, passa nel condensatore C1 (che filtra le componenti continue) ed il segnale di corrente arriva così in base al TR1. Durata dell impulso di corrente proveniente da FD1 Comini, Stanfa, Terilli 5BI 96-97 8
Ampiezza dell impulso di corrente proveniente da FD1 Il quale collegato in cascata a TR2 amplifica l onda, che attraverserà il condensatore C5 ( che filtra la componente continua ), arriverà in base al transistor TR3. Il condensatore C3 posto tra base e collettore di TR2 è indispensabile per prevenire l insorgere di eventuali oscillazioni, le quali verrebbero ulteriormente amplificato dalla coppia di transistor TR1 - TR2. Il segnale arrivato il base al TR3, lo manda in saturazione portando così la massa tra R8 e DS2 ( siccome R8 << R7 è trascurabile ) di conseguenza la massa si sposta tra R7 e R8, in questo punto abbiamo collegato anche il piedino 2 dell NE555 che corrisponde al trigger, di conseguenza l uscita va a livello logico alto, perchè la porta not interna all integrato converte il segnale da zero a uno ( quando abbiamo lo zero in uscita al piedino 3 il transistor TR all interno dell integrato è saturo ed il discharge è collegato con il threshold e sono collegati a massa ), in seguito la corrente che arriva sulla base del TR4 lo manda in saturazione ( funzionando da interruttore on - off ), consentendo l eccitazione della bobina del relè, che chiuderà i suoi contatti. Il diodo DS3 posto in parallelo alla bobina del relè, funziona da diodo volano che protegge il transistor TR4 dall eventuale sovratensione dovuta alla legge di Lenz prodotta dall avvolgimento durante la diseccitazione. Quando l uscita dell integrato ( piedino 3 ) è a livello logico alto il transistor TR è interdetto e così il condensatore C7 può caricarsi attraverso R9 e R10 ( τc7 = R9 + R10 C7 ) e prima che il condensatore arrivi ai 2/3 della sua carica, è costretto a scaricarsi attraverso il diodo DS2 a massa ( portata dal TR3 ). Comini, Stanfa, Terilli 5BI 96-97 9
Grafico della carica e scarica del condensatore C7 nel tempo Valore di tensione della corica e della scarica del condensatore C7 Quando i fasci di luce si interrompono il transistor TR3 si interdice e il condensatore C7 può così caricarsi superando i 2/3 di Vcc, questo si scaricherà sul threshold che manda l uscita del comparatore a livello logico alto, l uscita interna del latch ( Q ) passa a livello logico alto, il transistor interno TR passa in stato on, l uscita dell integrato ( piedino 3 ) passa a livello logico basso, TR4 si interdice diseccitando il relè. Comini, Stanfa, Terilli 5BI 96-97 10
L integrato NE555 E il componente principale su cui si base il funzionamento del ricevitore, esso è un monostabile generico (temporizzatore ). La sua uscita è caratterizzata da due possibili stati di cui uno stabile ( Q = 0 ) ed uno instabile ( Q = 1 ). Il monostabile è dotato di un ingrasso di trigger, a cui viene applicato un segnale di sincronismo; che avvia il ciclo di temporizzazione. Durante il ciclo di temporizzazione l uscita Q del monostabile passa dallo stato stabile a quello instabile, esaurita la temporizzazione l uscita ritorna nello stato stabile. All interno del timer individuiamo due VCC (5-15V) NE 555 R Comp. Sup. TRE CV S Q OUT R C1 DIS C2 Rb TRI R SA TR R Comp. Inf. RES GND Schema a blocchi interna del Timer Universale 555 comparatori ( superiore e inferiore ), un bistabile, un transistor TR, una porta not e un partitore. Il circuito deve essere alimentato con una tensione fra 5-15v. Il comparatore è di tipo non invertente e alimenta l ingresso del S ( set con una tensione di 2/3 Vcc )dell integrato passa mentre l ingresso non invertente è denominato treshold ( soglia ). Il comparatore inferiore è del tipo invertente e alimenta l ingresso R ( reset ) del latch: il suo ingresso non invertente ( + ) è alimentato internamente dalla tensione di 1/3 Vcc, mentre l ingresso invertente ( - ) è denominato trigger ( grilletto ). Principio di funzionamento Se la tensione di treshold supera i 2/3 Vcc, l uscita del comparatore superiore passa a livello alto; di conseguenza l uscita del latch ( Q ) passa a livello alto, il transistor interno passa a stato on e l uscita dell integrato passa a livello logico basso. Mentre se la tensione di trigger va sotto a 1/3 Vcc l uscita del comparatore inferiore passa a livello alto, l uscita interna del latch passa a livello basso di conseguenza l uscita dell integrato passa a livello logico alto e il transistor interno passa in interdizione. Comini, Stanfa, Terilli 5BI 96-97 11