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transistor come interruttore e NE567

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] transistor come interruttore e NE567

Messaggioda Foto Utentedavidde » 2 ago 2007, 12:06

Innanzi tutto saluto e faccio i complimenti al forum che è veramente ben fatto.
Scrivo perché ho un problema con il calcolo delle resistenze di polarizzazione di un transistor per farlo lavorare come interruttore.
Tenuto conto del seguente schema elettrico qualcuno potrebbe aiutarmi nel calcolo delle resistenze ( Rb , Rc )per far si che il transistor bc547 ogni volta che si accende il led di segnalazione, (quello in serie alla resistenza da 1000 ohm), mi dia in uscita ( tra emettitore e massa ) una tensione continua di valore uguale a quella di alimentazione 24 V .
La configurazione finale del circuito è stata fatta da me quindi non escludo che possa essere errata.
Immagine

Shot at 2007-08-02


Ringrazio tutti

Ciao

David
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[2] Re: transistor come interruttore

Messaggioda Foto UtentePaolino » 2 ago 2007, 13:18

Il transistor NPN usato in saturazione, è meglio se viene posto con l'emitter a massa, altirmenti, con quella configurazione, va usato un PNP.
Per prima cosa, sposta Rc tra +24 V e il collettore del transistor. Poi, quanta tensione c'è a capo del diodo? Cioè, con quale tensione vai a saturare il transistor (misurata sul pin 8 del NE567) ?

Torniamo al transistor. Usato come interruttore, lui satura e la VCEsat ai suoi capi è di circa 0.3V. Il BC547 non credo possa sopportare correnti superiori a 100 mA. Se ipotizziamo Ic=0.1A (verificalo sul datasheet), abbiamo che nella resistenza non debbono passare più di 100mA. Rc=23.7/0.1=237 Ohm , 2.5W. Quando il transistor è eccitato, Rc ha un estremo a +0.3V e l'altro a 24 V. Quando il transistor è interdetto, la tensione Vc di collettore è +24 V, essendo il transistor sostanzialmente un circuito aperto.

Abbastanza chiaro?

Ciao.

Paolo.
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[3] Re: transistor come interruttore

Messaggioda Foto Utentedavidde » 2 ago 2007, 13:45

Grazie per la risposta veloce e chiara.

Il problema sorge dal fatto che facendo come tu mi hai spiegato io ottengo tensione in uscita dal transistor esattamente nell' intervallo di tempo in cui il led mi sta spento e quando si accende la tensione al collettore mi va a 0.3 V .
Io ho bisogno di avere in uscita l'esatto contrario, potresti darmi qualche suggerimento per "ribaltare" il segnale?

Tornando al discorso calcolo resistenze la tensione misurata al pin 8 è di 1.3V e la corrente che devo prelevare sul collettore è di appena 10ma che mi serviranno poi come segnale di ingresso per un plc.


Ti ringrazio veramente tanto , non sapevo più dove sbattere la testa!

Ciao,
David
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[4] Re: transistor come interruttore

Messaggioda Foto UtentePaolino » 3 ago 2007, 8:40

Dovresti usare allora due transistor.
Prova così:
Immagine

Quando Q1 satura (tensione sul pin 8 pari a 1.3V), Q2 è "aperto" e sul suo collettore ci sono 24 V. Vale il viceversa: con Q1 spento, Q2 satura e la corrente che attraversa R4 è di circa 10 mA.

Se hai ancora dubbi, chiedi pure.

Ciao.

Paolo.
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[5] Re: transistor come interruttore

Messaggioda Foto Utentedavidde » 3 ago 2007, 10:57

Ciao Paolo, grazie ancora per le risposte sempre chiare e ponderate.
Ho applicato lo schema che mi hai riportato e devo dire che funziona alla perfezione.

Vista la tua preparazione in ambito elettronico ne approfitterei per porti sempre sullo stesso circuito un altro quesito.

Il funzionamento che devo ottenere è il seguente:

la luce prodotta dal led ir (che è stato sostituito con un diodo a luce rossa ) viene portata tramite fibra ottica in un determinato blocco che serve per rilevare il passaggio di oggetti piccoli e molto veloci.
Come in una normale barriera agli infrarossi la luce viene poi prelevata da un'altra fibra che la porta in corrispondenza del fotodiodo ricevitore.
Fino a qui tutto ok, il problema nasce dal fatto che il circuito a monte è troppo lento nell' elaborazione dell'impulso e di conseguenza "non si accorge" del passaggio dell'oggetto (che per intenderci è un 'ago di 0.63mm di diametro e lungo 9,5mm).

Guardando il datasheet dell' lm567
http://www.ortodoxism.ro/datasheets/nationalsemiconductor/DS006975.PDF

direi che non dovrebbe avere problemi di velocità e quindi ricondurrei la lentezza del sistema allo stadio che manda l'impulso all lm567 ovvero quello gestito dal lm358.

Potresti gentilmente aiutarmi a fare qualche considerazione in merito oppure darmi qualche dritta per velocizzare il tutto ?

Non so veramente come ringraziarti.

Saluti

David
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[6] Re: transistor come interruttore

Messaggioda Foto UtentePaolino » 3 ago 2007, 11:39

Con quale frequenza il fotodiodo si accende? Hai verificato se è lui che non aggancia il passaggio di tutti gli aghi? Misura, con l'oscilloscopio, l'andamento del segnale sull'anodo del fotodiodo (pin connesso al "-" del suo operazionale.
La costante di tempo RC (R=1M e C=67pF) filtra bene segnali fino a 2.3 kHz: i tuoi aghi sono più veloci? Ne passano più di 2000 al secondo? Se così fosse, il filtro è troppo stretto....
Ma se così non fosse (questo devi dirlo tu) è probabile che il segnale in uscita debba restare "stabile" per un po' di tempo. Devi fornire questi dati:

1) frequenza di accensione del fotodiodo (praticamente il numero degli aghi/secondo)
2) distanza temporale minima tra il passaggio di due aghi.

In questo modo, magari si riesce a realizzare un astabile con un ampiezza sufficiente per dare modo al 567 di contare gli impulsi.

Ciao.

Paolo.
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[7] Re: transistor come interruttore

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 3 ago 2007, 12:06

Ciao, scusate se mi inserisco nella discussione ma forse ho qualcosa da suggerire a davidde.
Ho fatto due conti e se non ho fatto errori la frequenza di commutazione dovrebbe essere di circa 4.1kHz e la banda passante del filtro, determinata principalmente dal condensatore al pin 2, di circa 2% della fo con un segnale di ingresso di 200mVeff e che quindi è di circa 90Hz. Ne deduco che una variazione del segnale dovuta al passaggio di un ago, per essere apprezzata, deve durare un tempo ragionevolmente superiore a 23ms che corrisponde al periodo di una frequenza metà di 90Hz.
Da questo si deduce che non ha importanza la frequenza con cui scorrono gli aghi, ha invece importanza il tempo di permanenza del singolo ago davanti al sensore che ritengo sia importante stimare. Siccome gli aghi sono molto sottili, si fa presto a raggiungere tempi molto piccoli anche con frequenze di passaggio degli aghi non troppo elevate.
Per quanto detto ritengo che un tempo minimo di permanenza di un ago davanti al sensore debba essere non inferiore ad una trentina di ms affinchè il circuito sia affidabile.
Se da questa stima si dovesse evidenziare che è questo il problema, si può velocizzare il circuito aumentando la banda passante del filtro riducendo opportunamente il valore dei condensatori ai pin 2 e 1 del lm567 ovviamente a scapito dell'immunità ai disturbi: non si può avere tutto.
Va fatta poi un'altra considerazione: siccome la banda passante in questo circuito dipende anche dall'ampiezza del segnale, si dovrebbe verificare se l'ago davanti all'emettitore riesce ad oscurarlo completamente o se, essendo molto sottile, non determini solo una piccola riduzione di luminosità magari insufficiente allo scopo.
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[8] Re: transistor come interruttore

Messaggioda Foto Utentedavidde » 3 ago 2007, 12:48

Ciao, vista la tua disponibilità mi spiego un po' meglio.

Il led che trasmette la luce rilevabile dal fotodiodo lavora ad una frequenza di 1000Hz e il ricevitore è tarato per ricevere solamente quella frequenza.
Ho bisogno di questa funzione perché avendo tre dispositivi uguali nelle immediate vicinanze posso differenziare le frequenze di lavoro per evitare che la luce di uno disturbi l'altro.

Detto ciò passo alla questione aghi.Il problema che si verifica non è legato alla quantità di aghi che passa ogni secondo
(siamo abbondantemente sotto all' unità) ma alla velocità che raggiunge ogni singolo ago quando sospinto da aria compressa percorre il canale guida che lo porta a passare davanti alla fotocellula.
La sua velocità quando passa davanti al fascio luminoso dovrebbe aggirarsi circa sui 2.8 m/sec e di conseguenza il tempo di interruzione del fascio è di circa 5ms tempo notevolmente inferiore ai 23 ms calcolati.

Per quanto riguarda invece la questione dell' oscuramento posso assicurare essare totale soltanto per una una dimensione pari ad 1/3 della lunghezza totale ago, (dipendente chiaramente dalla forma fisica dello stesso) con una conseguente riduzione del tempo di permanenza davanti al sensore di soli 2ms.

Con questo approsimativo dato che valori di condensatori sarebbero opportuni per fare almeno uma prova di stabilità.

Grazie,

David
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[9] Re: transistor come interruttore

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 3 ago 2007, 14:16

Bè con i valori dei componenti del tuo circuito, secondo la formula del datasheet, la frequenza è superiore a 4kHz e non è 1 kHz: fo= 1/(1.1RC), comunque il problema è proprio dovuto ad un tempo troppo basso di permanenza dell'ago davanti al sensore come prevedevo. Se la frequenza fosse di 1kHz come dici tu sarebbe ancora peggio: in 2ms l'ago sarebbe illuminato solo con due impulsi che sono decisamente pochi! Non puoi permetterti poi di filtrare con un passabanda stretto perché più stretta è la banda più lento diventa il circuito e con due soli impulsi, per contro, per essere sufficientemente veloce, la banda dovrebbe essere così larga da rendere completamente inutile il filtro.
Se vuoi venirne fuori, secondo me, devi tentare di aumentare molto la frequenza cercando di arrivare a 50-80Khz ed usare una banda passante del 5-10% di fo.
Non dovresti avere particolari difficoltà a modulare il led a luce rossa trasmettitore con una frequenza così alta. Qualche problema potresti averlo con il diodo ricevitore che credo dovrai sostituirlo con un tipo veloce (non ho molta esperienza in merito). posso dirti con certezza invece che dovrai rivedere lo stadio amplificatore che, così com'è, non è in grado di amplificare segnali di 80KHz. puoi realizzarlo con due stadi a guadagno più basso: il primo stadio potrà essere come il tuo ma con una resistenza di controreazione di 47K anzichè 1M, il secondo anche con una resistenza di controreazione di 47K ed una resistenza da 2.2K con in serie un condensatore da 10nF tra l'uscita del primo stadio e l'ingresso invertente del secondo; l'ingresso non invertente del secondo stadio dovrà essere collegato in parallelo a quello del primo. In questo modo il guadagno totale dovrebbe essere rimasto uguale a prima ma la banda passante dell'amplificatore dovrebbe essere aumentata di circa 20 volte.
Spero di essere stato sufficientemente chiaro
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[10] Re: transistor come interruttore

Messaggioda Foto Utentedavidde » 3 ago 2007, 19:16

Rieccomi qui.
Ho controllato con l'oscilloscopio l'onda quadra presente sulla base del transistor bc558 e la frequenza che vi è applicata è di soli 500Hz la formula però non mi da ragione. L' unica modifica da me effettuata è l' eliminazione della resistenza posta sull' emettitore per far si che il diodo a luce rossa potesse aumentare di luminosità.Dopo aver ricontrollato attentamente i collegamenti sul PCB ed il valore di tutti i componenti sono giunto a conclusione che la mia operazione abbia danneggiato l'integrato.
Dico questo perché il led si accende e il transistor funziona correttamente innoltre generare la frequenza è compito dell lm567.Ora provo a sostituirlo e vedo se risolvo.

il discorso riguardante il filtro passa banda invece mi è di difficile comprensione.
Se non ho capito male devo aumentare la frequenza di "lampeggio" del led e sincerarmi del fatto che il ricevitore sia in grado di vedere tutti gli impuli generati. Il motivo di questa scelta è far sì che ad una interruzione del fascio luminoso corrisponda un più alto numero di impulsi che vengono a mancare al ricevitore.Così facendo il sistema diventa più pronto nell'individuare anche tempi di oscuramento brevi.
Fino a qui credo di aver capito.

Quello che non riesco a capire è il significato della banda passante dell' amplificatore. Come influisce sulla sensibilità del circuito? Apportando le modifiche consigliatemi otterei un circuito affidabile o il circuito rischia comunque di essere instabile?

Ciao,grazie

David
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