MORELLI VINCENZO
CONVERTITORE LUCE-TENSIONE
OBIETTIVO:
realizzazione di un circuito contenente una foto resistenza in grado di
convertire le variazioni di luminosità in variazioni di tensione.
COMPONENTI E MATERIALI:
- C.I. 74HC04
- Fotoresistenza
- Resistore a film ( 390 Ω + 5%; 0,25 W)
- Resistore a film (18k Ω + 5%; 0,25 W)
- LED giallo (ID = 10mA)
- Bread-Board
- Filo rigido da 0,5 mmq
STRUMENTI E ATTREZZI
- Alimentatore D.C. 5V
- Multimetro
- Pinzetta
- Forbici
PARTITORE DI TENSIONE:
per realizzare questo circuito è necessario effettuare una premessa
ovvero spiegare la regola del partitore di tensione, necessaria per lo
sviluppo del progetto.
Infatti, il circuito proposto in questa esperienza è formato da due
resistenze poste in serie, ovvero il foto resistore collegato in serie ad un
altro resistore. Questo tipo di collegamento dà origine ad un vero e
proprio partitore di tensione, dove la tensione Vx del resistore fisso varia
col variare della resistenza Rv secondo la seguente relazione:
MORELLI VINCENZO
Vx = Vcc .
R1 _
R1 + Rv
Essendo Rv al denominatore, la tensione
Vx aumenterà col diminuire di Rv
PROCEDIMENTO:
per realizzare il circuito ci serviamo dello schema del partitore, dove
colleghiamo in parallelo alle due resistenze il diodo LED.
Abbiamo operato su due fasi:
1) Test della foto resistenza e del diodo LED
2) Realizzazione del circuito convertitore luce-tensione
Nella prima fase, abbiamo appunto testato il corretto funzionamento del
led e del fotoresistore, pilotando il LED direttamente dalla foto resistenza
senza l’utilizzo della porta logica NOT (circuito integrato 74HC04) secondo
lo schema seguente:
MORELLI VINCENZO
Nella seconda fase ci siamo serviti di una porta logica NOT per far
accendere e spegnere il nostro diodo LED.
Infatti grazie alla porta logica Not la tensione ai capi di essa viene negata,
avendo perciò i seguenti esiti:
- quando il fotoresistore viene debolmente illuminato la sua
resistenza aumenta facendo aumentare la tensione ai capi della
porta (Vx) spegnendo il LED
- quando, invece, il fotoresistore viene sottoposto ad una intensa
luminosità, la sua resistenza diminuirà facendo diminuire la tensione
ai capi della porta accendendo il diodo LED.
MORELLI VINCENZO
Nella seguente tabella, sono riportati le variazioni della resistenza e della
tensione Vx del fotoresistore col variare dell’intensità luminosa:
Luminosità (lux)
Resistenza (kΩ)
Tensione Vx (V)
15
60
0.6
25
10
2.25
50
7
2.7
70
2
4.02
100
1
4.45
MORELLI VINCENZO
Vediamo ora per quali valori di luminosità ambientale il LED rimane
acceso. Utilizzando un integrato 74HC04 con alimentazione di 5V si
avranno i seguenti parametri:
- minima tensione d’ingresso a livello alto VIH = 3,15 V;
- massima tensione in ingresso a livello basso VIL = 1,35 V.
Confrontando questi valori con quelli riportati nella tabella, vediamo che,
con una certa approssimazione, con una luminosità superiore a 70 lux
viene fornita all’ingresso della porta logica una tensione di livello alto.
Pertanto l’uscita sarà bassa e il LED non si accenderà.
Con luminosità inferiore a 15 lux il livello di tensione fornito all’ingresso
della porta è basso, dando in uscita un valore alto accendendo il LED.
Non ci resta altro che calcolare il valore della resistenza del resistore di
protezione del diodo LED ipotizzando per esso i seguenti parametri:
ID = 10mA →
corrente che scorre ne diodo
VD = 1,2 V →
tensione ai capi del diodo
VOH = 5V
→
tensione di uscita dell’integrato
Avremo:
R2 = VOH - VD = 5 - 1,2 = 380 Ω
ID
10-2
→ Utilizzeremo pertanto una
resistenza pari a 390 Ω
della serie E24.
MORELLI VINCENZO
Nel nostro caso, la richiesta è quella di avere una Vx = 3.15 V con
luminosità di 25 lux (in modo da essere sicuri che il LED si spegne con
luminosità superiore a 25 lux).
Però dalla tabella si nota come per avere una Vx = 3.15 V è necessaria una
luminosità superiore a 25 lux. Tuttavia possiamo ricavare che con 25 lux si
ha una Rv di 10 kΩ .
Con la regola del partitore di tensione, infatti, otteniamo:
Vx = Vcc .
R1 _
R1 + Rv
→ 3.15 = 5
R1 _ → R1 = 3.15* 10-2
R1 + 10-2
5 – 3.15
Pertanto R1 sarà circa uguale a 17kΩ.
17k . Abbiamo così scelto un resistore di
18 kΩ della serie E24.
