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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
TX-RX a raggi infrarossi
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
47K
100
B2
+
12V
E
C1
A
FD1
LD271
K
A
UJT1
47uF
FD2
LD271
2N2646
-
B1
C2
47nF
Comini, Stanfa, Terilli 5BI 96-97
TR1
BC328
R3
56
K
R4
R5
27
27
2
TX-RX a raggi infrarossi
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
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TX-RX a raggi infrarossi
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.
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TX-RX a raggi infrarossi
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.
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TX-RX a raggi infrarossi
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
Schema interno dell' UJT
B2
L’elemento fondamentale che costituisce questo trasmettitore è
rappresentato dall ’unigiunzione UJT. Nel normale funzionamento il
Rb2
D1
E
Ie
Vbb
dispositivo deve essere polarizzato in modo che il potenziale B2 sia
maggiore di B1. La resistenza Rb1 è stata disegnata variabile in
Rb1
Veb1
B1
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.
RB1
Variazione di Rb1 al variare di Ie
Con Ie=0 la Rb1 assume valori attorno a 5K (vedi grafico e tabella)
Ip
questo valore si mantiene finchè non viene superata la corrente di picco
Iv
IE
Andamento di Rb1 in funzione di Ie
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).
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Ie(mA)
Rb1(Ω)
0
4600
1
2000
5
900
10
150
20
90
50
40
100
40
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TX-RX a raggi infrarossi
Ricevitore a raggi infrarossi LX618
Schema a blocchi
•
TRASDUTTORE DI
AMPLIFICAZIONE
SEGNALI
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.
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TX-RX a raggi infrarossi
Schema elettrico
VCC +12V
R6
C2
10uF
c
C1
470pF
b
b
TR1
e
100
TR2
COM.
R4
1K
DS1
BC337
IC1
2
DS3
1N4007
T
R
12v 1 scambio
R 4
DS2
1N4148
T D
6 7 3
Q
NE.555
1N4148
C8
10nF
c
R11
3.3K
C7
1uF
R3
RELE'
C
TR3
100nF
47uF
5
C5
1nF
C4
C9
R10
1M
R8
220
BC107
R9
56K
e
BC107
FD1
BPW34
R7
56K
C6
10nF
18pF
R1
100k
c
R5
4.7K
C3
R2
100K
b
e
TR4
BC337
GND
1M
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
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TX-RX a raggi infrarossi
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 ).
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TX-RX a raggi infrarossi
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.
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TX-RX a raggi infrarossi
L’integrato NE555
E’ il componente principale su cui si base il
funzionamento
del
ricevitore,
esso
è
VCC (5-15V)
un
NE 555
monostabile generico (temporizzatore ). La sua
uscita è caratterizzata da due possibili stati di cui
R
Comp. Sup.
TRE
S
CV
OUT
Q
uno stabile ( Q = 0 ) ed uno instabile ( Q = 1 ). Il
R
monostabile è dotato di un ingrasso di trigger, a cui
C1
DIS
Rb
C2
TRI
viene applicato un segnale di sincronismo; che
R
SA
avvia il ciclo di temporizzazione. Durante il ciclo di
TR
R
Comp. Inf.
RES
temporizzazione l’uscita Q del monostabile passa
dallo stato stabile a quello instabile, esaurita la
GND
temporizzazione l’ uscita ritorna nello stato stabile.
Schema a blocchi interna del Timer Universale 555
All’
interno
del
timer
individuiamo
due
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.
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