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Esercitazione di sabato 25 marzo: "8 MILIONI DI GUADAGNO" con un darlington a tre transistor!

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Esercitazione di sabato 25 marzo: "8 MILIONI DI GUADAGNO" con un darlington a tre transistor!

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Ecco come realizzare un pulsante touch con del foglio di alluminio da cucina (semplicemente "carta stagnola").
Questo circuito è così sensibile che riesce a rilevare anche i "ronzii elettrici" prodotti dai cavi elettrici sotto-traccia.
Semplicemente, se lo fate scorrere lungo qualsiasi parete, rileva la posizione del cavo di alimentazione.
Ha un guadagno di circa 200 x 200 x 200 = 8.000.000 (ossia pari al prodotto del guadagno dei tre transistor BC547) ed è anche in grado di rilevare l'elettricità statica e la presenza della mano di una persona, senza alcun contatto diretto.
Sarete stupiti quanto rileva! Non c'è elettricità statica ovunque! Dal punto di vista tecnico, l'ingresso di questo circuito è classificato come ingresso ad alta impedenza., così come vedremo con gli OP tra due settimane.
Ecco una foto del circuito, ed una applicazione presso l'ingresso della biblioteca nel castello di un paese dell'alta val seriana ...... per spaventare i villeggianti per la presenza di fantasmi .....

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Esercitazione di sabato 25 marzo - 2A parte - Introduzione ai ponte H realizzati con transistor

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Esercitazione di sabato 25 marzo - 2A parte - Introduzione ai ponte H realizzati con transistor

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Un ponte ad H è un circuito a transistor capace di azionare i motori in senso orario e antiorario.
Nelle slide collegate, trovi alcuni esempi di circuiti visti a lezione che si basano sulla teoria del transistor.

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Livelli (slide 1) - Relè di livello industriale

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Livelli (slide 1) - Relè di livello industriale

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Nella slide seguente è illustrato lo schma di un relè di livello che trovate nel catalogo LOVATO, una ditta costruttrice di materiale elettromeccanico di Gorle.
Accanto trovate lo schema semplificato realizzato sabato scorso nelle ore di laboratorio in TL14.
E' un esempi in cui potete contestualizzare in una applicazione industriale di automazione quanto appreso nelle lezioni scorse sul transistor darlington.
Fate bene attenzione ai due transistor in configurazione darlington: sono del tipo PNP e non NPN come erroneamente sabato alcuni di voi hanno considerato: notate la freccia entrante nel transistor e la posizione dei terminali di collettore e di emettitore (diversi dal caso NPN)!!

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Livelli (slide 2) - Svuotamento di un serbatoio

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Livelli (slide 2) - Svuotamento di un serbatoio

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Supponiamo la situazione iniziale al massimo livello: tutti e tre gli elettrodi sono coperti dal liquido ed entrambi i transistors, avendo le basi cortocircuitate a massa, non conducono, pertanto i contatti del relè sono nella situazione mostrata in figura e il motore funziona  pompando fuori acqua.
Quando l'elettrodo di massima  rimane scoperto, TR1 è polarizzato da R1 e conduce, ma TR2, continuando ad essere interdetto, non permette che il relè sia eccitato.
Quando il livello sarà sceso sotto il minimo, allora l'elettrodo di minima resterà scoperto, la base di TR2 verrà polarizzata da R2 e TR2 condurrà, provocando la commutazione del relè.
Tale situazione comporta che i contatti "A" del relè interrompono il funzionamento del motore e i contatti "B" cortocircuitano TR2 e mantengono il relè eccitato anche quando il liquido, risalendo, ricoprirà l'elettrodo del livello di minima.
Quando infine il liquido raggiungerà l'elettrodo di massimo livello, TR1 cesserà di condurre, provocando il rilascio del relè e la nuova entrata in funzione del motore; il ciclo si ripete sempre.

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Livelli (slide 3) - Riempimento, con livello preordinato, di un serbatoio

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Livelli (slide 3) - Riempimento, con livello preordinato, di un serbatoio

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Il funzionamento è lo stesso della slide precedente, ma a causa della disposizione diversa dei contatti nei confronti del motore,  quest'ultimo ha un funzionamento opposto, cioè a livello massimo cessa di funzionare e riprende sotto il livello minimo, fino al livello massimo; il ciclo si ripete sempre.
Gli elettrodi sono di acciaio inox e disposti ai livelli desiderati, se i collegamenti fra elettrodi e congegno sono lunghi è bene realizzarli in cavetto schermato, collegando la calza solo dal lato che va alla massa del meccanismo; per l'alimentazione è possibile con un piccolo trasformatore da 12 V, 0,5 A; non è necessario stabilizzare la tensione continua; i transistors darlington BDX53 possono essere sostituiti come mostrato nella slide successiva

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Livelli (slide 4) - Quali transistor scegliere

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Livelli (slide 4) - Quali transistor scegliere

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Nella configurazione mostrata nelle slide precedenti, possono essere usati vari tipi di transistor NPN: TR1 è di piccola potenza, TR2 di media potenza, insomma con corrente capace di pilotare il relè, che  deve possedere contatti in grado di alimentare il motore.

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Esercitazione di sabato 18 marzo: Parte 1

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Esercitazione di sabato 18 marzo: Parte 1

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Un esempio "animato" di polarizzazione del transistor che abbiamo trattato  questa settimana a lezione.
Da testare in laboratorio e verificare il guadagno del transistor che vi verrà assegnato dal docente.

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Esercitazione di sabato 18 marzo: Parte 2

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Esercitazione di sabato 18 marzo: Parte 2

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Ecco lo schema base di un esempio di impiego della configurazione darlington in un relè livello di tipo industriale (della serie LOVATO).
Settimana prossima analizzeremo alcuni circuiti per consentire l'avvio di una pompa per il riempimento e lo svuotamento di un serbatoio che utilizzano uno di questi relè livello di tipo industriale.
Come transistor pnp potete utilizzarne uno qualsiasi tra quelli disponibili in TL14.

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Esercitazione di sabato 18 marzo: Parte 2

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Esercitazione di sabato 18 marzo: Parte 2

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Questa è la simulazione del circuito.

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Esercitazione di sabato 11 marzo 2017: Oscillatore

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Esercitazione di sabato 11 marzo 2017: Oscillatore

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Un oscillatore è un circuito che produce un segnale periodico che continuamente commuta tra un valore alto ed uno basso di tensione. Il circuito che realizzerete stamattina in laboratorio TL14 è un multivibratore astabile. La chiave del circuito è costituita dai due condensatori i quali si caricano e scaricano e comandano i due transistor ad essere, alternativamente, on ed off.

Analizzare oggi questo circuito in laboratorio rappresenta un ottimo studio del comportamento dei condensatori e dei transistor. All’inizio, ipotizziamo che C1 sia completamente carico, C2 sia scarico, Q1 sia on e Q2 sia off. Ecco quello che accade:

se Q1 è on, allora il condensatore C1 si scarica attraverso il collettore di Q1;

mentre C1 si scarica, C2 si carica velocemente attraverso la resistenza R4;

una volta che C1 è completamente scarico, la sua armatura destra inizia a caricarsi ed ad essere portata a 0,6 V e consente a Q2 di diventare on;

a questo punto abbiamo commutato di stato, ossia C1 è scarico, C2 è carico, Q1 è off e Q2 è on;

se però Q2 è on, ciò comporta che C2 si carica attraverso il collettore di Q2;

mentre Q1 è off, C1 si carica attraverso R1;

quando C2 è completamente scarico, si ritorna nello stato iniziale.

Cambiando i valori di C1, C2, R2 ed R3 (lasciando R1 ed R4 abbastanza piccoli), possiamo impostare la velocità dell’oscillazione secondo la formula illustrata nella slide. Con i valori indicati nello schema la frequenza di oscillazione è di 1,5 Hz, ossia i led lampeggiano per 1,5 secondi.

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Ecco una simulazione del circuito con oscillatore. Prova a calcolare il valore del periodo di oscillazione.

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Il transistor è il nome di un semiconduttore (componente) utilizzato in elettronica per amplificare qualsiasi tipo di segnale elettrico. In tutti gli schemi elettrici il transistor viene raffigurato con tre terminali contrassegnati dalle lettere E, B, C. La lettera E indica l’emettitore, la lettera B indica la base, la lettera C indica il collettore.

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La differenza che esiste tra un transistor PNP ed uno NPN riguarda solo la polarità di alimentazione da applicare sul terminale del collettore. Nei transistor PNP il terminale di collettore va sempre collegato alla tensione negativa di alimentazione. Nei transistor NPN il terminale di collettore va sempre collegato alla tensione positiva di alimentazione.

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Nelle tabelle della pagina seguente sono messe a confronto le caratteristiche principali di alcuni dei transistor più utilizzati.

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Quando colleghiamo un sensore di tipo on/off al PLC dobbiamo valutare se il sensore e l'ingresso digitale del PLC sono di tipo NPN/PNP.

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Colleghiamo un transistor ad Arduino (o ad un qualsiasi microcontrollore)

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Colleghiamo un transistor ad Arduino (o ad un qualsiasi microcontrollore)

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I transistor NPN e PNP hanno un comportamento pressoché analogo, con la variante che i versi delle correnti e delle tensioni di conduzione delle giunzioni PN sono opposti.

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Si tratta di una particolare tecnica di collegamento di due o più transistor BJT in modo da risultare equivalenti ad un solo transistor con un hfe più elevato.

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L’amplificazione può essere pensata come una comune leva meccanica con il fulcro posto fuori dal centro.

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Quindi per amplificare un qualsiasi segnale la prima operazione da compiere è quella di applicare sul lato corto della leva un peso idoneo a sollevare il lato lungo in posizione perfettamente orizzontale.

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Se scolleghiamo il partitore R1 ed R2 dalla base di un transistor e colleghiamo ai capi della resistenza R2 un voltmetro, possiamo misurare una tensione inversamente proporzionale al valore ohmico della resistenza R1, così come stabilito dalla formula del partitore. Ammesso di alimentare questo partitore con una tensione di 12 volt, di avere per la resistenza R2 un valore di 3,3 kOhm e di voler utilizzare per la resistenza R1 i valori di 100/82/68/56/47/39 kOhm, è possibile leggere sul voltmetro i seguenti valori

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Colleghiamo il partitore alla base del transistor

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Colleghiamo il partitore alla base del transistor

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Se ricolleghiamo questo partitore alla base del transistor, con i tre valori di R1 pari a 100/82/68 kOhm leggeremo sul voltmetro una tensione rispettivamente di 0,38/0,46/0,55 volt (analogamente alla tabella
precedente, mentre con gli altri tre valori di R1, ossia 56/47/39 kOhm, leggeremo sempre una tensione fissa di 0,65 volt

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Se il partitore R1-R2 viene alimentato con una tensione di 12 volt e se per R1 si prendono i valori pari a 100/82/68/56/47/39 kOhm, nella resistenza R2 scorrerà una corrente che aumenterà man mano viene ridotto il valore ohmico di R1

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Più corrente scorre nel collettore più aumenta la caduta di tensione ai capi della resistenza R3 e di conseguenza meno tensione è presente sul collettore,

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Per conoscere la corrente minima e massima che è possibile applicare sulla base di un transistor è necessario tracciare la “retta di carico” che esprime il rapporto (lineare) che c’è tra la corrente che scorre nel collettore e la tensione misurata sul collettore.

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Amplificazione di un segnale sinusoidale

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Amplificazione di un segnale sinusoidale

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Per far lavorare il transistor occorre polarizzare la base in modo che nel collettore scorra la metà della sua corrente massima. In questo modo,
la semionda positiva del segnale applicata sul terminale di base fa scendere la tensione sul collettore da 6 volt (valore di polarizzazione) verso gli 0 volt, mentre la semionda negativa del segnale fa salire la
tensione sul collettore da 6 volt verso i 12 volt.

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Safasamento di 180° del segnale amplificato

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Safasamento di 180° del segnale amplificato

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il segnale applicato sulla base viene prelevato dal collettore sfasato
di 180° perché la semionda positiva del segnale amplificato partendo da un minimo di 6 volt scende verso gli 0 volt e la semionda negativa partendo da un minimo di 6 volt sale verso i 12 volt.

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Abbiamo precisato che per fare lavorare opportunamente il transistor bisogna polarizzare la sua base in modo che sul collettore risulti presente metà della tensione di alimentazione.
Qualche problema invece si potrebbe presentare soltanto se applichiamo sulla base dei segnali di ampiezza elevata oppure se amplifichiamo il segnale in modo esagerato.

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Applicando una nuova resistenza R4 tra il terminale dell’emettitore
e la massa è possibile prefissare il guadagno. La resistenza R4
consente cioè di determinare, con sufficiente approssimazione, di
quante volte verrà amplificato un segnale