Un po’ di tempo fa avevo in mente per progetto di realizzare un interruttore Crepuscolare,  ma lo avevo realizzato differentemente ora invece riprendendo un idea di Forrest Mims l’ho fatto in maniera molto semplice con un BJT.

L’idea è quella di far funzionare il BJT come interruttore appunto ponendolo in saturazione quando c’è buio e in interdizione quando c’è luce; questo si può fare in diversi modi e io l’ho fatto tramite una fotoresistenza. Per transistor io ho usato un BD139 ma può essere usato anche un altro transistor purchè conduca elevata corrente Ic-sat in saturazione.

Componenti:

• Lampadina a LED 12-24 v con presa G4
• Transistor BD139
• Fotoresistenza
• Resistenza da 10K
• Alimentatore che arrivi almeno a 12v e più fino a 24 v

Lo schema è il seguente e l’idea molto semplice, si allega schema con componenti evidenziati, spiegazione e video:

Per lampadina a LED ho usato una abbastanza potente con alimentazione da 12 a 24 v, su amazon è riportato, dove l’ho presa, fino a 36 v ma non ho verificato.

• Quando c’è  buio  la fotoresistenza ha un valore tendente all’infinito(idealmente) nella pratica molto grande quindi il BJT si trova praticamente a potenziale di alimentazione tramite la resistenza R1 quindi il transistor va in saturazione tramite proprio R1 e la lampadina è accesa circolando la corrente di saturazione del transistor Ic-sat

• Con la luce la fotoresistenza tende a un valore nullo(idealmente) nella pratica ha un valore abbastanza piccolo, per cui la base del transistor si trova a potenziale nullo o poco sopra e il transistor è interdetto, quindi la lampadina è spenta.

Sveliamo il mistero della reazione facendo uso del modello generale dell’OP AMP; studiando il comportamento dell’AO ad anello chiuso. Quando studiamo l’amplificatore operazionale vengono fuori quelle formule derivate dall’applicazione del cortocircuito virtuale con cui è semplice trovarle; quanto vogliamo riportare non sono tanto riapplicarle usando tale metodo quanto trovarle usando il modello dell’AO e svelare il mistero della reazione, cioè come vengono fuori davvero! Quindi si vedrà:

• perchè si applica tale metodo
• come si trovano facendo uso del modello generale

il modello universalmente usato è questo:

Nel seguito si supporrà la resistenza di uscita trascurabile e quella di ingresso infinita.

• Perchè si usa il metodo del CC virtuale e calcolo amplificazione con modello generale, svelato il mistero della reazione
  

Questo si usa perchè dato che l’amplificazione AV è molto alta(1000000 al minimo)  la tensione di ingresso Vi tende a zero quindi i due terminali di ingresso è come fossero allo stesso potenziale(non sono ma è come se lo fossero!)

Partiamo dall’AO invertente con  il modello euivalente:

dal modello equivalente si h prendendo per riferimento una corrente diretta verso sinistra:

quindi sviluppando per trovare Vi si ha:

da cui:

essendo Av molto grande(è l’amplificazione ad anello aperto) in pratica Vi tende a zero e quindii due terminali di ingresso si trovano allo stesso potenziale(vale allora il metodo del CC virtuale)

Se vogliamo trovare l’amplificazione essa vale come è noto Vu/Vs =-R2 /R1; la si trova dalle equazioni scritte in precedenza:

come si nota dalle formule in maniera non approssimata il risultato cambierebbesolo  leggermente a denominatore ci sarebbe 1 + un numero grandissimo!

Per l’amplificatore non invertente è la stessa cosa:

si ritrova Vi come prima evale circa zero  e poi si trova la ben nota formula t6rovata con il metodo del CC virtuale:

Inoltre si può trovare anche dallo schema a blocchi che il segnale differenza Vs – Vr tende a zero quando il blocco di amplificazione ha un valore molto grande, ho riportato i calcoli in figura:

CONCLUSIONI

L’aver reazionato l’OP AMP fa si che l’amplificazione non dipenda piu da Av che è molto grande e instabile ma dalle resistenze, questo è vero però perchè è proprio Av molto grande come si vede dalle formule e questo è vero in generale purchè si stia attenti che quando la rete di reazione è costituita da componenti reattivi le cose cambiano un po’ ma in linea generale valgono sempre le equazioni scritte mettendoci le impedenze complesse Z1 e Z2, ecco spiegato il mistero della reazione:

• Av deve essere molto grande solo in quel caso V+=V- e vale il metodo del CC virtuale

Tutorial completissimo del vecchio numero 78 del  di Nuova Elettronica da scaricare, tra alcuni argomenti:

•  Terminali, e schema
• Alimentazione duale e singola
• Offset
• Data Sheet
• Parametri AO

Tutorial Amplificatore Operazionale – NE

In questi primi tempi di caldo ho realizzato questo progetto: Misuratore di temperatura digitale con LM35. La connessione è abbastanza semplice seppure ci sono molti cavetti da interconnettere. Si fornisce il codice in ingresso ai 2 decoder TTL 74LS48 e si inviano sui display a 7 segmenti. Di seguito il codice pronto all’uso

Componenti:

– LM35C o LM35D – sensore di temperatura

– 2 decoder 74LS48

– 2 display a sette segmenti

si pone il sensore all’ingresso A0 di Arduino

Dovete connettere le uscite di arduino digitali da 1 a 4 al primo decoder e da 8 a 11 per l’altro


int A=1;
int B=2;
int C=3;
int D=4;
int E=8;
int F=9;
int G=10;
int H=11;

void zero(int aa, int bb, int cc, int dd) {
digitalWrite(aa, LOW);
digitalWrite(bb, LOW);
digitalWrite(cc, LOW);
digitalWrite(dd, LOW);
}

void uno(int aa, int bb, int cc, int dd) {
digitalWrite(aa, HIGH);
digitalWrite(bb, LOW);
digitalWrite(cc, LOW);
digitalWrite(dd, LOW);
}

void due(int aa, int bb, int cc, int dd) {
digitalWrite(aa, LOW);
digitalWrite(bb, HIGH);
digitalWrite(cc, LOW);
digitalWrite(dd, LOW);
}

void tre(int aa, int bb, int cc, int dd) {
digitalWrite(aa, HIGH);
digitalWrite(bb, HIGH);
digitalWrite(cc, LOW);
digitalWrite(dd, LOW);
}

void quattro(int aa, int bb, int cc, int dd) {
digitalWrite(aa, LOW);
digitalWrite(bb, LOW);
digitalWrite(cc, HIGH);
digitalWrite(dd, LOW);
}

void cinque(int aa, int bb, int cc, int dd) {
digitalWrite(A, HIGH);
digitalWrite(B, LOW);
digitalWrite(C, HIGH);
digitalWrite(D, LOW);
}

void seii(int aa, int bb, int cc, int dd) {
digitalWrite(aa, LOW);
digitalWrite(bb, HIGH);
digitalWrite(cc, HIGH);
digitalWrite(dd, LOW);
}

void sette(int aa, int bb, int cc, int dd) {
digitalWrite(aa, HIGH);
digitalWrite(bb, HIGH);
digitalWrite(cc, HIGH);
digitalWrite(dd, LOW);
}

void otto(int aa, int bb, int cc, int dd) {
digitalWrite(aa, LOW);
digitalWrite(bb, LOW);
digitalWrite(cc, LOW);
digitalWrite(dd, HIGH);
}

void nove(int aa, int bb, int cc, int dd) {
digitalWrite(aa, HIGH);
digitalWrite(bb, LOW);
digitalWrite(cc, LOW);
digitalWrite(dd, HIGH);
}

int PIN_ST = A0;
float valst;
float v;
float T;
int Tu;
String STu;
//String sval1;
//String sval2;
char sval1;
char sval2;
int val1;
int val2;

void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(PIN_ST, INPUT);

pinMode(A, OUTPUT);
pinMode(B, OUTPUT);
pinMode(C, OUTPUT);
pinMode(D, OUTPUT);
pinMode(E, OUTPUT);
pinMode(F, OUTPUT);
pinMode(G, OUTPUT);
pinMode(H, OUTPUT);

}

void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
valst = analogRead(PIN_ST);
v = (valst*5)/1024;
T = v/0.01;
Tu = (int) T;
String STu = String(Tu);
sval1 = STu.charAt(0);
sval2 = STu.charAt(1);

switch(sval1){
case ‘0’:
zero(A, B, C, D);
break;
case ‘1’:
uno(A, B, C, D);
break;
case ‘2’:
due(A, B, C, D);
break;
case ‘3’:
tre(A, B, C, D);
break;
case ‘4’:
quattro(A, B, C, D);
break;
case ‘5’:
cinque(A, B, C, D);
break;
case ‘6’:
seii(A, B, C, D);
break;
case ‘7’:
sette(A, B, C, D);
break;
case ‘8’:
otto(A, B, C, D);
break;
case ‘9’:
nove(A, B, C, D);
break;

}

switch(sval2){
case ‘0’:
zero(E, F, G, H);
break;
case ‘1’:
uno(E, F, G, H);
break;
case ‘2’:
due(E, F, G, H);
break;
case ‘3’:
tre(E, F, G, H);
break;
case ‘4’:
quattro(E, F, G, H);
break;
case ‘5’:
cinque(E, F, G, H);
break;
case ‘6’:
seii(E, F, G, H);
break;
case ‘7’:
sette(E, F, G, H);
break;
case ‘8’:
otto(E, F, G, H);
break;
case ‘9’:
nove(E, F, G, H);
break;
}
delay(1000);
}

Amplificatore Operazionale – La reazione e schemi

Si vuol qui riportare alcuni aspetti dell’AO che a volte vengono dati per scontati e schemi che è difficile magari da reperire in rete; quanto riportato è quanto da me appreso durante i corsi Universitari per TFA con molte aggiunte, soprattutto riguardo le dimostrazioni matematiche sulla reazione.

Si vuol analizzare la reazione e conoscere gli schemi di principio interni all’AO. Seguendo il link è possibile analizzare molto bene il comportamento dell’AO ad anello chiuso cioè in reazione arrivando cosi a dimostrare le formule dell’AO inventente e non invertente.

AO Reazione

Il mistero della reazione

Riportiamo poi 3 schemi dell’amplificatore Operazionale. Per capire come è fatto prima lo schema  blocchi poi lo schema semplificato infine due schemi dettagliati reali di un AO reale

• Schema a blocchi
• Schema semplificato
• Schema reale

Schema a blocchi

Abbiamo un amplificatore differenziale a singola uscita costituito dalla cascata di due amplificatori differenziali, uno a uscita differenziale  e uno a singola uscita, poi un amplificatore ad elevato guadagno ad emettitore comune o Source comune(quindi o a BJT o a FET) più un eventuale tralatore di livello non indicato nello schema seguito da un amplificatore in classe B a bassa distorsione che nel caso pratico potrebbe essere un amplificatore a BJT a simmetria complementare. Lo stadio ad alto guadagno CE o CS è accoppiato tramite una certa capacità C indicata in figura che impone l’effetto Miller: per un amplificatore a guadagno negativo tale capacità viene riportata all’ingresso con un valore nettamente maggiore e impone un limite inferiore in frequenza molto basso, questo condensatore è presente solo per gli amplificatori operazionali compensati internamente per far si che non si inneschino oscillazioni in alte frequenze ove il guadagno risente di componenti reattive.

Il seguente schema semplificato è un esempio di tale implementazione

Schema semplificato

In tale schema abbiamo un amplificatore differenziale con BJT pnp e uno specchio di corrente impone due correnti di collettore uguali sui 2 bjt dell”amplificatore differenziale, come si vede si ha un BJT ad emettitore in comune in cascata al differenziale responsabile della grossa amplificazione del circuito compensato per effetto Miller e un altro stadio amplificatore a simmetria complementare in classe B in uscita.

Schema reale