[Elettron]

Voglio farvi partecipe di un argomento di elettronica. Ultimamente ho avuto l'occasione di leggere un articolo di Nuove Elettronica di tanti anni fa. Un interruttore crepuscolare "LX.5024" caratterizzato da due PNP, una fotoresistenza e da un Cmos 4002. Ebbene nell'articolo si precisa che quando la Fr,Fotoresistenza, è al buio la stessa assume un valore di 2-3 Mega e quando, invece, la Fr è coplita da luce assume un valore di circa 100 ohm. OK. Il progettista precisa che quando la FR è buia, sul collettore ci sarà una tensione di 4,5 volt. Quando la Fr viene colpita da luce ci sarà una tensione di 4 Volt. Il dramma inizia quando precisa che per avere i due valori sul collettore ( 4,5 Volt o 4 Volt ), ha dovuto assicurare alla base 9,7 Volt. C'è qualcuno che mi possa spiegare perchè 9,7 V ? Ho provato analiticamente in tutti i modi ma non ci sono riuscito. Ed, inoltre, sapete dirmi come avranno calcolato il valore delle resistenze per ottenere leTensioni di cui sopra? Vi volevo inviare lo schema, ma non me lo permette. E' un pdf, dice estensione del file non valida. Grazie.

[double]

questo è lo schema del LX5024

la tensione fissa di 9,7 V deriva dalle cadute dei diodi in serie (un 1N4007 ed un led rosso) alla resistenza R1 da 1000 ohm. -> 12-0.7 - 1.6~9.7 Volt .
Modificando la tensione sull'emettitore ( fotoresistenza al buio o alla luce) e regolando R4 si commuta il cmos ON oppure OFF. La R6 da 1 megaohm fornisce un minimo di isteresi ai livelli di commutazione.

[Elettron]

Carissimo Double. Grazie.
Già sapevo come si erano ottenuti i 9,7 volt. ( 12-0,7-1,6 = 9,7 Volt )
La mia domanda è diversa : Perchè per ottenere 4,5 Volt sul collettore (con Fr1 al Buio) e 4 Volt sul collettore (con Fr1 illuminata) il progettista è stato costretto a polarizzare la base di Tr1 a 9,6 volt. ?
Che nesso c'è tra Vb e Vc ?
Tranne che Ic = Beta x IB e
Ic=circa a Ie.
Ho provato i calcoli in tutti i modi ma non ci sono riuscito.
Poi, alla luce di questi 9,7 volt sulla base di Tr1, che procedura avranno utilizzato per calcolare i valori delle resistenze in questa parte del circuito (Tr1) ?
Ti preciso che quando progetto circuiti elettronici ( molto semplici ) utilizzo formule semplici, dove è sufficiente utilizzare solo le quattro operazioni.
Grazie.

[Elettron]

Alcuni dei calcoli che ho eseguito :

Pima Ipotesi
Considerando i valori del progettista
ma partendo a ritroso, Cioè vogliamo sul collettore 4,5 Volt ( quando Fr1 sta al buio).
Vcc = 11,3 Volt, Vc = 4,5 Volt ( che vogliamo ), Vce = ? Ve = ?
Ve = Vb+0,4V (Non Conduce) = 9,7 + 0,4 = 10,01 V.
Vce = Vcc-Ve-Vc = 11,3 - 10,01 - 4,5 = NON è possibile !

Seconda Ipotesi
Considerando i valori del progettista
Ib= IDL1 - Ir1 = 300 micro ampere
Ic= Beta x Ib = 30 m.A.
R4 = Vc(che vogliamo)/Ic = 4,5 Volt/30 = 160 ohm

Ve quando sarà ?
Ic circa = a Ie
Ve = Ie x R (quando la Fr1 è al Buio, quindi ci sono solo R2+R3 ) = 0,030 A. x 330.680 ohm = 9.920 Volt ????????????????

Ho provato anche altre soluzioni ma non sono riuscito a venirne a capo.

Grazie

[zioelp]

Secondo me il progettista non ha ragionato seguendo un legame diretto fra 9.7 volt sulla base e 4 o 4.5 volt sul collettore, perché il 4002, da buon CMOS, dovrebbe accettare come livello alto una tensione maggiore di 2/3 VCC, e come livello basso una tensione minore di 1/3 VCC.
Se prendiamo come VCC il valore di 11.3 volt, cioè 12 volt meno la caduta sul diodo all'ingresso, 2/3 VCC son circa 7.5 volt, e 1/3 VCC son circa 3.8 volt.
Il transistor PNP è collegato come amplificatore a base comune, con l'idea di trasformare in variazioni di tensione sul collettore le variazioni di corrente sull'emettitore, qui dettate dal valore assunto dalla LDR nelle diverse condizioni d'illuminazione.
La configurazione a base comune non cambia la fase del segnale, per cui all'aumento della corrente nell'emettitore aumenta la tensione sul collettore.
Nel circuito si voleva infatti ottenere una tensione minima al buio, affinché il secondo transistor PNP potesse condurre e attivare il relè, e una tensione massima in presenza di luce, per avere l'effetto contrario e quindi spegnere il relè.
Tutti i valori di resistenza son stati scelti come compromesso fra la necessità di presentare al 4002 i giusti livelli logici alto e basso, e la necessità di compensare la curva di risposta non lineare della LDR, che comincia a far sentire la propria azione quando, insieme al trimmer, forma un partitore con uscita a circa 2/3 VCC.
In pratica, per come interpreto io il circuito, e per come conoscevo all'epoca l'ottimo operato commerciale del buon Beppe Montuschi, la scelta di 9.7 volt è scaturita dalla necessità di tenersi lontani da VCC/2, perché con VCC/2 il 4002 non avrebbe commutato bene, e dalla necessità di aggiungere pezzi al kit, trovando impiego ad un secondo LED che, guarda caso, forniva proprio 9 volt come risultato di 9.7 meno la caduta B-E del transistor.
E il discorso sui 4 e 4.5 volt? Rimane un mistero, come del resto è un mistero l'impiego del 4002 cablato come buffer: per caso, nello stesso numero della rivista, c'erano altri kit basati sul 4002?

[Elettron]

Gent.mo zioelp,
Comprendo che bisognava tenersi lontano da Vcc/2 per l'ingresso del 4002.

Ma come sono stati calcolati i valori delle resistenze ? Non certo come consigliava il grande Montuschi quando bisognava dimensionare le resistenze per i classici preamplificatori.

Volendo avere (ad esempio) sul collettore di Tr1 2/3 di Vcc (7,5 V) che sarebbe il caso di tensione maggiore di 4,5 Volt ( Livello logico 1, per il Cmos) con FR1 NON illuminata (corrispondente ad una resistenza di 2-3 Mega Ohm) dovremmo avere :

Vcc = 11,3 V. Vc = 7,5 V. Vce ? Ve ?

Ve, potrei far Vb + 0,7 V ( essendo un PNP) ma io inizialmente Vb (9,7 Volt) ancora non lo so.

Se poi calcolo Ic = Vc/R4 = 7,5 V/50K.Ohm ( MA è UN TRIMMER e poi come progettista NON so ancora il valore giusto !!!! ) = 150 MicroAmper

Ic Circa = Ie quindi :

Ve = Ie x Re = 150 micA. x 330.680 ohm ( anche qui non dovrei sapere ancora il valore di R2 e r3 ) = 49 Volt !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Come avranno calcolato le resistenze avendo a dsposizione una Vcc di 11,3 Volt e sapendo che voglio 7,5 Volt (o 3,8 Volt, secondo la situazione di FR1) sul collettore in modo (come dice, giustamente zioelp) da avere all'ingresso del Cmos un livello logico 1 o 0.

E' un motivo solo di conoscenza, per. cercare di apprendere un pochino.
Grazie !

[zioelp]

Il circuito comprende una parte analogica e una parte digitale, ciascuna operante nei limiti della tensione di alimentazione VCC fissata a circa 11.3 volt.
La parte analogica, per definizione, accetta ed elabora l'intera gamma, senza attribuire un significato specifico a questo o quel valore.
La parte digitale CMOS svolge il proprio compito considerando validi solo alcuni segmenti della gamma, delimitati per convenzione da due soglie: i valori più bassi di 1/3 VCC fanno parte del cosiddetto "livello logico 0"; i valori più alti di 2/3 VCC vengono detti "livello logico 1".
La fascia intermedia è incerta, e di solito non rappresenta un problema perché i circuiti digitali CMOS forniscono in uscita un livello 0 che è quasi 0 volt, e un livello 1 che è quasi VCC, rimanendo ampiamente nei limiti delle soglie previste.
Sappiamo che la LDR si comporta come resistore variabile da poche decine di ohm a qualche megaohm, e questo ci impedisce d'inserirla brutalmente in un partitore e collegarla all'ingresso del 4002.
Un modo semplice per "trasformare" la resistenza variabile della LDR in tensione variabile per il 4002 prevede un banalissimo transistor PNP collegato a base comune: da una parte entra una (piccola) corrente dosata dalla LDR, e dall'altra esce una (grande) tensione che copre quasi l'intera gamma da 0 a VCC, senza alcuna pretesa di azzeccare proprio le soglie di 1/3 e 2/3 VCC.
Insomma, anche se il testo cita valori espliciti di 300 e passa kiloohm al buio, e 200 ohm alla luce, il discorso tecnico andrebbe interpretato in maniera più ampia, ovvero: fra tutti gli infiniti valori di resistenza che la LDR potrà assumere nella gamma da un minimo a un massimo prevista, alcuni daranno luogo a una tensione che il 4002 accetterà come livello 0, e altri produrranno la condizione opposta 1, dato che nella zona d'incertezza verrà comunque operata una scelta, giusta o sbagliata che sia.
Ai fini pratici, il circuito prevede un trimmer con il quale decidere il confine teorico fra ON e OFF, e risolve l'incertezza in prossimità di tale confine con il vecchio stratagemma dell'isteresi, cioè con un megaohm "a cavallo" delle porte del 4002.

[Elettron]

Un modo semplice per "trasformare" la resistenza variabile della LDR in tensione variabile per il 4002 prevede un banalissimo transistor PNP collegato a base comune: da una parte entra una (piccola) corrente dosata dalla LDR, e dall'altra esce una (grande) tensione che copre quasi l'intera gamma da 0 a VCC, senza alcuna pretesa di azzeccare proprio le soglie di 1/3 e 2/3 VCC.

Benissimo.
In pratica interessa avere sul collettore un valore di Tr1 (che rappresenti uno zero - 1/3 - o un uno - 2/3 - per l'ingresso del Cmos).
Ma per avere sul collettore un valore non posso mettere a "caso" delle resistenze di polarizzazione o di caduta per il PNP.
Soprattutto se il Progettista, precisa, che per far funzionare tutto occorre che sulla base di Tr1 ci siano 9,7 Volt.
Perché 9,7 Volt ?

Partendo da Vc (che dovrebbe avere ad esempio per 2/3 circa 7,5 Volt) e fissando questo parametro 7,5 Volt che voglio avere su Vc come dimensionare le resistenze : R4 (Trimmer), R3, R2, R1 ?

E ancora che corrispondenza c'è tra una Vb (Che deve essere, secondo il progettista, 9,7 Volt) e la Vc che dovrebbe essere (secondo i casi ) 7,5 Volt o 3,8 Volt

[zioelp]

A mio modo di vedere, tra Vb e Vc non c'è alcuna corrispondenza esprimibile attraverso una formula con poche variabili.
Al limite, può esserci una certa corrispondenza fra la corrente che interessa la base (B) e la corrente che viene ammessa nel tratto E-C, dipendente dai guadagni e dalle curve caratteristiche del transistor.
Non è detto che a una data Vb corrisponda una data Vc, poiché quello che conta è la corrente, non la tensione.
Negli elementi lineari, come ad esempio i resistori, tensione e corrente sono in relazione diretta.
Negli elementi non lineari, come ad esempio i transistor, tensione e corrente possono essere in relazione quasi diretta in un certo tratto della caratteristica, e possono essere slegate nelle zone vicine all'interdizione, dove V è massima e I è minima, e prossime alla saturazione, dove V è minima e I è massima.
Il tratto E-B è un diodo polarizzato direttamente: finché la tensione è sotto la soglia tipica di circa 0.6 volt, la corrente è quasi nulla; con tensioni maggiori della soglia, la corrente aumenta in modo esponenziale, ma la tensione tende a rimanere intorno a 0.6 volt.
Il valore Vb di 9.7 volt è misurato nei confronti della massa, non rispetto all'emettitore.
Durante il funzionamento, la differenza fra E e B non supera mai la soglia di circa 0.6 volt, che oltre tutto è legata anche alla temperatura.
Il circuito potrebbe funzionare benissimo con tanti valori di Vb, non solo con 9.7 volt.
Il valore di 9.7 volt è stato scelto per dar modo al circuito di reagire alle variazioni di resistenza della LDR proponendo sul collettore l'escursione adatta al pilotaggio del 4002, ovvero da un minimo più basso di 3.8 volt, a un massimo più alto di 7.5 volt.
Nel funzionamento dal vivo è possibile che tale escursione arrivi oltre i limiti, fino a circa zero e circa VCC, con identico risultato pratico.
Se invece di Vb = 9.7 avessero scelto Vb = 7, Vc non avrebbe auto modo di arrivare ad almeno 7.5 volt, perché il transistor non avrebbe visto azzerarsi la corrente di base per tutti i valori di LDR per i quali E fosse rimasto sopra i (7 + 0.6) = 7.6 volt rispetto a massa.
Quando la LDR è al buio, il PNP appare come un corto fra E e C, e questo propone al 4002 una tensione dipendente dal punto centrale del partitore che sopra ha la LDR e sotto ha il trimmer.
Quando la LDR è abbastanza illuminata, il PNP entra in interdizione, e questo propone al 4002 una tensione che non risulta più dal partitore ma è legata a VCC con in serie la LDR.
Si assume che l'utente tari il trimmer in un punto in cui Vc abbia l'effetto desiderato sul 4002: relè attivo se è "più buio" del limite; relè spento se è "meno buio" del limite.

[Elettron]

Zioelep :
Quando la LDR è al buio, il PNP appare come un corto fra E e C, e questo propone al 4002 una tensione dipendente dal punto centrale del partitore che sopra ha la LDR e sotto ha il trimmer.

MA : quando la Fr1 è al Buio ha una resistenza di 2-3 Mega Ohm (come se non ci fosse ) e le resistenze di emettitore saranno R2 e R3 che hanno un totale di 330.680 ohm e quindi il Tr1 è interdetto.
Se il Tr1 è interdetto non ci possono essere tra E-C pochi volt.
Ma dovrei trovare tutta, o quasi, la tensione di alimentazione sull'emettitore e
sul collettore non dovrei avere nulla o quasi

Zioelp :
Quando la LDR è abbastanza illuminata, il PNP entra in interdizione, e questo propone al 4002 una tensione che non risulta più dal partitore ma è legata a VCC con in serie la LDR.

MA, per il discorso di prima, il PNP entra in conduzione e c'è da considerare anche la Vce.
Quando sarà la Vce ?


E' possibile portare il discorso su come saranno state calcolate il valore delle resistenze ?
Potrebbe essere più chiaro (per il sottoscritto) il Suo ragionamento. Un Calcolo semplice come faceva il Grande Montuschi.

Partendo che sul Collettore di Tr1 vogliamo una Tensione (secondo i casi ) di 7,5 Volt o 3,8 Volt.

La ringrazio.

E' un motivo solo di conoscenza, per. cercare di apprendere un pochino.