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:
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:
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.
Nella seguente tabella, sono riportati le variazioni della resistenza e della tensione Vx del fotoresistore col variare dell intensità luminosa: Luminosità (lux) 15 25 50 70 100 Resistenza (kω) 60 10 7 2 1 Tensione Vx (V) 0.6 2.25 2.7 4.02 4.45
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.
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 1 + 10-2 5 3.15 Pertanto R 1 sarà circa uguale a 17kΩ. Abbiamo così scelto un resistore di 18 kω della serie E24.