transistor come interruttore e NE567

[BrunoValente]

Come pensavo: i due segnali, quello di ingresso (pin 3) e quello in uscita dell'oscillatore (pin 5), appaiono in controfase e questo non va bene.
In condizioni normali i due segnali devono essere sfasati di 90° e la tensione al pin 2 deve essere di 3,8 V: solo così il segnale ad onda quadra dell'oscillatore è correttamente agganciato con quello di ingresso. le cause possono essere varie: dovresti, se ti è possibile, rilevare altri oscillogrammi: tieni un canale dell'oscilloscopio fisso sull'uscita dell'oscillatore (pin 5)(il selettore del trigger dell'oscilloscopio devi posizionarlo sullo stesso canale dove entra il segnale dell'oscillatore) e l'altro canale dovresti collegarlo:
1) sull'emettitore del transistor che pilota il led.
2) sull'uscita del primo operazionale
3) sull'uscita del secondo operazionale
Quindi , per ognuno di questi punti, devi rilevare una coppia di oscillogrammi in modo da poter confrontare la fase di questi segnali con quello dell'oscillatore.
Poi dovresti farmi vedere l'ultima versione dell' schema e, sopratutto, la parte che riguarda l'amplificazione del segnale

[davidde]

Ciao,
ho fatto tutti i rilevamenti necessari. Per evitare di farti tribolare per un semplice errore di collegamento, corto circuito, o componente sbagliato ho ricontrollato con l' aiuto del tester tutte le piste del circuito e quindi posso garantire che li PCB si attiene esattamente a quello che è lo schema elettrico di seguito postato.

L' unico dubbio che mi rimane è sulle misure all' oscilloscopio, infatti non ho capito bene in riferimento al tuo ultimo messaggio dove dovevo posizionare il selettore del trigger, sulla foto si può notare la collocazione per la quale ho optato, (considerando che sul canale 1 era presente il segnale prelevato dal pin 5 dell NE567) se non dovesse essere corretta ti chiedo di indicarmi quella giusta così rieseguirò i rilevamenti.



Una breve panoramica sulle regolazioni dei trimmer:

-Luminosità diodo led: massima consentita, l'unica resistenza che incontra la corrente prima di giungere al led è quella da 82 ohm

-guadagno: massimo impostabile

-frequenza : 50Khz

Con queste impostazioni la tensione misurata al pin 2 dell' ne567 è di 4.03V .


Foto emettitore transistor:

Sonda x10 10mV/Cm



Foto pin 7 LM358:

Sonda x1 20mV/Cm



Foto pin 6 TL081:

Sonda x10 10mV/Cm



Ultimo schema elettrico completo:



Grazie mille,

David

[BrunoValente]

Allora David, speravo che l'oscillogramma del segnale di uscita del primo stadio ci potesse chiarire qualcosa ma purtroppo il segnale è troppo debole e troppo coperto dal rumore e non si riesce a stimare la sua fase rispetto al segnale dell'oscillatore.
Un'eccessiva rotazione di fase può essere dovuta agli operazionali che lavorano ad una frequenza troppo alta o con guadagno eccessico che poi è la stessa cosa: quanto vale il trimmer di regolazione del guadagno del secondo stadio?
Dovresti provare a ridurre il guadagno ruotando il trimmer e contemporaneamente controllare il segnale al pin 3 del Ne567 se diminuisce proporzionalmente alla rotazone e se, mentre si riduce, appare sempre in controfase rispetto all'onda quadra dell'oscillatore o se invece la sua fase si modifica.
Se la fase non si modifica dovresti provere a togliere il condensatore da 68pF e vedere cosa succede: in teoria in queste condizioni i due segnali dovrebbero portarsi in fase (pin 3 e pin 5 Ne567). Se questo non succede dovresti provare a ridurre molto la frequenza dell'oscillatore, ho visto che hai montato un trimmer per regolarla, e controllare di nuovo la fase che, in queste condizioni dovrebbe tendere a ridursi (i segnali dovrebbero tendere a portarsi in fase).
Dovresti poi provare ad oscurare completamente il fotodiodo per vedere se c'è ancora un residuo di segnale al pin 3: se c'è significa che una parte del segnale dell'oscillatore si accoppia capacitivamente con gli operazionali. per ridurre questo rischio faresti bene ad inserire un condensatore da 100nF- 1uF tra il pin 3 del' LM358 e massa. Nel tuo schema non vedo i condensatori da 100nF che vanno montati tra + e - di ogni integrato: se è vero che mancano faresti bene a montarli e più vicino possibile ai pin dei relativi integrati.
Fammi sapere.

[davidde]

Ciao Bruno,
rispondo solo ora perché in questi giorni non sono stato a casa,
Ho comunque fatto tutte le prove che mi hai suggerito, si potrebbe dire che ora il photoswitch funziona, mi sono però reso conto di un' importante aspetto che fino ad ora avevo trascurato.

Seguendo il tuo ultimo messaggio :

- ho sostituito il trimmer di controreazione del secondo stadio portandolo ad un valore di 100 kohm (prima era di 200 kohm), ora l' amplificazione risulta proporzionale per tutta la sua corsa.

-Il primo stadio di amplificazione creava qualche problema e la sua uscita risultava distorta, ho quindi eliminato il condensatore da 68 pf utilizzato per limitare la banda passante ed il segnale appariva troppo disturbato, ho quindi deciso di sostituirlo con uno meno capiente (circa 50 pf) per limitare la banda passante su valori più alti. Anche questa operazione ha miglioriato l' aspetto del segnale.

-Ho misurato nuovamente la tensione al pin 2 dell Ne567 e come avevi previsto la tensione è 3,8 volt esatti, la sfalsatura dei segnali appare ora di 90°, l' aggancio mi sembra corretto ed il segnale appare molto meno disturbato.

-I condensatori da 100 nf sui pin di alimentazione degli integrati erano già presenti anche se sullo schema elettrico me li ero dimenticati.

Riguardo al condensatore che mi hai suggerito di inserire tra massa e il pin 3 dell LM358 invece non ho ottenuto migliorie. Mi spiego, se sul pin 3 dell NE567 misuro il segnale in assenza di luce che colpisce il fotodiodo ho un ressiduo di 100 mVpp
inserendo il condensatore in poliestere nella posizione indicata (ho provato con tre diversi valori) non ho ottenuto nessuna attenuazione.

Se ti interessa vedere i segnali nei punti controllati la scorsa volta fammelo sapere, provvederò immediatamente.

Conclusioni:

-Il problema fondamentale è ora il tempo di durata del segnale in uscita che è troppo breve, infatti dipende solo dal reale tempo di oscurazione del fotodiodo. Avrei quindi bisogno di estendere questo impulso affinchè il tempo di scansione del plc risulti inferiore alla durata dell' impulso generato dalla barriera.


In questi giorni ho avuto modo di rileggere tutti i discorsi fatti dall' inizio ed ho notato che su alcuni aspetti non sono stato miticoloso. In particolare sulla luminosità del diodo emettitore ho ancora alcuni dubbi:

Ti allego il data sheet del componente per ottimizzare la corrente che possiamo farvi scorrere, se non ho interpretato male dovrebbe essere 50ma.

http://www.ortodoxism.ro/datasheets/toshiba/2466.pdf

Il duty cicle che comanda il led deve essere 50% on e 50% off , sulla parte on è tutto regolare ma sulla parte off ho notato che il segnale (misurato sull' emettitore del transistor pilota) non va a 0V ma rimane a circa 1V. Questa anomalia mi sembra derivare dal segnale applicato alla base del transistor che in corrispondenza dello stato off non va a 0V. Per essere più chiaro ti invio due foto, la prima riguarda la misura sulla base la seconda quella sull' emettitore.
Analizzando attentamente il segnale di base si può notare anche che il duty cicle non rimane esattamente al 50% , ma varia leggermente.



Veniamo alle domande:

1- Per quel che riguarda il led volevo un tuo parere per sapere se le anomalie riscontrate sono frutto di tolleranze dei componenti e quindi posso trascurarle oppure indicano un mal funzionamento.
-Posso farvi scorrere 50 ma ?

2- Può essere accettabile un residuo di segnale di 100 mVpp?
-Quando ridisegnerò il PCB per ridurre questi disturbi sarebbe utile accorciare il più possibile le piste riguardanti le connessioni del led?

3- Mi potresti dare qualche consiglio su come allungare il tempo di durata dell' impulso in uscita.

Come al solito grazie infinite.

David

[BrunoValente]

Ciao David,
mi sembra eccessico il segnale residuo di 100mVpp al pin 3 con il fotodiodo oscurato: in teoria questo dovrebbe significare che l'NE567 non è in grado di discriminare le due condizioni luce e buio visto che un segnale di 20-30mVrms dovrebbe già essere sufficiente, a meno che questo segnale non arrivi al pin 3 con una fase molto diversa da 90°, allora non farebbe agganciare l'oscillatore e l'uscita si comporterebbe come se non vi fosse segnale in ingresso.
Se con fotodiodo oscurato il livello è di 100 mVpp, quanto aumenta il livello quando il fotodiodo è illuminato?
Riesci a discriminare bene le due condizioni luce-buio?
Non mi preoccuperei del led trasmettitore che invece a me sambra funzionare correttamente. Io non eccederei con la corrente oltre i 40mA anche se la corrente massima sopportabile dal dispositivo è di 50mA: il costruttore fornisce i valori massimi di corrente che il dispositivo può sopportare sporadicamente ma non assicura che sia in grado di lavorarci continuamente.
perché vuoi aumentarla?
Per quanto riguarda il residuo di tensione di 1V sul transistor devi considerare che il led da una parte è collegato permanentemente al positivo tramite la resistenza e dall'altro è collegato ritmicamente al negativo tramite il transistor, quindi, quando leggi un valore di tensione residuo di un volt sull'emettitore del transistor , non sei nella condizione off ma sei nella condizione on e il led è acceso: in pratica il led si accende quando la tensione va a zero (o quasi) e non quando va a 5V perché il led, dall'altro lato, è connesso a 5V. Viceversa, quando il led è spento, sull'emettitore del transistor leggi un valore di 5V che significa che non sta scorrendo corrente nel led perché anche dall'altro lato il led è connesso a 5V tramite la resistenza, quindi si tratta di un funzionamento normale e se vuoi sapere con precisione quanto vale la corrente di accensione del led devi misurare con l'oscilloscopio il valore picco-picco dell'onda quadra nel punto di connessione tra il led e il trimmer (mi sto riferendo all'ultima versione del tuo schema) e devi poi dividere questo valore per il valore della resistenza costituita dalla serie tra il trimmer e la resistenza da 82 ohm che dovrai successivamente misurare con il tester smontandoli dal circuito.
Se ti occorre giustamente allungare il tempo di commutazione dell'uscita per consentire al PLC di riconoscere il segnale, puoi usare un NE555 che risolve bene questo tipo di problemi senza eccessiva complicazione. Non dovrebbe essere difficile ricavare lo schema necessario consultando il data sheet. Fammi sapere.

[davidde]

Ciao Bruno, grazie e perdonami per la banalità di alcune domande.

I quesiti riguardanti il led erano stati posti per capire se avevo interpretato correttamente...... come era prevedibile avevo compreso l' esatto opposto di quello che realmente accade. Anche la domanda relativa all' aumento di luminosità era secondaria un suo aumento non porterebbe infatti alcun giovamento.

Senza lasciarmi andare ad ulteriori commenti o interpretazioni ti posto le foto così potrai trarre risultati più certi:

Queste due sono relative alla condizione di fotodiodo illuminato:



Queste due invece si riferiscono alla condizione di non illuminazione del fotodiodo



Le sonde sono in x10, una è collegata al pin 5 e l' altra al pin 3 dell' NE567.

Le condizioni di luce e buio si riescono a discriminare, se interrompo il fascio luminoso nel canale di controllo il sensore reagisce correttamente.

Cerco ora di tirare fuori qualcosa di buono dall Ne555.

Ciao e grazie

[BrunoValente]

Come pensavo: il residuo di segnale in ingresso con il fotodiodo oscurato non è a 90 gradi rispetto al segnale dell'oscillatore, per questo, nonostante sia molto ampio, riesci a discriminarlo.
Faresti bene però a tentare di ridurlo: potrebbe dipendere da un ritorno di massa cioè l'amplificatore, che guadagna molto, potrebbe amplificare un segnale indesiderato che proviene da piccole cadute di tensione sulle piste di massa. In genere per evitare questi problemi si deve progettare il circuito stampato tenendo conto di questo ma mi risulta alquanto difficile spiegarti come si fa.
Potresti provare a vedere cosa succede scollegando il led trasmettitore: la forte corrente del led, scorrendo nelle piste di massa attraverso il collettore del transistor o attraverso il condensatore elettrolitico in parallelo all'alimentazione, potrebbe essere responsabile delle piccole cadite di tensione sulle piste di massa. Se scollegando il led noti una notevole riduzione del segnale residuo in ingresso all'NE567 allora sei sulla strada giusta. Poi vedremo cosa si può fare.

[davidde]

Ciao, ho fatto la prova e questo è il risultato:

Foto con diodo led collegato



Foto con diodo led scollegato



Non so se è determinante ai fini della riduzione del segnale ressiduo' però sappi che le piste che portano corrente al diodo sono molto lunghe e passano vicino a tutti gli integrati.

Sono ormai pronto con la modifica riguardante l' inserimento dell NE555 appena ho finito ti invio lo schema ...... speriamo bene.

P.S.

Guardando il data sheet dell NE567 notavo che la massima tensione applicabile al pin 8 è di soli 15V, se non erro noi lo stiamo facendo lavorare con 24 V. Cosa ne pensi?

David

[BrunoValente]

Si, le piste del led che passano vicino agli integrati non sono il massimo ma l'accoppiamento capacitivo con l'amplificatore dovuto a questa causa provocherebbe quasi certamente un segnale residuo non in fase e nemmeno in controfase con l'onda quadra dell'oscillatore. Il fatto che invece il tuo segnale residuo sia in perfetta controfase lascia pensare che l'accoppiamento non sia di tipo capacitivo, per contro l'ipotesi di un ritorno di segnale attraverso una caduta di tensione sulle piste di massa mi pare più probabile. Il fatto poi che scollegando il led il difetto si riduce avvalora questa ipotesi: l'accoppiamento capacitivo tra le piste avrebbe generato un segnale residuo la cui ampiezza non sarebbe diminuita togliendo il led.
Un'altra causa possibile per questi difetti ma non credo sia il tuo caso perché stai lavorando ad una frequenza molto bassa, è l'accoppiamento induttivo: si formano cioè dei veri e propri trasformatori tra le piste nel senso che due piste affiancate vanno a formare due spire accoppiate e una parte del segnale si trasferisce dall'una all'altra per induzione un po’ come succede tra primario e secondario dei trasformatori.
Il criterio da seguire nel progettare il tuo circuito stampato per ridurre le cause che determinano ritorni di massa è il seguente: devi partire dalle saldature dei terminali del condensatore da 330uF di alimentazione (che deve essere montato vicino al 7805) con due piste per i +5V e con due piste per la massa , con la prima coppia di piste devi alimentare gli integrati dell'amplificatore e tutti i punti del circuito dell'amplificatore che sono collegati a +5V o a massa, con la seconda coppia di piste devi alimentare il circuito dell'NE567, del led trasmettitore, del relativo transistor e dei transistor di uscita.
In pratica devi considerare i due circuiti come se dovessero avere due alimentazioni diverse e separate, ognuna con il suo positivo e la sua massa e devi fare attenzione che nessun componente dell'uno vada a connettersi alla massa o al positivo dell'altro. Le due alimentazioni devono congiungersi solo in prossimità delle connessioni al condensatore elettrolitico e all'uscita del 7805.
In questo modo le correnti di un circuito non dovrebbero creare cadute di tensione sulle piste di massa dell'altro.
Per quanto riguarda il transistor di uscita dell’NE567 hai perfettamente ragione: sta lavorando con una tensione superiore al limite, mi era del tutto sfuggito questo particolare.
Ti consiglio la seguente soluzione. Per l’NPN puoi usare qualsiasi transistor di bassa potenza con una VCE superiore ad una trentina di volt

[davidde]

Ciao Bruno, molte grazie per le informazioni relative alla progettazione del PCB e per la configurazione di uscita.

Evidenzio gli aggiornamenti relativi alla nuova versione del progetto per evitare di inserirvi errori :

-Ho ridisegnato lo schema integrando anche l NE555, che in configurazione monostabile dovrebbe, se non ho capito male, soddisfare l' esigenza di prolungare l' impulso d' uscita. Il tempo di uscita calcolato dovrebbe essere all' incirca di 40msec sufficienti a garantire al plc una corretta scansione del segnale.

-Ho sostituito i vari operazionali utilizzando un TL084.

-Ho utilizzato l' ultimo tuo schema per realizzare l' uscita a transistor, credo di aver collegato correttamente il pin 3 dell NE555 ma non ne sono sicuro.

-Ho lasciato il condensatore da 1mf tra il pin 3 della prima sezione del TL084 e massa per prevenire l'accoppiamento capacitivo.

-Ho aggiunto due led, uno per indicare la presenza dell' alimentazione (verde), l' altro per visualizzare quando è presente il segnale d' uscita (rosso).

-Ho eliminato la resistenza d' ingresso (quella da 470 ohm ; 3W) posta in serie allo stabilizzatore di tensione perché mi sembra lavorare meglio e comunque non scalda eccessivamente.


Se alcuni degli aggiornamenti dovessero essere inutili, errati o potrebbero dar luogo a nuove problematiche ti prego di segnalarmelo così provvederò ad annullarli.

Detto ciò ti invio lo schema:




Ti chiedo un' ultimo chiarimento relativo alla differenziazione delle piste riguardanti l' alimentazione. Se ho capito correttamente devo fare in modo di isolare fino ai terminali riguardanti il condensatore da 330mf i due circuiti.
Dovendo aggiungere nuovi elementi, vedi ad esempio l NE555 o i due led indicatori, li dovrei collegare alla porzione di alimentazione che interessa anche l NE567, lasciando incontaminata quella che alimenta gli operazionali, così facendo evito di sporcare l' amplificazione del segnale.
E' corretto quanto affermato?

Ciao e grazie !

David