Relazione Convertitore luce

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:
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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:
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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.
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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
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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.
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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.