Verifica stato di carica batteria auto con Amp.Op
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A cura dell’alunno Carlo Federico della classe IV sez. A Indirizzo Informatica Sperimentazione ABACUS Dell’Istituto Tecnico Industriale Statele A. Monaco di Cosenza Anno scolastico 2009-2010 Supervisore Prof. Giancarlo Fionda Insegnante di Elettronica PROGETTO E VERIFICA DEL FUNZIONAMENTO DI UN CIRCUITO DI SEGNALAZIONE DELLO STATO DI CARICA DELLA BATTERIA DI UN’AUTOMOBILE REALIZZATO CON AMPLIFICATORE OPERAZIONALE. Schema del circuito Tensione batteria VB VB < 11V 11V ≤ VB ≤ 13V VB > 13V Rosso Acceso Spento Spento LED Giallo Spento Acceso Spento Verde Spento Spento Acceso Stato batteria Sottocarica normale sovraccarica La tabella riassume la modalità di segnalazione del circuito. Funzionamento del circuito Al fine di disporre di una tensione stabile, si utilizza uno stabilizzatore di tensione fissa a tre piedini, il 7805. Il 7805 fornisce in uscita una tensione stabilizzata 5V, che alimenta il circuito di segnalazione. Tale circuito è costituito, essenzialmente, da un comparatore a finestra che pilota tre diodi LED. Poiché la tensione dei comparatori può variare da 0 a 5V, si utilizza come segnale d’ingresso un quarto della tensione della batteria, ottenuto mediante il partitore R1-R2. Il valore 12V corrisponderà a 3V, 11V a 2,75V, 13V a 3,25V. Le tensioni di soglia del comparatore a finestra sono rispettivamente VL = 2,75V e VH = 3,25V. 1 ⎧Vo1 = Vo1H ≅ 5V ⎧D1 in conduzione ⇒ ⇒ ⎨ Se VB < 11V ⇒ Vi < VL = 2,75V ⇒ ⎨ ⎩D 2 int er det to ⎩Vo 2 = Vo 2 L = 0 ⇒ TR saturo ⇒ LED rosso acceso : stato batteria scarica Se 11V ≤ VB ≤ 13V ⇒ VL = 2,75V ≤ Vi ≤ 3,25V = VH ⎧Vo1 = Vo1L = 0 ⇒ ⇒ ⎨ ⎩Vo 2 = Vo 2 L = 0 ⎧D int er det to ⇒ ⎨ 1 ⇒ TR int er det to ⇒ LED giallo acceso : stato batteria normale ⎩D 2 int er det to ⎧Vo1 = Vo1H = 0 ⎧D int er det to Se VB > 13V ⇒ Vi > VH = 3,25V ⇒ ⎨ ⇒ ⎨ 1 ⇒ ⎩D 2 in conduzione ⎩Vo 2 = Vo 2 H ≅ 5V ⇒ TR saturo ⇒ LED verde acceso : stato batteria sovraccarica Dimensionamento del circuito Partitore R1-R2: si pone R 1 = 33kΩ VB R2 = VB ⇒ R 1 + R 2 = 4R 2 ⇒ R 1 = 3R 2 si calcola R 2 = 100kΩ 4 R1 + R 2 Partitore R3-RT-R4 R eq = R 3 + R + R 4 ⇒ VL = R4 ⋅ VCC R eq VH = R + R4 R R R ⋅ VCC = ⋅ VCC + 4 ⋅ VCC = ⋅ VCC + VL R eq R eq R eq R eq R ⋅ VCC = VH − VL R eq ⇒ R4 = ⇒ R= VL 2,75 ⋅ R eq = ⋅ R eq = 0,55 R eq VCC 5 VH − VL 3,25 − 2,75 ⋅ R eq = ⋅ R eq = 0,1R eq VCC 5 R 1 = R eq − 0,55 R eq − 0,1 R eq = 0,35 R eq Si pone R = 3,3KΩ e si calcolano R3 ed R4: R eq = R 3,3 ⋅ 10 3 = = 33 kΩ 0,1 0,1 ; R 1 = 0,35R eq = 0,35 ⋅ 33 ⋅ 10 3 = 11,55 kΩ R 4 = 0,55R eq = 0,55 ⋅ 33 ⋅ 10 3 = 18,15 kΩ. 2 ⇒ Assumendo R4 = 18kΩ si ottiene circa il valore di 2,75V. Per ottenere VH = 3,25V, al posto di R si utilizza un Trimmer RT = 5kΩ e per R3 il valore 10kΩ. Con tali valori, si ha: R eq = R 3 + R T + R 4 = 10 ⋅ 10 3 + 5 ⋅ 10 3 + 18 ⋅ 10 3 = 33 kΩ VL = R4 18 ⋅ 10 3 ⋅ 5 = 2,73V → VB = 4 ⋅ 2,73 = 10,92V ⋅ VCC = R eq 33 ⋅ 10 3 VH = αR T + R 4 ⋅ VCC R eq αR T = con 0 ≤ α ≤ 1 VH 3,25 ⋅ R eq − R 4 = ⋅ 33 ⋅ 10 3 − 18 ⋅ 10 3 = 3,45 kΩ < 5 kΩ VCC 5 Resistenze R5, R6, R7: Assumendo per i diodi LED VF = 2V e IF = 5mA, si ha: R7 = VCC − VF 5−2 = = 600 Ω valore commerciale R 7 = 560 Ω IF 5 ⋅ 10 −3 La tensione d’uscita dei comparatori sarà di circa 4V, pertanto: R5 = R6 = VOH − VF 4−2 = = 400 Ω valore commerciale 390 Ω IF 5 ⋅ 10 −3 Resistenza R8: si utilizza BJT BC237B con hFE = 200. TR saturo I CS = VCC − VCES 5 − 0,2 I 8,57 ⋅ 10 −3 = = 8,57 mA ⇒ I Bm = CS = = 42,86 µA R7 560 h FEm 200 Si assume I B = 10I Bm = 10 ⋅ 42,86 ⋅ 10 −6 = 0,4286 mA e si calcola R8: R8 = VOH − Vγ − VBES IB = 4 − 0,7 − 0,8 = 5,83k Ω valore commericale 5,6k Ω 0,4286 ⋅ 10 −3 Si utilizzano 3 diodi LED e due diodi di segnale del tipo 1N4148. Si prova il circuito prima usando l’operazionale doppio LM358, poi utilizzando il TL082. Procedimento 1. Si monta il circuito utilizzando LM358. Se non si dispone di un generatore variabile per simulare il comportamento della batteria, si fa variare il valore di VB/4 sostituendo R2 con un trimmer di 50KΩ, collegato come in figura. 3 2. Si tara il Trimmer RT in modo da ottenere VH = 3,25V. 3. Variando VB da 10V a 14V si controlla il funzionamento del circuito e si verifica la correttezza della tabella di segnalazione. 4. Partendo dal valore 2V, si aumento Vi fino ad ottenere lo spegnimento del LED rosso e l’accensione del LED giallo. Si misura tale valore di Vi che è anche il valore di soglia VL del primo comparatore. 5. Si aumenta Vi fino ad ottenere lo spegnimento del LED giallo e l’accensione del LED verde. Si misura tale valore di Vi che è anche il valore di soglia VH del secondo comparatore. 6. Si sostituisce LM358 col TL082 e si ripetono i punti 3; 4; 5. Valori rilevati LM358: Con Vi = 3V → VB = 12V, risulta: VL = 2,64V → VB = 10,56V ; VH = 3,25V tarata → VB = 13V Fissato Vi = 2V, si aumenta fino ad ottenere lo spegnimento del LED rosso e l’accensione del LED giallo, si misura: ViL = 2,63V → VB = 10,52V Si continua ad aumentare Vi fino ad ottenere lo spegnimento del LED giallo e l’accensione del LED verde, si misura: ViH = 3,24V → VB 12,96V Riassumendo Tensione batteria VB VB < 10,52V 10,52V ≤ VB ≤ 12,96V VB > 12,96V TL082: LED Giallo Spento Acceso Spento Rosso Acceso Spento Spento Verde Spento Spento Acceso Stato batteria Sottocarica normale sovraccarica Con Vi = 3V → VB = 12V, risulta: VL = 2,60V → VB = 10,4V ; VH = 3,25V tarata→ VB = 13V Fissato Vi = 2V, si aumenta fino ad ottenere lo spegnimento del LED rosso e l’accensione del LED giallo, si misura: ViL = 2,58V → VB = 10,32V 4 Si continua ad aumentare Vi fino ad ottenere lo spegnimento del LED giallo e l’accensione del LED verde, si misura: ViH = 3,27V → VB 13,08V Riassumendo Tensione batteria VB VB < 10,52V 10,32V ≤ VB ≤ 13,08V VB > 13,08V Rosso Acceso Spento Spento LED Giallo Spento Acceso Spento 5 Verde Spento Spento Acceso Stato batteria Sottocarica normale sovraccarica
