oscillatore termostatato

Istituto Professionale di Stato per l'Industria e l'Artigianato
MORETTO
Via Luigi Apollonio, 21 BRESCIA
OSCILLATORE TERMOSTATATO
1MHZ-10MHZ
Realizzazione
ROMANO FABIO
MOGLIA GABRIELE
della classe 5AI a.s. 1995-96
corso per Tecnici delle Industrie Elettriche ed Elettroniche
INDICE
SCOPO DELLA PROVA : .......................................................................................................................................... 3
OSCILLATORE TERMOSTATATO 10MHZ÷1MHZ (SCHEMA A BLOCCHI).............................................................. 3
SPIEGAZIONE SCHEMA A BLOCCHI: ................................................................................................................... 4
1° BLOCCO (CIRCUITO DI CONTROLLO): ........................................................................................................... 4
-TRANSISTOR DARLINGTON (TR1): ..................................................................................................................... 4
-LM 7805 (IC1) : ...................................................................................................................................................... 5
-CD 4049 (IC2): ....................................................................................................................................................... 6
SCHEMA PIEDINATURA:....................................................................................................................................... 7
2°BLOCCO COMPARATORE DI TENSIONE : ....................................................................................................... 8
-LM 311(IC3):.......................................................................................................................................................... 8
-3°BLOCCO OSCILLATORE AL QUARZO:............................................................................................................ 9
-IL CRISTALLO DI QUARZO:.................................................................................................................................. 9
4° BLOCCO SQUADRATORE D'ONDA: ............................................................................................................... 12
5° BLOCCO DIVISORE PER DIECI:....................................................................................................................... 12
-SN.7490................................................................................................................................................................. 12
SCHEMA PIEDINATURA: .................................................................................................................................... 13
TABELLE DELLE CONDIZIONI: ......................................................................................................................... 14
GRAFICO DEL SEGNALE AD 1MHZ..................................................................................................................... 16
GRAFICO DEL SEGNALE A 10MHz ................................................................................................................... 16
SCHEMA DEL CIRCUITO E LISTA COMPONENTI: ........................................................................................... 17
IN BREVE:................................................................................................................................................................. 18
TARATURA: ............................................................................................................................................................. 18
COMMENTI E CONCLUSIONI:.............................................................................................................................. 19
2
SCOPO DELLA PROVA :
lo scopo della prova da noi svolta h stato quello di realizzare attraverso una
basetta prestampata un oscillatore termostatato che genera in uscita un onda
quadra da 10MHz o da 1MHz.
Il comportamento di questo circuito è fortemente influenzato dalla presenza di
un cristallo di quarzo che modifica la propria frequenza di risonanza al variare
della temperatura cioè, abbassa la frequenza del segnale generato se la
temperatura aumenta e viceversa, aumenta la frequenza del segnale se la
temperatura diminuisce.
Per rendere nullo questo effetto indesiderato, abbiamo stabilizzato la
temperatura del quarzo ad un determinato valore costante .
OSCILLATORE TERMOSTATATO 10MHz÷1MHz (schema a blocchi)
Oscillatore 10MHz-1MHz
termostatato
+12V
CIRCUITO CONTROLLO
COMPARATORE
E COMANDO
DI
TP1
DELLA
TENSIONE
TEMPERATURA
SUPERFICE
DI
CONTATTO
OSCILLATORE
SQUADRA
IL
SEGNALE
1MHZ
DIVISORE
AL
PER 10
QUARZO
10MHZ
3
SPIEGAZIONE SCHEMA A BLOCCHI:
Il circuito da noi realizzato può essere schematizzato in 5 blocchi primari
costituiti da un circuito di controllo e comando della temperatura , un
comparatore di tensione, un oscillatore al quarzo,uno squadratore di segnale ed
un divisore per dieci.
1° BLOCCO (CIRCUITO DI CONTROLLO):
Con questo blocco il circuito è in grado di mantenere una temperatura costante
ai capi del cristallo di quarzo grazie al transistor che quando va in saturazione si
scalda e stabilizza la temperatura , ciò è possibile perché il cristallo di quarzo ed
il transistor sono a contatto tra di loro .Analizzando a fondo il blocco notiamo
che al suo interno sono presenti un transistor darlington e due integrati che sono
rispettivamente l' LM 7805 (IC1) ed il CD 4049 (IC2).
-TRANSISTOR DARLINGTON (TR1):
La connessione Darlington si realizza per ottenere transistor ad elevatissimo
guadagno di corrente . questa h un tipo di connessione in continua tra due
transistor , attuata in modo che essi abbiano i collettori in comune e l' emettitore
del primo sia direttamente collegato alla base del secondo .
Il guadagno di corrente statico di una connessione darlington h in prima
approssimazione il prodotto dei guadagni di corrente statica dei due BJT che la
compongono mentre la tensione di soglia necessaria per portare in stato di ON la
connessione darlington vale , nel nostro caso 1,2V.
4
Negli stadi amplificatori di potenza , si presenta la necessità di disporre di
componenti di sopportare una forte corrente Ic e, nel contempo , dotati di elevato
guadagno di corrente intrinseco (ovvero di elevato guadagno di potenza ).
Problemi di natura tecnologica fanno si che queste due esigenze siano
difficilmente realizzabili in un unico componente .
La connessione darlington si presenta come ottima soluzione a questa esigenza
in effetti , collegando in Darlington un transistore per deboli segnali (cioè con
hfe elevata e corrente di collettore bassa , con un transistore di potenza (cioè con
hfe bassa ed Ic elevata ); per le caratteristiche del darlington si ottiene un
componente avente elevata resistenza d’ingresso , elevato guadagno di corrente
ed elevata corrente d’uscita.
I parametri ibridi di un transistor darlington sono i seguenti:
hfe ≈ ( hfe1 + 1 ) hfe2 + hfe1 ≈ hfe1 hfe2
hie ≈ hie1 + ( 1 + hfe1 ) hie2 ≈ hie1 + hie2 hfe1
hre ≈ hie2 hoe1
hoe ≈ hoe2 + hoe1 hfe2
-LM 7805 (IC1) :
Schema applicativo di uno stabilizzatore integrato a 3 pin:
5
IC1
LM7805
VI
G
N
D
VO
Una serie di stabilizzatori integrati a larga diffusione è la 78xx.questa serie viene
fornita dal costruttore per valori di tensione fissi nel campo 5÷24 V
Questo è un particolare integrato costituito da tre morsetti, uno d'ingresso, uno
d'uscita ed uno da mettere a massa . La funzione di questo integrato h quella di
stabilizzare la tensione di uscita su 5V .
La sigla di questo integrato specifica che tipo di tensione fornisce in uscita
infatti il 78 sta ad indicare che la tensione h positiva (se fosse 79 la tensione
sarebbe negativa)
mentre lo 05 indica l' intensità` di questa tensione che è di 5 V .
Il nostro integrato pur ricevere in ingresso una tensione che può variare tra i 7 ed
i 35 V e dare in uscita una tensione tra i 4.8 e i 5,2V con una corrente massima
di un amper.
Vi = 12V Vu = 5
-CD 4049 (IC2):
6
SCHEMA PIEDINATURA:
N°PIEDINO FUNZIONE
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
OUTPUT(A)
INPUT (A)
OUTPUT(B)
INPUT (B)
OUTPUT(C)
INPUT (C)
VSS
N°PIEDINO FUNZIONE
9
10
11
12
13
14
15
16
INPUT(D)
OUTPUT(D)
INPUT(E)
OUTPUT(E)
NC
INPUT(F)
OUTPUT(F)
NC
Questo integrato appartiene alla famiglia CMOS e contiene al suo interno sei
porte not buffer. I buffer sono particolari amplificatori separatori d' impedenza
che non intervengono sul contenuto logico del segnale , ma possono fornire
correnti d'uscita o assorbire correnti di sink abbastanza elevate , in modo da
aumentare il fan-out delle porte cui sono collegati.Un'altra caratteristica dei
buffer h quella di consentire (grazie alla potenza che possono fornire ) il
pilotaggio , con segnali logici , di dispositivi diversi dalle porte .
Questo blocco viene pilotato dall'uscita del comparatore .Quando la temperatura
del quarzo h inferiore di quella di riferimento ,l'uscita del comparatore è 0 ma
questa passando attraverso il piedino 5 dell'inverter (IC2/B contenuto in IC2 ) e
uscendo dal piedino 4 dello stesso inverter cambia e torna a livello alto e va a
fare saturare il transistor darlington il quale scaldandosi porta il cristallo di
quarzo alla temperatura di regime.Il led rosso presente in questo blocco si
illumina quando il transistor è in fase di riscaldamento ciò è possibile perché
l'invertire IC/B ricciuta la tensione dal livello logico alto a quello basso e cosi il
catodo del ed trovandosi da un potenziale inferiore rispetto all'anodo rende
possibile l'illuminazione del ed.
I diodi DS1-DS2-DS3 collegati in serie tra la base del transistor TR1 e la massa
servono ad evitare che la corrente di lavoro di TR1 superi un certo limite che
potrebbe portare alla distruzione del transistor per effetto valanga ,questo
circuito deve essere alimentato con una tensione continua di 12 V e presenta un
assorbimento massimo , durante il funzionamento di TR1 ,di 250 milliamper
anche se h possibile alimentarlo con una tensione di 15V.
7
L'ultimo elemento di questo blocco da spiegare è l'integrato IC1 che serve per
stabilizzare la tensione da 12 volt a 5 volt dato che sia gli integrati che il diodo
LED funzionano a 5volt.
2°BLOCCO COMPARATORE DI TENSIONE :
La funzione di questo blocco è quella di pilotare il transistor darlington in modo
tale da farlo saturare ad una determinata temperatura che viene fissata .
All'interno di questo blocco compare solamente un integrato cioè l' LM 311.
-LM 311(IC3):
Questo integrato non è altro che un comparatore di tensione non invertente.
I comparatori, sono dei dispositivi che assolvono al compito di confrontare un
segnale ad un riferimento (fisso o variabile ) , fornendo all'uscita due soli livelli
possibili .In particolare , si può avere uscita alta se il segnale supera il
riferimento e bassa se non lo supera .
Poiché in genere il componente fondamentale dei comparatori è un amplificatore
operazionale, per "uscita alta" si intende la condizione di saturazione positiva
dell' amplificatore operazionale e per "uscita bassa ", quella di saturazione
negativa
Questo integrato , viene utilizzato per comparare due tensioni , infatti
nell'ingresso invertente (pin2) noi applichiamo una tensione fissa di riferimento
ottenuta mediante il partitore resistivo R7-R9-R10 mentre sul piedino non
invertente (pin 3) applichiamo una tensione che varia al variare della
temperatura visto che viene prelevata da un secondo partitore costituito da R6DS4-DS5-R8.
Questa tensione varia proprio poiché i diodi DS4-DS5 vengono applicati
direttamente sul contenitore del quarzo e poiché la caduta di tensione ai capi di
un diodo tende a diminuire all'aumentare della temperatura e viceversa aumenta
al diminuire della temperatura , ne consegue che se la temperatura esterna del
quarzo aumenta avremo una diminuzione di tensione ai capi dei diodi DS4-DS5
e di conseguenza una diminuzione di tensione ai capi del piedino non invertente
del comparatore.(i due diodi possono essere considerati come dei sensori).
Il cristallo di quarzo, il transistor darlington ed i due diodi sonda sono a contatto
gli uni con gli altri perché il transistor quando è in saturazione deve scaldare il
cristallo di quarzo e i due diodi devono "controllare" la temperatura per
migliorare questo scambio di calore abbiamo immerso questi quattro
componenti nel grasso al silicone che è un buon conduttore di calore.
L'uscita di questo comparatore andrà a pilotare il transistor darlington in modo
tale da farlo saturare se la temperatura del quarzo è inferiore a quella prefissata .
In uscita avremo uno zero quando la tensione di riferimento h superiore a quella
8
variabile cioè quando la temperatura esterna è inferiore di quella di riferimento
mentre avremo in uscita i 5V quando la tensione che varia è superiore di quella
di riferimento cioè quando la temperatura esterna è uguale o superiore a quella
di riferimento.
-3°BLOCCO OSCILLATORE AL QUARZO:
Questo blocco è in grado di fornire un segnale avente una frequenza di 10MHz
attraverso il cristallo di quarzo collocato al suo interno .
In questo blocco compare un inverter che viene prelevato dall' integrato IC2 ed
un cristallo di quarzo.
-IL CRISTALLO DI QUARZO:
Questo è un componente elettronico molto usato per realizzare generatori di
clock estremamente stabili in frequenza , in tali circuiti la frequenza di
oscillazione coincide con quella di risonanza del quarzo.
Il cristallo di quarzo appartiene alla categoria dei materiali piezoelettrici,che, in
presenza di una sollecitazione di tipo meccanico , si comporta come un
generatore di fem proporzionale alla sollecitazione . Questa proprietà` è sfruttata
nei microfoni piezoelettrici , negli accendigas ma più in generale nei trasduttori
piezoelettrici. Il fenomeno della pizoelettricità è reversibile ossia applicando una
differenza di potenziale ai capi del cristallo questo si deforma meccanicamente;
questa proprietà è sfruttata negli altoparlanti piezoelettrici o nei buzzer.
Il cristallo è equivalente ad un circuito formato da una serie tra una resistenza
(Rs) , un condensatore (Cs) e un induttanza (Ls)in parallelo ad un condensatore
(Cp) :
Rs
Cs
Ls
Cp
Dato che al cristallo di quarzo devono essere saldati due conduttori (reofori) , è
necessario metallizzare le superfici di contatto , questo procedimento da origine
alla capacità` Cp che compare nel circuito equivalente. La resistenza di perdita
9
Rs presente nel circuito in figura , rappresenta le perdite di potenza attiva che si
manifestano nel cristallo , tali perdite sono generalmente molto basse ( si parla
di bontà` del circuito risonante serie che si aggirano intorno a valori mediamente
superiori a 10000). In prima approssimazione si può perciò trascurare la
presenza della resistenza Rs
A seconda delle dimensioni e dello spessore , il quarzo ha una propria frequenza
di risonanza , qualora lo si colleghi ai morsetti di un generatore di tensione a
frequenza variabile , esso si pone in vibrazione e la vibrazione ha la massima
ampiezza allorché la frequenza della tensione fornita dal generatore coincide con
quella di risonanza del quarzo. In corrispondenza della frequenza di risonanza ,
l’impedenza opposta dal quarzo al passaggio della corrente è minima ed è di tipo
puramente resistivo . In base al suo comportamento elettrico in funzione della
frequenza , il quarzo può essere rappresentato come schema sopra riportato.
In corrispondenza di frequenze abbastanza basse, il quarzo ha un
comportamento analogo a quello del circuito risonante serie (R, L, Cs) e come
tale ha una prima frequenza di risonanza:
FS =
1
2π LCS
Al crescere della frequenza al di sopra del valore di risonanza , il circuito
risonante serie si comporta come una reattanza di tipo induttivo ; in tal modo,
per F>Fs il quarzo si può schematizzare come un circuito risonante parallelo L
Cp e come tale raggiunge una nuova frequenza di risonanza :
FP = FS • 1 +
CS
CP
Oltre ad avere due distinti valori di frequenza di risonanza, il quarzo , come ho
già detto in precedenza , ha un coefficiente di qualità Q di valore molto elevato.
I limiti di impiego del cristallo di quarzo sono dati dalle dimensioni fisiche ,
infatti lo spessore delle piastrine è inversamente proporzionale alla frequenza Fs
, perciò , a frequenze molto elevate , la piastrina diviene troppo sottile e perde la
resistenza meccanica ; a frequenze molto basse è di spessore eccessivo . pertanto
il campo di uso di elementi risonanti al quarzo va da alcuni KHz ad alcuni
MHz.
Il quarzo può essere inserito in un oscillatore in molti modi , comunque esso
riesce , grazie all’elevatissimo valore di Q ed alla stabilità di frequenza di
oscillazione che lo caratterizza , a portare il grado di stabilità del sistema fino a
ordini di 0.1m % e , nel caso in cui venga particolarmente protetto alle
variazioni termiche (come nel nostro caso) , fino a 0.01µ%.
Nella tabella che segue sono riportati alcuni valori tipici di cristalli di quarzo
usati in campo industriale:
10
Ls(Hz)
Rs(Ω)
Ls(H)
Cs(pF)
Cp(pF)
f0(Hz)
ε
90K
15K
137
0.0235
3.5
88700
5090
280K
1.35K
27.7
0.0117
6.18
279568
36042
525K
220
7.8
0.0115
6.3
531403
118379
2M
150
0.785
0.00135
3.95
2000865
65792
Una caratteristica fondamentale per la nostra prova è che tutti i cristalli di quarzo
anche i migliori e più costosi , risentono in modo considerevole delle variazioni
di temperatura , cioè variano la propria frequenza al variare della temperatura
ambiente , quindi per ottenere un elevata precisione di lettura occorre
stabilizzare anche la temperatura ambiente .
Tali variazioni vengono normalmente indicate sui manuali in "parti per milione"
(p.p.m.), cioè se noi troviamo scritto per esempio che il quarzo x ha una
variazione di 50 p.p.m in un campo di temperatura compreso fra -200C e +800C
(cioè con uno sbalzo di temperatura complessivo di 1000C) questo cristallo
sposta al massimo la propria frequenza di 50Hz per ogni milione .Quindi se si
tratta per esempio di un quarzo da 10MHz, la massima variazione di frequenza
ottenibile sarà`:
50 x 100 = 500 Hz
In questo blocco , l'oscillatore vero e proprio , che utilizza un quarzo da 10
MHz, si ottiene sfruttando un inverter(vedi inverter A) contenuto all'interno di
IC2.
Il compensatore C2 ci servirà` per modificare la frequenza del quarzo quando
questo avrà` raggiunto la sua temperatura di stabilizzazione , in modo da portarla
esattamente sui 10MHz.Infatti quando il quarzo è caldo, l'oscillatore potrebbe
generare un onda avente una frequenza più bassa del richiesto , ad esempio
potrebbe oscillare a 9.999.980 Hz , ed in tale caso sarà necessario ridurre la
capacità applicata fra il piedino 3 dell'inverter A e la massa in modo da portare
la frequenza sul valore desiderato.
Oltre al compensatore C2 (che varia da 10pF a 60pF) in questo blocco
compaiono altri due condensatori ( C3 e C4) ed un induttanza (JAF1) che
servono rispettivamente a risfasare il segnale in uscita all'inverter ( i due
condensatori) e a costringere il circuito a funzionare a 10MHz e non sulle
armoniche del segnale (induttanza).
In questo caso, linverter non funziona più come porta logica dato che
possedendo un impedenza d' ingresso molto elevata (infinita) sulla resistenza R2
11
non c'è una caduta di tensione visto che non circola corrente e pertanto la
tensione d'ingresso è uguale alla tensione d'uscita..
4° BLOCCO SQUADRATORE D'ONDA:
Questo blocco è costituito solamente da un inverter (E) prelevato dall' integrato
IC2 e la sua funzione è quella di stadio separatore invertente che preleva il
segnale generato dall' oscillatore al quarzo e lo applica contemporaneamente all'
ingresso dell'integrato IC4 (un TTL di tipo SN.7490 impiegato come divisore x
10) e dell' inverter F in modo da poter ottenere in uscita , a seconda che la si
prelevi dal piedino 10 oppure dal piedino 15 di IC2, rispettivamente una
frequenza di 1MHz oppure di 10MHz appartenenti ad un onda quadra.
5° BLOCCO DIVISORE PER DIECI:
La funzione di questo blocco è quella di dividere il segnale proveniente dallo
squadratore d'onda per dieci, all' interno di questi sono presenti due inverter ed
un integrato (IC4) che corrisponde ad un SN.7490
-SN.7490
12
Schema interno:
SCHEMA PIEDINATURA:
N°PIEDINO FUNZIONE
1
CK1
2
MR1
3
MR2
4
NC
5
VCC
6
MS1
7
MS2
N°PIEDINO FUNZIONE
8
Q2
9
Q1
10
GND
11
Q3
12
Q0
13
NC
14
CK0
Questo integrato è un contatore digitale costituito fondamentalmente da quattro
flip-flop di tipo T (toggle) collegati in cascata.
Un flip-flop di tipo T è formato da un flip-flop di tipo JK , del quale si utilizza
soltanto l'ingresso di clock anche se bisogna specificare che i JK impiegati
possono essere di tipo edge trigger (cioè comandati da un fronte d'onda) oppure
un master-slave ( cioè comandati da un intero impulso , ovvero due fronti
d'onda).
13
Per comprendere il funzionamento di questo integrato , si considera un flip-flop
del tipo J-K (negative edge o master-slave) con collegati gli ingressi J e K ad un
livello costante "1" . Con questa configurazione, ad ogni comando di clock ,
l'uscita inverte il proprio stato rispetto a quella che era la condizione precedente
al comando ed il flip-flop così disposto viene detto di tipo T .
Possiamo dire che per ottenere in uscita una forma d'onda completa si devono
verificare due comandi di clock e pertanto come è facile dedurre , l'uscita di un
circuito del genere, fornisce una forma d'onda costituita da un numero di impulsi
pari alla metà di quelli del segnale di clock, per cui il dispositivo si può
considerare un divisore per due.Se poi all' uscita di questo blocco ne
colleghiamo un altro con le stesse caratteristiche , si ottiene un divisore per
quattro pertanto si può concludere dicendo che con una cascata di flip-flop T si
ottiene un sistema che esegue la divisione della frequenza del clock secondo le
successive potenze di due.
Il nostro integrato cioè il 7490 decade di conteggio (4-bit decade counter) è
costituito da 4 flip-flop del tipo master-slave che conta in BCD fino a 9 e si
azzera al decimo impulso .Per contare in BCD occorre collegare esternamente
l'uscita del primo flip-flop Q0 con l'ingresso di clock CK1 della terna
successiva.
L'ingresso degli impulsi da contare è in CK0. MS1 e MS2 (master-set) se portati
entrambi ad "1" producono 9 sulle uscite ( in binario "1001") mentre MR1 e
MR2 (master reset) se portati ad "1" resettano tutte le uscite .
TABELLE DELLE CONDIZIONI:
Tabella degli stati di conteggio dell’ .integrato 7490:
CONTEGGIO
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Q0
Q1
USCITE
Q2
L
H
L
H
L
H
L
H
L
H
L
L
H
H
L
L
H
H
L
L
L
L
L
L
H
H
H
H
L
L
Q3
L
L
L
L
L
L
L
L
H
H
14
Tabella delle condizioni di Set-Reset dell’integrato 7490:
INGRESSI
RESET
MR1
MR2
H
H
H
H
X
X
L
X
X
L
L
X
H
L
MS1
L
X
H
L
X
X
L
USCITE
SET
MS2
X
L
H
X
L
L
X
Q0
L
L
H
Q1
L
L
L
Q2
L
L
L
CONTA
CONTA
CONTA
CONTA
Q3
L
L
H
Diagramma delle temporizzazioni:
La funzione di questo blocco come già detta è quella di trasformare la forma
d'onda avente una frequenza di 10MHz in un altra onda equivalente con una
frequenza di 1MHz , ciò avviene nel seguente modo :
Il segnale uscito dal blocco squadratore va contemporaneamente nel piedino 14
dell'inverter F che funziona come stadio separatore ed esce dal piedino 15 dello
stesso e giunge in uscita fornendo un segnale di 10MHz , nel frattempo lo stesso
segnale giunge al piedino 1 dell' integrato IC4 ed entra nel primo stadio divisore
(x5) e l'uscita di questo (11) è collegata in cascata con il secondo stadio divisore
cioè quello per due (ingresso 14) e l'uscita di questo ultimo blocco (piedino 12)
viene mandata in ingresso (piedino 9) all'inverter D il quale come il precedente
funziona da stadio separatore e in uscita a questo inverter (piedino 10 )abbiamo
15
il segnale a 1MHz proprio perché l'integrato IC4ci divide il segnale d'ingresso
prima per cinque e poi per due (5 x 2 =10).
Tramite le sonde dell'oscilloscopio abbiamo letto la frequenza dei due segnali.
GRAFICO DEL SEGNALE AD 1MHz
GRAFICO DEL SEGNALE A 10MHz
Come si può ben notare l’onda quadra di 10MHz da noi ottenuta si discosta
notevolmente da quella che ci saremmo aspettati , ciò è dovuto soprattutto ai
notevoli disturbi che influenzano il comportamento del circuito come ad
esempio la temperatura, che nonostante i provvedimenti di autocompensazione
che il circuito stesso utilizza,resta sempre un fattore di disturbo .
16
SCHEMA DEL CIRCUITO E LISTA COMPONENTI:
Dopo avere analizzato il funzionamento dei singoli blocchi ora riportiamo lo
schema elettrico dell'oscillatore termostatato:
IC1
LM7805
VI
G
N
D
VCC
VO
VCC
DL1
LED ROSSO
C1
10uF
R6
2,7K
R4
220
1/2WATT
R3
470
1/2WATT
TR1
R5
1K
U1
IC2/C
tp1
7
TIP 110
R7
22K
DS1
1N4148
6
4049
LM311
IC2/B
R1
4,7
1/2WATT
4
5
DS2
1N4148
DS4
1N4148
R9
10K
DS5
1N4148
R10
10K
4049
DS3
1N4148
C6
22000pF
C8
22000pF
R8
1K
XTAL
10MHZ
JAF1
10uH
C5
R2
pin5 IC4
10K
22uF
IC2/D
IC2/A
3
IC2/E
2
11
4049
C2
10-60pF
C3
22pF
12
4049
14
1
2
3
6
7
IC4
A
B
QA
QB
QC
QD
12
9
8
11
9
10
1MHZ
4049
R0(1)
R0(2)
R9(1)
R9(2)
7490
C4
12pF
IC2/F
14
15
10MHZ
4049
Per la realizzazione di questo circuito abbiamo utilizzato il seguente materiale:
OSCILLATORE 10MHZ-1MHZ TERMOSTATATO
ELENCO COMPONENTI
1 1 C1
10uF 13 1 JAF1
10uH
2 1 C2
10-60pF14 1 R1
4,7ohm.1/2WATT
3 1 C3
22pF 15 3 R2,R9,R10 10Kohm
4 1 C4
12pF 16 1 R3
470ohm,1/2WATT
5 1 C5
22uF 17 1 R4
220ohm,1/2WATT
6 2 C6,C8
22000pF18 2 R5,R8
1Kohm
7 1 DL1
LED
19 1 R6
2.7Kohm
8 5 DS1,DS2,DS3,DS4,DS5 1N148 20 1 R7
22Kohm
9 1 IC1
LM7805 21 1 TR1
NPN
10 1 IC2/
4049
22 1XTAL
10MHZ
11 1 IC3
LM311
12 1 IC4
7490
17
IN BREVE:
Il funzionamento globale del circuito può essere così riassunto:
Quando il quarzo è freddo , cioè la sua temperatura esterna risulta più bassa
rispetto al valore da noi prefissato agendo sul trimmer R10 , la caduta di
tensione ai capi di DS4-DS5 è elevata , quindi la tensione presente sul piedino 3
di IC3 è più alta di quella di riferimento applicata sul piedino 2.
Ne consegue che sull'uscita di tale integrato risulterà presente una tensione nulla
mentre sull'uscita dell'inverter B avremo la massima tensione positiva che andrà
a polarizzare la base diTR1 portandolo in conduzione .Tale transistor inizierà
pertanto a scaldarsi e poiché la sua parte metallica è
applicata al contenitore del quarzo , anche quest'ultimo si scalderà.
Contemporaneamente il diodo LED DL1 accendendosi ci segnalerà che il quarzo
è in fase di preriscaldamento , cioè non ha ancora raggiunto la temperatura
ottimale di impiego , quindi anche la frequenza in uscita non è esattamente
quella richiesta.
Quando finalmente si raggiungerà la temperatura prefissata di lavoro, sul
piedino 3 di IC3 si avrà una tensione più bassa rispetto a quella di riferimento
applicata sul piedino 2 ed automaticamente l'uscita di tale integrato si porterà ad
un livello alto, cioè su tale uscita risulterà presente la massima tensione positiva
(5 Volt) .
In conseguenza di questo, sull'uscita dell' inverter B (piedino 4) avremo una
tensione nulla cosicché il transistor risulterà interdetto e il diodo LED DL1 si
spegnerà . Dopo che la temperatura si è stabilizzata è sufficiente che questa si
abbassi anche solo di qualche decimo di grado perchè la tensione sul piedino 3
di IC3 torni ad essere più alta di quella sul piedino 2 e di conseguenza l'uscita di
tale integrato torni a pilotare il transistor di potenza facendogli così generare del
calore ( il circuito viene alimentato da una tensione di 12 Volts che viene
utilizzata soltanto per alimentare il collettore del transistor , mentre per gli
integrati la tensione viene fornita dallo stabilizzatore cioè una tensione di
cinque volts ) .
TARATURA:
Prima di fornire tensione al nostro circuito si deve ruotare il cursore del trimmer
(R10) in modo da cortocircuitare completamente la resistenza , cioè in modo da
ottenere sul piedino 2 di IC3 la tensione più bassa possibile.
A questo punto si alimentato il circuito e si vede che il LED si accende per
indicarci che il transistor sta cominciando a condurre e quindi a riscaldare il
quarzo.
Successivamente si deve fare ruotare il trimmer in senso contrario , (dopo avere
raggiunto una temperatura di circa 40°C) , in modo da fare spegnere il LED , che
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ci indica che il transistor ha smesso di scaldare il quarzo . Raggiunta questa
condizione , si è praticamente fissata la temperatura di funzionamento del quarzo
ed il circuito si autosostiene.
Dopo alcuni minuti necessari per fare stabilizzare il circuito, possiamo tarare
anche il comparatore C2 che diminuisce od aumenta la capacità applicata sul
piedino di’ ingresso dell' inverter A in modo tale da riportare la frequenza dei
segnali sui valori precedentemente prefissati
COMMENTI E CONCLUSIONI:
Con la realizzazione di questo circuito si sono voluti analizzare in modo
approfondito determinati componenti elettronici già incontrati in precedenti
circuiti ma mai analizzati in modo approfondito come ora.Ciò è stato possibile
tramite i manuali forniti dal laboratorio.
Per quanto riguarda il complesso della prova possiamo ritenerci soddisfatti
anche se il funzionamento del circuito non ha coinciso con le aspettative
teoriche visto che l’onda quadra da 10MHz da noi ottenuta era molto disturbata
rispetto a quella di 1MHz.
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