SOMMARIO
INTERRUTTORE NIGHT-LIGHT CON TRIAC .....................................................................2
FUNZIONAMENTO DEL CIRCUITO.....................................................................................2
COMPONENTI UTILIZZATI NELLA PROVA: .......................................................................4
QUADRANTI DI FUNZIONAMENTO E CARATTERISTICHE DEL TRIAC: .........................4
TRIGGER DI SCHMITT.........................................................................................................5
FOTORESISTENZA: .............................................................................................................6
BIBLIOGRAFIA .........................................................................................................8
Interruttore Night Light con TRIAC LX851
5AI TIEE 1993-94
IPSIA Moretto Brescia
INTERRUTTORE NIGHT-LIGHT CON TRIAC
Esistono molti tipi di interruttori crepuscolari in commercio, quello realizzato in laboratorio
denominato INTERRUTTORE NIGHT- LIGHT, presenta quattro vantaggi rispetto ad altri
modelli:
1) Non possiede alcun relè ma solo un triac, in grado di alimentare lampade fino ad un massimo di
700-800 Watt.
2) È autoalimentato, quindi lo si può collegare direttamente ai due fili che ora si congiungono
all'interruttore di rete che accende le lampade.
3) L'innesco del triac viene effettuato da rete di sfasamento al passaggio della semionda alternata
sullo zero e questo ci permette di ridurre il "rumore di commutazione" e la dissipazione in calore
dello stesso triac.
4) Vi è un solo trimmer di taratura. Non appena si supera il livello di oscurità per il quale è stato
tarato, automaticamente il triac si innesca e, sempre automaticamente, si disinnesca quando al
mattino aumenta la luminosità.
TENSIONE
SORGENTE
LDR
LUMINOSA
TRIGGER
DI
SMITH
DIAC
TRIAC
fig. 1 schema a blocchi
FUNZIONAMENTO DEL CIRCUITO
Per la descrizione del funzionamento del circuito inizieremo dalle due boccole d'ingresso.
L'accensione avverrà solo e soltanto quando il Triac TRC1 si porterà in conduzione e questa
funzione di comando dell'eccitazione verrà svolta dal circuito composto dalla fotoresistenza FR1,
dai due transistor TR1 e TR2, dal ponte raddrizzatore RS1 e dal Diac. Procediamo partendo dal
Triac TRC1, collegato in serie alla lampada, sulla rete a 220 volt. Come si può constatare, il Gate
di questo Triac viene azionato attraverso un Diac e poichè la tensione di soglia di questo
semiconduttore è di circa 30 volt, bisognerà per prima cosa abbassare la tensione di alimentazione
dai 220 volt a circa 40-50 volt, in modo da essere certi che la tensione di alimentazione superi il
valore di soglia del Diac, ma non ecceda esageratamente per non inviare sul Gate del Triac una
corrente eccessiva.
Questa specifica funzione viene svolta dal condensatore C4 e dalla resistenza R7, collegati in
R6
1M
1/2 W
C4
100nF
630V
220V
60W
C5
RS1
100V
DIAC
ST2
1/2 W
630V
A2
A1
R3
R4
100K
4.7K
1/4 W
1/4 W
R2
C3
BC237
1/4 W
TR1
C2
1uF
R5
1uF
800V
R8
6A
100
1W
220
BC237
C1
G
TRC1
10nF
TR2
100K
FR1
100nF
R7
68K
1A
R1
1M
220V
220ohm
1/4 W
2
serie sulla rete a 220 volt. Attraverso la resistenza R6 questa tensione verrà poi applicata ad un
capo del Diac che, entrando in conduzione, trasferirà questa tensione sul Gate del Triac TRC1,
ogni volta bisognerà eccitarlo. In questo circuito di innesco è presente anche il condensatore C3,
collegato fra il Diac ed il terminale A1 del Triac TRC1. Quest'ultimo è un condensatore di
sfasamento e serve per sincronizzare l'innesco del Triac con il passaggio dallo zero della tensione
di rete. In questo modo verrà drasticamente ridotto il "rumore di commutazione" del Triac ed
inoltre verrà limitata al minimo la dissipazione di potenza del Triac stesso. A questo punto se nel
circuito non fossero presenti la fotoresistenza FR1, i due transistor TR1 e TR2 ed il ponte
raddrizzatore RS1, il Triac TRC1 rimarrebbe sempre eccitato in quanto il Diac, ad ogni passaggio
sullo zero della tensione di rete, fornirebbe degli impulsi di comando sul Gate del Triac
eccitandolo.
Vediamo pertanto come il circuito di controllo collegato alla fotoresistenza agisce sull'innesco del
Triac, impedendo l'innesco di quest'ultimo fino a quando la luce ambientale non scende al di sotto
del livello stabilito da noi. Per prima cosa dobbiamo subito dire che la resistenza R6, che abbiamo
già visto nel circuito d'innesco del Triac, svolge una duplice funzione, infatti, oltre ad essere
utilizzata nella rete di sfasamento assieme al condensatore C3 per l'alimentazione del Diac, viene
utilizzata anche da resistenza di limitazione per la tensione di alimentazione necessaria al circuito
di comando collegato alla fotoresistenza FR1. Attraverso il ponte di diodi RS1, tale tensione
alternata viene raddrizzata poi livellata dal condensatore C2, in modo da ottenere una tensione
continua di circa 30-40 volt. Questa tensione continua è presente ai capi del trimmer R1, della
resistenza R2, della fotoresistenza FR1 collegati alla base del transistor TR1. Come è noto, una
fotoresistenza varia il proprio valore ohmico in funzione della luce che riceve, in pratica al buio
presenta un valore di circa 10 megaohm, mentre se colpita da una luce intensa, di soli 300-400
ohm.
Poichè questa fotoresistenza è collegata in serie al trimmer R1 ed alla resistenza R2, ne consegue
che sulla base del transistor TR1 si avrà una tensione positiva di circa 15 volt quando la fotoresistenza si troverà al buio e di pochi millivolt, cioé in pratica 0 volt, in presenza di luce. I
transistor TR1 e TR2 sono collegati fra loro in modo da ottenere un efficace trigger di Schmitt e, a
tal proposito, il collettore di TR2 non risulta collegato al gate del triac per bloccarne l'eccitazione,
bensi` ai capi del ponte raddrizzatore RS1.
Vediamo brevemente come funziona questo stadio partendo dalla condizione di fotocellula
illuminata e quindi con la base del transistor TR1 non polarizzata. In questo caso il transistor TR1
risulterà interdetto e pertanto la base del transistor TR2, per la presenza della resistenza R3
risulterà polarizzata. Il transistor TR2 risultando in conduzione assorbirà un massimo di corrente
attraverso la resistenza R4 e la resistenza R5. Questo elevato assorbimento di corrente provocherà
una caduta di tensione ai capi di R6 che, abbassandosi notevolmente sotto i 30 volt, non riuscirà a
superare il valore di soglia del diac, pertanto, non ricevendo il gate del triac gli impulsi di
comando, quest'ultimo rimarrà diseccitato.
Quando, al contrario, la fotoresistenza non riceverà la quantità di luce richiesta, il transistor TR1
si porterà in conduzione, togliendo sulla base del transistor TR2 la necessaria tensione di
polarizzazione. Risultando in conduzione il solo transistor TR1, poiche` il valore della sua
resistenza di collettore (100 Kohm) risulta molto piu` elevato di quello della resistenza di
collettore del transistor TR2 (4700 ohm), l'assorbimento di corrente che ne deriverà risulterà assai
inferiore al caso precedente. Questo ovviamente non provocherà alcuna caduta di tensione ai capi
della resistenza R6, quindi ai capi del diac giungeranno 40-50 volt.
Il diac, portandosi in conduzione, invierà sul gate del triac i necessari impulsi di comando e
questo, eccitandosi, provocherà l'accensione della lampada ad esso collegata. Poiche` il diac
conduce sia in presenza della semionda positiva che di quella negativa, l'eccitazione del gate del
triac avverrà su entrambe le semionde e, cosi` facendo, la lampada verrà alimentata in alternata ad
onda intera e quindi non si avrà alcuna riduzione di luminosità.
3
COMPONENTI UTILIZZATI NELLA PROVA:
A2
TRIAC: fa parte della famiglia dei TIRISTORI, che
consentono la gestione ottimale del controllo nel
funzionamento in alternata a due semionde. Il TRIAC
N
P
presenta una struttura analoga a quella del diac ma in
N
esso è stata ricavata, rispetto al precedente, una ulteriore
P
giunzione, cui è applicato l'elettrodo di gate (Fig. 2) Il
N
N
triac presenta la proprietà di condurre cariche elettriche
in entrambi i versi (cioè all'anodo 1 all'anodo 2 e
G
A1
viceversa) ed inoltre il fenomeno di conduzione può
essere comandato mediante impulsi di corrente in gate.
Le caratteristiche di funzionamento del triac (Fig. 4) sono
A2
diverse da quelle del diac, e presentano, il valore di
corrente di mantenimento. Peraltro il comportamento del
G
triac rimane il medesimo invertendo la polarità della
A1
tensione applicata tra i due anodi. Si osservi che gli
impulsi forniti al gate per innescare la conduzione hanno
fig. 2,3 Struttura di un Triac e simbolo elettrico
normalmente la stessa polarità dell' anodo 2. In altri
termini, se A2 è positivo rispetto ad A1, si ottiene la
conduzione del triac portando il gate a potenziale positivo rispetto ad A1; viceversa, se A1 è
positivo rispetto ad A2, si ottiene la conduzione di corrente attraverso il dispositivo, fornendo al
gate un impulso di verso opposto al precedente . L'interdizione del triac si ottiene annullando la
d.d.p ai suoi capi.
QUADRANTI DI FUNZIONAMENTO E CARATTERISTICHE DEL TRIAC:
Il triac, grazie alla possibilità di funzionamento
I
in alternata, ai fini della relazione tra il comando
I
e la polarizzazione degli anodi, in una delle
II
quattro condizioni o quadranti, previste in Fig. 4.
L'analisi della figura permette di comprendere
facilmente la distribuzione dei quadranti:
IG2
IG1
IG=0
IH
- nei quadranti 1 e 2, l'anodo A2 risulta a
- VBO
potenziale superiore, rispetto all'anodo A1. La
VBO
-IH
diversificazione tra i due quadranti, è
-IG=0 -IG1
-IG2
rappresentata dal verso della corrente di
comando:
-nel quadrante 1, la corrente Ig è entrante nel
gate;
III
IV
-nel quadrante 2, la corrente Ig è uscente dal
gate.
fig. 4 Caratteristica I=f(V) di un Triac
- Nei quadranti 3 e 4, l' anodo A2 risulta a
potenziale inferiore, rispetto all'anodo A1. La
diversificazione tra i due quadranti, e` rappresentata dal verso della corrente di comando:
-nel quadrante 3, la corrente Ig e` uscente dal gate;
-nel quadrante 4, la corrente Ig e` entrante nel gate.
V
La logica della distinzione dei quadranti, assume una importanza rilevante ai fini dei circuiti di
comando ad impulsi del gate. Da cio` discende che si presume di utilizzare un solo circuito di
4
comando al gate per entrambe le semionde di rete, pertanto le caratteristiche dell'impulso di
comando sono uguali, qualunque sia la polarizzazione degli anodi.
DIAC: è un dispositivo a semiconduttore realizzato mediante cinA2
que zone di drogaggio di tipo NPNPN. All'esterno esso presenta
solamente due elettrodi, che ne giustificano il nome ( DIAC = diode
A1
alternate current = diodo per corrente alternata ). Il comportamento
fig.5a simbolo del DIAC
del DIAC si può comprendere dall'esame della caratteristica di
I
figura 5b. Da questa si trae che il DIAC può essere posto in
conduzione sia applicandogli una d.d.p in un verso, che nel verso
Ib
-Vbo
V
opposto. La condizione di innesco è che la d.d.p ai capi ( in un verso
-Ib Vbo
o nell' altro ), superi la tensione di rottura VB0. Una volta avvenuto
l'innesco, la tensione che si stabilisce ai capi del DIAC è minore di
fig.5b caratteristica del DIAC
VB0 ( come si può vedere dalle caratteristiche ).Valori tipici di
funzionamento di un DIAC, con riferimento alle grandezze indicate
A2
in figura 5b sono :
-VB0 ~ 30v : tensione di rottura ;
N
-IB : dell' ordine delle centinaia di uA, è la corrente all'innesco.
P
Non è possibile definirla corrente di mantenimento, in quanto,
N
raggiunto il valore di rottura, il dispositivo presenta una zona di
P
caratteristica a resistenza differenziale negativa. Il campo di apN
plicazione del DIAC è normalmente ristretto ai circuiti di comando
dei TRIAC.
A1
fig.5c struttura interna del DIAC
TRIGGER DI SCHMITT
Il circuito, noto con il nome di Trigger di Schmitt, ha la proprietà di commutare dall'uno all'altro
dei due stati stabili tipici di un multivibratore,
in funzione dei valori assunti dal segnale
VCC
introdotto all' ingresso. Per comprendere le
modalità di funzionamento di tale circuito si
IC2
consideri la situazione iniziale in cui il segnale
RC1
RC2
C1
di ingresso risulta Vi=0. In tal caso, grazie
A
R1
all'autopolarizzazione del circuito, si ha T2 in
T2
conduzione e T1 interdetto. Ciò per il fatto
T1
1
IB2
che, alla base di T2, giunge la corrente Ib2
VU
attraverso la resistenza Rc1 ed R1, mentre la
RB1
RB2
VI
VE
corrente Ic2 provoca una caduta di tensione su
RE
Re, tale da mantenere sicuramente interdetto
2
B
T1, in quanto il potenziale di emettitore è
notevolmente superiore a quello di base. Il
fig. 6 Trigger di Schmitt a BJT
sistema rimane nella condizione sopra esposta
fino ache il segnale Vi introdotto nella base di T1, non raggiunge un valore pari a :
UTL = VRE + VBE1 = IC 2 ⋅ RE + VBE1
Allorchè V1> UTL, T1 si pone in conduzione e la tensione al suo collettore inizia a decrescere.
Poichè il collettore di T1 è connesso alla base di T2, anche il potenziale di questa tende ad
abbassarsi, portando il BJT verso l'interdizione. Dato che, nello stesso tempo, si ha una riduzione
di Ic2, il potenziale Vre si abbassa e consente a T1 di portarsi in prossimità della saturazione
ovvero a T2 di portarsi in interdizione. La reazione è stata dunque ottenuta attraverso gli emettitori
e, se il guadagno βA risulta maggiore di 1 (reazione positiva) si ottiene un funzionamento rigenerativo cioè T1 rimane in conduzione e T2 rimane in interdizione. Allorchè Vi decresce, tutto
5
ritorna nella situazione iniziale (T1 interdetto, T2 attivo). Il circuito presenta un'isteresi nella
commutazione. Questo significa che, se la commutazione iniziale avviene in corrispondenza di un
certo valore UTL, durante la crescita della tensione d'ingresso la nuova commutazione, può aver
luogo, durante la decrescita di Vi, in corrispondenza di un valore LTL diverso da UTL. L'uso
circuitale del Trigger di Schmitt è quello di squadratore ovvero, una forma d'onda qualsiasi che
raggiunga valori > UTL e < LTL, può essere trasformata in un'onda costituita da impulsi
rettangolari. Un altro uso del Trigger è quello di circuito soglia, cioè circuito in grado di
commutare in corrispondenza di un ben preciso livello del segnale d'ingresso. Grazie a
quest'ultima caratteristica il Trigger trova frequente applicazione nei circuiti industriali.
FOTORESISTENZA:
Si tratta di un componente che modifica la propria resistenza in funzione della intensità della
radiazione luminosa che la colpisce. Il principio di funzionamento è basato sulla caratteristica di
alcuni semiconduttori (solfuro di cadmio, solfuro di piombo, silicio, antimoniuro di indio), di
diminuire la propria resistenza all'aumentare della radiazione luminosa incidente. La causa della
variazione di resistenza è da attribuire al fatto che l'energia associata alla radiazione incidente
provoca, nei semiconduttori indicati, la scissione di un numero di legami covalenti proporzionale
all'intensità della luce medesima. Questo produce il passaggio di alcuni elettroni dalla banda di
valenza a quella di conduzione, pertanto migliora la conducibilità della fotoresistenza. Le
fotoresistenze non hanna verso di polarizzazione, in quanto non vi sono giunzioni sul percorso
della corrente. Nella condizione di buio completo le fotoresistenze presentano una resistenza
dell'ordine di 106-108ohm. In piena luce, il valore scende ad alcune decine di ohm. Le
fotoresistenze commerciali presentano forte dispersione delle caratteristiche, pertanto non
risultano adatte ad impieghi di precisione, ma si prestano a funzionamenti di tipo on-off. Il tempo
di risposta di una fotoresistenza ad una variazione luminosa è relativamente elevato, infatti non
giunge in condizioni normali, al di sotto di 0,3-0,4 msec. In particolare, il tempo maggiore si ha in
corrispondenza del ritorno al valore di resistenza elevata, dopo un forte illuminamento, che ha
prodotto un abbassamento della resistenza stessa.
R6
1M
1/2 W
C4
100nF
630V
220V
60W
RS1
100V
DIAC
ST2
1/2 W
630V
A2
A1
R3
R4
100K
4.7K
1/4 W
R2
C3
1/4 W
BC237
1/4 W
TR1
C2
1uF
R5
1uF
800V
R8
6A
100
1W
220
BC237
C1
G
TRC1
10nF
TR2
100K
FR1
100nF
R7
68K
1A
R1
1M
220V
C5
220ohm
1/4 W
6
Forma d'onda ai capi di C3
Forma d'onda ai capi di C1
7
Forma d'onda ai capi di C2
BIBLIOGRAFIA
LX851 Nuova Elettronica rivista n.119
Giometti Frascari Elettrotecnica Elettronica e Telecomunicazioni vol. 1 e 2 Calderini Bologna
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