Aldo Vidoni

Aldo Vidoni
3°AEN
Laboratorio TDP
CREPUSCOLARE
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07/01/2008
INDICE
PRESENTAZIONE DEL CIRCUITO
CARATTERISTICHE TECNICHE DEL CIRCUITO
ELENCO MATERIALE
ELENCO STRUMENTI
DESCRIZIONE FUNZIONAMENTO DEL CIRCUITO
CALCOLO DEI COMPONENTI
SCHEMA ELETTRICO, LAYOUT E SBROGLIO
COLLAUDO
CONCLUSIONI
2
Pag.3
Pag.3
Pag.3
Pag.5
Pag.5
Pag.6
Pag.6
Pag.8
Pag.9

PRESENTAZIONE DEL CIRCUITO
Questo circuito simula il funzionamento di una lampada crepuscolare, tipicamente presente nelle
nostre case. Al diminuire della luminosità, la lampada, nel nostro caso il LED, si accende.

CARATTERISTICHE TECNICHE DEL CIRCUITO
Il circuito va alimentato ad una tensione di 9V nominali.

ELENCO MATERIALE
NOME
Foto-resistore(LDR)
Resistore variabile
Diodo LED
Diodo
Condensatore
CD4093
Connettore di
alimentazione
NOME NELLO
SCHEMA
ELETTRICO
RV1
R1
D1
D2
C1
U1A,U1B,U1C,U1D
J1A
VALORE
NOMINALE
QUANTITA’
1k
5k
//
1
1
1
1
1
1
1
100nF
//
LDR: è un foto-resistore, cioè varia la sua resistenza interna in base alla luce esterna.
3
Questo grafico mostra il funzionamento dell’LDR. Si può notare come sia un resistore variabile
lineare, cioè la sua legge è descritta da una retta.
CD4093: questo integrato della famiglia C-MOS, è un integrato logico formato da 4 porte NAND
triggerate. È un integrato a 14 pin, il piedino 14 è posto a VDD, mentre il piedino 7 è posto a VSS.
4

ELENCO STRUMENTI
Strumento
Saldatore
Multimetro
Alimentatore
variabile
Trapano

Marca
WELLER
Fluke
Modello
77 II
DESCRIZIONE FUNZIONAMENTO DEL CIRCUITO
Il circuito ha come componente principale il CD4093: questo componente ha al suo interno 4 porte
logiche NAND triggerate. Triggerate significa che passano dal livello BASSO al livello ALTO a
valori definiti di tensione. Nel nostro caso: VT+=6.2V oltre questo valore il livello viene
considerato alto. VT-=4.1V al di sotto di questo valore il livello è considerato basso.
Poniamo uno dei 2 ingressi della porta a VDD, mentre l’altro ingresso lo poniamo in uscita al
partitore formato dal foto-resistore e dal resistore variabile. Questo partitore ha cm funzione quella
di dare ai capi delle sue uscite, un valore di tensione tale per rendere l’ingresso nella porta ALTO o
BASSO. Il valore è deciso principalmente dal LDR, che regola la sua resistenza interna in base alla
luminosità esterna: se la luminosità è bassa, il valore di tensione in uscita al partitore è tale da
rendere l’ingresso della porta BASSO. Se la luminosità è alta, il valore di tensione si alza, rendendo
l’ingresso alto.
Il resistore variabile, regola il tempo di intervento, cioè la sensibilità in funzione della luce del
crepuscolare.
Essendo il CD4093 un integrato logico formato da porte NAND, il valore in uscita è dato da, posti
A=VDD, B=uscita del partitore, C=uscita: luminosità bassa--- A*B=C(alto) //// luminosità alta-- A*B=C(basso).
In uscita alla 1^ porta dell’integrato, dato che il cmos non può erogare abbastanza potenza per
accendere il LED, facciamo passare il segnale attraverso le altre 3 porte, cosicché la corrente
aumenti, e non ci sia il pericolo del non-funzionamento del LED.
Essendo però una porta NAND, la tensione in uscita è bassa quando il LED dovrebbe accendersi, e
quindi abbiamo dovuto porre l’anodo verso VDD e il catodo verso l’uscita, per farlo funzionare.
Prima del LED è stata posto un resistore di limitazione: il suo compito è quello di limitare la
corrente in entrata nel led a 10 mA, valore ottimale per il suo funzionamento.
È presente inoltre un diodo di protezione, il quale protegge il circuito da uno scambio di polarità nel
connettore di alimentazione. Se la corrente attraversa il diodo nel modo corretto, il circuito
funziona. Se invece è attraversato da una corrente opposta a come dovrebbe circolare, il diodo si
brucia, proteggendo il circuito.
5

CALCOLO DEI COMPONENTI
Per ottenere un funzionamento ottimale del crepuscolare, abbiamo dovuto calcolare tramite i
datasheet i valori delle resistenze, da applicare agli ingressi della porta logica.
6
Come si può notare dalla pagina del datasheet, i valori corrispondenti di VT+ e VT- alla V=10V,
sono: VT-=4.1V e VT+=6.2V. Noi dobbiamo progettare R1, in modo che la Vu(Tensione d’uscita)
al buio sia inferiore a 4,1V, di modo che il LED si possa accendere, e sia maggiore di 6.2V, così
alla luce il LED si spegne.
Vu=4.1V
Vcc=10V
Rs=5Kluce
Rs=1Kbuio
VuLUCE=(Vcc/(Rs+R1))*R1
R1=(Vu*Rs)/(Vcc-Vu)=(4.1*5*10^3)/(10-4.1)=3.5kΩusiamo 2.7kΩ
VuLUCE=(Vcc/(Rs+R1))*R1=(10/(1+2.7))*2.7=7.30V  7.30V>6.1V OK
VuBUIO=(Vcc/(Rs+R1))*R1=(10/(5+2.7))*2.7=3.50V  3.50V<4.1V OK
Utilizziamo un resistore variabile da 4.7kΩ, posizionato a metà cursore, per avere il valore calcolato
di 2.7kΩ.
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
SCHEMA ELETTRICO, LAYOUT E SBROGLIO
VDD
U1B
5
4
6
RV1
1k
4093
D1
LED
U1A
U1C
1
R2
8
3
10
2
9
RESISTOR
4093
2
4093
SW1
SW KEY -SPST
U1D
1
12
11
13
R1
5k
4093
CONN PLUG
D2
VDD
1A
2A
DIODE
C1
100n
J1A
ITIS "E. Fermi" Mantova
Laboratorio di T.D.P.
<OrgAddr2>
<OrgAddr3>
Title
CREPUSCOLARE
Lato componenti 
Lato rame 
8
Size
A
Document Number
Rev
Date:
Monday , December 10, 2007
<Doc>
0
Sheet
1
of
1

COLLAUDO
Diamo l’alimenatazione di 9V stabilizzati al connettore, rispettando la polarità.
Se stiamo lavorando con sufficiente luce, il LED dovrebbe rimanere spento: per fare in modo che si
accenda, dobbiamo farlo funzionare al buio, oppure coprire la parte sensibile alla luce del fotoresistore. Se tutto funziona il LED si dovrebbe accendere, “illuminando” l’ambiente.
9V
2.93mA
9.75mA
Valimentazione=
Iassorbita dal circuito(LED OFF)=
Iassorbita dal circuito(LED ON)=

CONCLUSIONI
Il circuito funziona correttamente. Abbiamo constatato che al buio il LED si accende, mentre in
piena luce il LED rimane spento. L’unica differenza l’ho notata ponendo il sensore alla luce di una
lampada a basso consumo: anche se mettevo il sensore in piena luce, il LED rimaneva acceso.
Credo che questo accasa perché il foto-resistore è stato progettato per captare una certa lunghezza
d’onda, tipica della normali lampadine a incandescenza o dei neon, ma non per le lampade a basso
consumo.
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