i diodi led - 3D 3E TECNOLOGIA

Corso di Elettronica
PROGETTAZONE E REALIZZAZIONE DI CIRCUITI ELETTRICI ED ELETTORONICI
DOCENTE: PROF. GIUSEPPE NATALE
CLASSE 3°A REMEDELLO CLASSE 3°D E 3°E DI CALVISANO
3° Lezione
I diodi LED e i DISPLAY
Il termine "LED" è un acronimo che sta per "Light Emitting Diode", ovvero "diodo che
emette luce". I led sono in grado di emettere radiazioni luminose quando siano attraversati
da una corrente elettrica; il valore di tale corrente è compreso fra 10 e 30 mA.
Il funzionamento del led si basa sul fenomeno detto "elettroluminescenza",
dovuto alla emissione di fotoni (nella banda del visibile o dell'infrarosso)
I led hanno un terminale positivo ed uno negativo, e per funzionare devono
essere inseriti in circuito rispettando tale polarità; in genere il terminale
positivo è quello più lungo, ma lo si può individuare con certezza
osservando l'interno del led in controluce: come si vede in figura, l'elettrodo
positivo è sottile, a forma di lancia, mentre il negativo ha l'aspetto di una
bandierina.
Diodo led
Quando si utilizza un led, è necessario disporre sempre una resistenza in
serie ad esso, allo scopo di limitare la corrente che passa ed evitare che
possa distruggersi; la caduta di tensione ai capi di un led può variare da 1,1 a 1,6 V.
Diversamente dalle comuni lampadine, il cui filamento funziona a temperature
elevatissime, i led emettono luce fredda, e possono lampeggiare a frequenze molto alte,
superiori al Mhz.
I led più comuni emettono luce rossa, arancio, gialla o verde.
Calcolo della resistenza di un led
Abbiamo già detto che in serie al led occorre inserire una
resistenza per limitare il passaggio di corrente;
Esempio (vedere figura): vogliamo far funzionare un led con
una tensione di 12 V, limitando la corrente a 20 mA (e cioè a
0,02 A)
R = (12 - 1,4) : 0,02 = 530 ohm (poichè tale valore non
esiste in commercio, useremo il valore standard più vicino,
ad esempio 470 oppure 560 ohm)
La visualizzazione dei numeri
14
Affinchè sia possibile venire a conoscenza dei valori numerici che originano dalle
elaborazioni dei vari circuiti digitali, occorre che tali valori siano fisicamente mostrati, in
modo da risultare chiaramente leggibili al nostro occhio. Uno dei dispositivi più utilizzati a
tale scopo è il "display a sette segmenti".
Figura 1: Display a
sette
segmenti
e
visualizzazione
delle
cifre numeriche
Il nome deriva dal fatto che le varie cifre, dallo zero al nove, vengono composte
"accendendo" dei segmenti luminosi, che non sono altro che dei normali led aventi
una forma allungata.
Il display a sette segmenti è dotato sul lato posteriore di una serie di piedini che
permettono di far arrivare tensione ai vari segmenti, così da poterli accendere nella
combinazione che si desidera. Uno dei piedini è comune a tutti i sette segmenti, in quanto
risulta collegato ad una delle due loro estremità.
Quando vengono messe in comune le estremità che devono essere collegate al polo
negativo, si dice che il display è del tipo a catodo comune; se invece sono messe in
comune le estremità da collegare al polo positivo, si dice che il display è ad anodo
comune.
Figura
2
Collegamenti in un
display a catodo
comune: come si
vede, ogni segmento
è identificato tramite
una lettera da a a g;
con un display di
questo tipo, occorre
collegare a massa il
piedino CC (catodo
comune)
e
far
pervenire
una
tensione positiva ai
piedini corrispondenti
ai
segmenti
da
accendere.
15
Vediamo adesso come si possa procedere nella realtà per far apparire i numeri sul nostro
display. La cosa più semplice, volendo realizzare un comando manuale, sarebbe quella di
inserire tanti interruttori per accendere e spegnere a piacere i vari segmenti. Certo non
sarebbe un sistema comodo da usare: per far apparire la cifra 1, ad esempio, dovremmo
chiudere gli interruttori b e c; per la cifra due dovremmo chiudere gli interruttori a b e g d e
così
via.
Si
tratta
insomma
di
operazioni
lente
e
noiose.
Si potrebbe allora pensare di usare 10 interruttori, uno per ogni cifra, collegando ad ogni
interruttore tutti i segmenti che rappresentano una certa cifra. L'idea è realizzabile, ma
richiede un elevato numero di diodi, da interporre fra gli interruttori ed i segmenti.
Per fortuna vengono in nostro aiuto i soliti circuiti integrati tutto fare; genericamente
parlando, tali circuiti vengono detti "display drivers" e cioè "circuiti per pilotare display".
Tutti questi integrati hanno piedini di uscita che si collegano ai segmenti del display, e ne
comandano l'accensione in funzione del numero da rappresentare. Ciò che cambia è il
modo in cui questi integrati accettano in ingresso il dato da rappresentare: uno dei più
comuni è il cosiddetto formato "BCD", che significa "Binary Coded Decimal" (ovvero
"valore decimale codificato in binario").
Nel sistema BCD ogni cifra viaggia, per così dire, su quattro fili, che trasportano ciascuno
un valore binario, ovvero un livello di tensione H o L (alto o basso, e cioè 1 o zero). Nella
tabella che segue vediamo le combinazioni di valori che corrispondono ad ogni cifra:
cifra D1 D2 D3 D4
0
L
L
L
L
1
H L
L
L
2
L
H L
L
3
H H L
L
4
L
L
H L
5
H L
H L
6
L
7
H H H L
8
L
L
L
H
9
H L
L
H
H H L
Sull'integrato sono presenti quattro piedini proprio per ricevere i quattro fili che portano
l'informazione BCD; in genere sono indicati come A0, A1, A2, A3 oppure D0, D1, D2, D3 o
ancora, semplicemente, A, B, C, D.
16