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Generatore di rampa I.

Per questo articolo ho preso spunto da un circuito della rivista Nuova Elettronica pubblicato qualche anno fa.
Quel circuito serviva per generare una rampa a gradini e usava un contatore binario a 4 bit con collegato, alle rispettive uscite, un transistor PNP.
Io ho realizzato un generatore di rampa a gradini basato sullo stesso principio ma usando un transistor NPN prendendo l’ uscita sulla resistenza di emettitore.
In questo articolo presento una mia piccola analisi di questo circuito incentrata sulla polarizzazione del transistor.

Il circuito da me realizzato e preso in esame è il seguente:

Dove T1 è un 2N2222.
Vcc=12 V

Per il valore delle resistenze sulla base del transistor occorre considerare che ad ogni resistenza corrisponde un peso binario dell’ uscita del contatore quindi il valore di tensione sulla base risulterà proporzionale al numero di impulsi che vengono contati.

Quindi

  • per il pin A avendo un peso 8 ho scelto la R_4=50 \, \text{k}\Omega 1%
  • per il pin B avendo peso 4 R_3=100 \, \text{k}\Omega 1%
  • per il pin C avendo peso 2 R_2=200\, \text{k}\Omega 1%
  • per il pin D avendo peso 1 R_1=402\, \text{k}\Omega 1%

Per i valori delle resistenze Re e Rc ho eseguito i seguenti calcoli:

Impongo, nella condizione A=1, B=1, C=1, D=1, la tensione ai capi della resistenza Re V_{Re}=10 \, \text{V} e impongo che il transistor sia in saturazione, quindi dalle caratteristiche del 2N2222 ricavo:

hfe(min) = 75


Calcolo la resistenza di base Rb che è il parallelo delle 4 resistenze R1, R2, R3 ,R4 e risulta R_b=26675 \, \Omega

Dalla seguente, che è l’ equazione della maglia di ingresso del circuito considerato:

Vcc = RbIb + Vbe + VRe

ricavo:

I_b=\frac{V_{cc}-V_{be}-V_{Re}}{Rb}=48,73\, \mu \text{A}

Dalla seguente:

h_{fe}=\frac{I_c}{I_b}

Ricavo:

I_c=h_{fe(min)}\cdot I_b=3,65 \, \text{mA}

Quindi:

R_e=\frac{V_{Re}}{I_c+I_b}=2703 \, \Omega ho usato una resistenza di valore commerciale 2740 \, \Omega

Dalla equazione della maglia di uscita cioè:

Vcc = RcIc + Vce + VRe imponendo:

Vce = 0 perché considero il transistor in saturazione.

Ricavo:

R_c=\frac{V_{cc}-V_{Re}}{I_c}=548 \, \Omega ho usato una resistenza di valore commerciale 536 \, \Omega

Come prima prova ho assemblato il circuito di cui sopra poi ho proceduto collegando alla Vcc e a massa le resistenze di base per ottenere la tabella della verità di ingresso, misurando di volta in volta la tensione ai capi della resistenza Re. Ho ottenuto la seguente tabella:

dove si può osservare che ad ogni numero binario di ingresso corrisponde un gradino di tensione ai capi della Re.

In corrispondenza del primo step si ha l' interdizione del transistor cioè V_{ce}=12 \, \text{V} e una V_{Re}=0 \, \text{V}

In corrispondenza dell' ultimo step si ha il transistor in saturazione cioè Vce circa uguale a 0 e una V_{Re}=10 \, \text{V}.

Quindi si ha il passaggio dall' interdizione alla saturazione e viceversa del transistor.

In seguito ho poi realizzato un circuito con un contatore binario utilizzando l’ integrato 4518 e ho collegato il circuito del transistor alle relative uscite come si può vedere dalla seguente figura:

Il 4518 è un contatore binario le cui uscite arrivano a contare fino alla cifre 9 per poi azzerarsi.

Riporto la forma d' onda che ho misurato, con l' oscilloscopio ai capi della resistenza Re:

Dove:

Base/Tempi 200 usec/Div.

Ampiezza 1V/Div.

Sulla forma d' onda ho riportato le misure, effettuate tramite l' oscilloscopio, in tensione corrispondenti ad ogni gradino. Da come si può osservare i valori corrispondono, a meno di un piccolo errore, ai valori ricavati con il metodo descritto sopra e riportati nella tabella. Avendo usato un contatore che si azzera al decimo step, l' ultimo valore è quello corrispondente all' ingresso

  • A=1
  • B=0
  • C=0
  • D=1

Come clock ho usato un oscillatore costituito dal famoso 555 con una frequenza di 10KHz.

Nella seguente immagine riporto le forme d' onda della rampa e del clock:

RampaClock.JPG

RampaClock.JPG

Dove:

CH1 2V/DIV 100usec/DIV

CH2 5V/DIV 100usec/DIV

Da come si può osservare ad ogni periodo di clock, con frequenza di 10KHz, corrisponde un gradino di tensione della rampa, in questo caso la rampa assume un periodo di 1msec.

Quindi:

\frac{Fclock}{10}=F(rampa)

Naturalmente lo stesso circuito può essere modificato per avere una corrente maggiore attraverso la resistenza Re. Ad esempio, ho modificato il circuito usando un valore di resistenze collegate alla base diminuite di un fattore 10. In questo caso ho usato tre resistenze. IL circuito diventa il seguente:

Dove:

R1 = 10kΩ1%

R2 = 20kΩ1%

R3 = 40kΩ1%


Usando il metodo che ho descritto sopra ho calcolato i parametri del circuito.

Impongo V_{Re}=10 \, \text{V}

La Rb risultante dal parallelo di R1, R2, R3 è R_b=5714 \, \Omega

Quindi ottengo:

Ib = 227,5μA

con un hfe(min) = 75

si ha:

I_c=17,1 \, \text{mA}

Quindi:

R_e=577 \, \Omega e R_c=117 \, \Omega


Come si può notare il valore della corrente che attraversa la resistenza Re risulta, in questo caso, maggiore rispetto a quello ottenuto con il circuito precedente infatti:

I_{Re}=I_b+I_c=17,33 \, \text{mA}

in quello precedente si aveva:

I_{Re}=I_b+I_c=3,7 \, \text{mA}

Di questo circuito ne ho fatto la simulazione e ho ottenuto la seguente tabella dove riporto il valore della tensione ai capi della resistenza Re corrispondente ad ogni step di ingresso.

Tabella1.JPG

Tabella1.JPG

Penso che in questo caso, pur essendo una simulazione, i valori di tensione siano molto vicini ai valori che si otterrebbero con il circuito reale.

Documentazione

  • [1]Nuova Elettronica n°114/115 Articolo: Generatore di rampa a gradini.


Sarebbe nelle mie intenzioni proseguire con una seconda parte di questo articolo, se non ci sono contro indicazioni e tempo permettendo, in cui vorrei fare una piccola analisi di come si possa linearizzare la rampa.

In questo secondo articolo http://www.electroyou.it/mrc/wiki/generatore-di-rampa-ii-la-linearizzazione spiego come ottenere la linearizzazione della rampa.

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Commenti e note

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di ,

Grazie a tutti per i commenti! Per rusty: Anch' io avevo pensato ad un integrato tipo 4516 ma non avendolo a disposizione ho optato per il 4518. Ho voluto incentrare l' attenzione sulla polarizzazione del transistor e lasciare in secondo piano l' uso di un integrato per la generazione del conteggio binario. Comunque nella prima tabella che ho inserito, riferita al primo circuito, ho riportato tutti i valori delle tensioni, sulla Re, per ogni step di ingresso da 0000 a 1111. Questi valori li ho ottenuti, come descritto nell' articolo, facendo funzionare il circuito in maniera "statica" ( passatemi il termine )step per step di ingresso. Poi ne ho fatto la verifica dallo step 0000 allo step 1001 usando il 4518.

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di ,

Buon lavoro, aspettiamo il seguito.

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di ,

Molto carino! Perchè hai usato un counter decimale e non un 4516 per esempio? In questo modo potesti generare la rampa "completa" da 0000 a 1111 con in piu' la possibilità di fare un pre-set del conteggio :) Il lavoro è comunque apprezzabile, bravo!

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di ,

Ottima guida, mrc! Grazie!

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