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Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 1
ELETTRONICA IN Rivista mensile, anno II n. 15 DICEMBRE 1996 /
GENNAIO 1997
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editoriale:Carlo VignatiRedazione:Paolo Gaspari, Vittorio Lo
Schiavo,Sandro Reis, Francesco Doni, AngeloVignati, Antonella
Mantia, AndreaSilvello, Alessandro Landone, Marco Rossi.
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Tutti i diritti di riprodu-zione o di traduzione degli articoli
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circuiti descritti suquesta rivista possono essere realizza-ti solo
per uso dilettantistico, ne è proi-bita la realizzazione a
carattere com-merciale ed industriale. L’invio di artico-li implica
da parte dell’autore l’accetta-zione, in caso di pubblicazione,
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altri mate-riali non verranno in nessun caso resti-tuiti.
L’utilizzazione degli schemi pubbli-cati non comporta alcuna
responsabi-lità da parte della Società editrice.
SOMMARIOSEGNALATORE ASSENZA RETEGenera una segnalazione luminosa
quando viene a mancarecorrente sulla linea a causa di un
sovraccarico.
PREAMPLI MICROFONICO PHANTOMUn raffinatissimo preamplificatore
microfonico interamente bilan-ciato, dall’ingresso alle uscite.
Guadagno variabile da 1 a 1.000volte con rapporto S/N
eccellente.
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SCRITTE SCORREVOLI CON OROLOGIOSistema modulare a matrice di led
che permette di visualizzarescritte scorrevoli su un display ben
visibile visualizzando anchel’ora con tanto di minuti e
secondi.
14
SIMULATORE DI PRESENZACompletamente gestito a microcontrollore,
permette di comanda-re l’accensione o lo spegnimento di lampade
simulando la pre-senza di persone in abitazioni, uffici
eccetera.
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ALIMENTATORE DI POTENZA 12V - 30ASe dovete provare circuiti
funzionanti in auto ma non avete adisposizione una batteria a 12
volt, questo è il circuito che fa pervoi: un alimentatore in grado
di erogare oltre 30 ampère!
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71
Iscrizione al Registro Nazionale dellaStampa n. 5136 Vol. 52
Foglio
281 del 7-5-1996.
CORSO DI PROGRAMMAZIONE PER Z8Impariamo a programmare con la
nuovissima famiglia di microcontrollori Z8 della Zilog
caratterizzata da elevate prestazioni, grande flessibilità e basso
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49
Mensile associatoall’USPI, Unione StampaPeriodica Italiana
AMPLI AUDIO 100/170 WATTFinale di potenza con transistor
bipolari ideale per sonorizzaresale da ballo, feste e festoni.
Funziona con casse da 4 o 8 Ohm.
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Spesso in ambito industriale e nella gestione degliimpianti
elettrici si pone il problema di verificareimmediatamente la
condizione di una linea elettricaper sapere se è alimentata o meno;
in altri casi puòessere importante sapere se l’inter-ruttore di
protezione di unacerta derivazione è saltato,senza dover per
forzaandare al quadroelettrico a con-trollare. Occorrequindi una
segna-lazione in gradodi avvisare inmodo chiaro edesplicito
quandoin una linea viene amancare tensioneperché è scattato
ilrelativo magnetoter-mico. Per questo motivoabbiamo pensato di
proporresulle pagine della nostra rivista unprogetto a suo tempo
realizzato per una specifica appli-cazione industriale, mirato alla
segnalazione di even-tuali cadute di tensione dovute a guasti.
Essendo il cir-cuito molto semplice e particolarmente versatile,
cre-diamo possa risultare di grande interesse per chi sitrova a
dover sorvegliare l’efficienza degli impiantielettrici di un
fabbricato, di un’officina, di una ditta,
eccetera. Il nostro segnalatore può funzionare condiverse
tensioni di alimentazione e controllo, e puòessere utilizzato sia
come lampeggiatore di emergenzache, semplicemente, come normale
lampeggiatore perlampade a filamento alimentate con la tensione di
rete.Lo proponiamo sperando possa trovare riscontro nelle
applicazioni più disparate, soddisfacendo lediverse esigenze di
ogni singolo utilizzatore.Questo dispositivo potrà anche essere
utilizzato
in combinazione col progettodi protezione per retielettriche
presentatoalcuni mesi fa: ogniqualvolta dovesse
intervenire la protezio-ne, facendo saltare larete tramite
l’inter-ruttore magneto-termico e inter-rompendone lalinea a valle,
ilsegnalatore fareb-
be lampeggiare la pro-pria lampadina. Naturalmente
per ottenere questo modo di funziona-mento occorre che i punti
di alimentazione (1 e 8) delcircuito siano collegati a monte del
magnetotermicodella linea da controllare, e che quelli di
comandostiano a valle dello stesso interruttore, secondo lo sche-ma
di connessione visibile in queste pagine.
UTILISSIMO
SEGNALATOREASSENZA RETE
di Gabriele Peretto
Collegato a valle di un fusibile o di un magnetotermico genera
una segnalazione luminosa quando viene a mancare corrente sulla
linea a causa
di un sovraccarico. Può funzionare anche come semplice
lampeggiatore a 220 volt.
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schema elettrico del segnalatore e circuito applicativo
Un’ulteriore possibilità, potrebbe esse-re individuata nella
semplice applica-zione come lampeggiatore per lasegnalazione di
cancelli automatici inmovimento od altri sistemi di sicurez-za; in
questo caso potrà anche venireomesso lo stadio di controllo. Come
sipuò notare le applicazioni possonoessere tante e disparate,
lasciamo dun-que alla fantasia ed alle esigenze deinostri lettori
l’utilizzo più appropriato.Adesso, senza dilungarci oltre,
proce-diamo nella descrizione del funziona-mento del circuito, il
cui schema elet-trico è riportato in questa pagina unita-mente allo
schema applicativo: il cir-cuito del segnalatore è la parte
compre-sa tra i punti 1, 8, 4 e 5.
DESCRIZIONE DEL CIRCUITO
Come evidenziato dai disegni, il cir-cuito è estremamente
semplice ma permeglio comprenderne il funzionamentoconviene
suddividere lo schema in dueblocchi funzionali distinti: il
primodestinato ad alimentare il lampeggiato-re, il secondo
implementato per con-trollare lo stesso, ovvero per comandar-ne
l’attivazione o lo spegnimento.Iniziamo l’analisi del primo stadio
par-
tendo dal punto di allacciamento rete:si può notare che la
tensione di ali-mentazione, passando attraverso il cari-co
costituito dalla lampada e dalla resi-stenza R6, viene
successivamente rad-drizzata dal diodo D2 andando a cari-care,
attraverso la rete RV1/R3 il con-
TRIAC, dato che si illumina solamen-te se nel gate di questo
elemento scorrela giusta corrente, e di fare di per sé daspia. In
pratica, il DL1 si accende ognivolta che il DIAC conduce ed
alimentail TRIAC evidenziando così l’inter-vento del dispositivo,
indipendente-
CARATTERISTICHE TECNICHE
Tensione massima del circuito: 250 Vca.Carico massimo
applicabile in uscita: 60 W.Frequenza di lavoro regolabile da 1 a 3
Hz.
LED di segnalazione per mancanza o interruzione lampada Al Ga
As. Protezione primaria tramite fusibile autoripristinante da 145
mA.
densatore C2. Quest’ultimo incrementalentamente il proprio
potenziale sino alraggiungimento della tensione di sogliadi
conduzione del DIAC DD1 (che èall’incirca di 32V) il quale,
entrandoin conduzione, lascia passare correnteverso il gate del
TRIAC TH1 attraver-so il LED DL1 e la resistenza R4; que-st’ultima
provvede a limitare l’assorbi-mento del gate del tiristore a circa
10mA. Il LED DL1 assolve due distintefunzioni, entrambe di tipo
diagnostico:il suo compito infatti è quello di segna-lare il
corretto funzionamento del
mente dal fatto di collegare o meno lalampada segnalatrice. A
tal propositofacciamo notare che non inserendo lalampada LP1 o se
questa dovesse bru-ciarsi, la resistenza R6 in parallelo adessa
assicura il collegamento tra la reteelettrica ed il circuito di
carica del con-densatore C2. Il dispositivo può quindifunzionare
sia come segnalatore a lam-pada che come spia a LED, a secondache
lo si debba vedere da lontano osemplicemente a breve distanza in
unquadro elettrico o in un pannello dicontrollo. Analizziamo ora
nei dettagli
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COMPONENTI
R1: 100 Ohm 1/2WR2: 10 KohmR3: 68 KohmR4: 470 OhmR5: 100 OhmR6:
15 Kohm 3WRV1: 100 Kohm trimmer
C1: 150 nF 400VL poliestereC2: 100 µF 50VL elettroliticoC3: 10
nF 400VL poliestereD1: 1N4007 DiodoD2: 1N4007 DiodoDD1: Diac
DB3DL1: Diodo led 5 mm rossoTH1: Triac N6075 o
BT136F-600
OC1: 4N38 o CNY17 fotoaccoppiatore
F1: Fusibile autoripristinanteLP1: Lampada a filamento
massimo 60W
Varie:- stampato cod. G077;- zoccolo 3 + 3.
il segnalatore in pratica
cosa accade in questa sezione deldispositivo dopo il
collegamento allarete a 220 volt: questa tensione, rad-drizzata e
limitata, carica C2 e nonappena la tensione ai capi di
quest’ulti-mo oltrepassa la soglia di conduzionedi DD1 scorre
corrente nel gate delTRIAC TH1 provocandone la condu-zione ed
alimentando la lampada. Aquesto punto il led si
illumina.L’assorbimento di gate del TRIAC sca-rica C2 e in breve
tempo la tensione aicapi di quest’ultimo diventa insuffi-ciente a
mantenere in conduzione ildiac DD1, cosicché si spegne il LED,il
TRIAC si interdice e si spegneanche l’eventuale lampada.
Adessotutta la corrente in arrivo da R3 torna ascorrere nel C2, il
quale può ricaricarsie ad un certo punto la tensione ai capidi
quest’ultimo raggiunge di nuovo unvalore tale da superare la soglia
di con-duzione del DIAC: la base del TRIACviene nuovamente
polarizzata, la lam-pada si accende e il LED torna ad illu-minarsi.
Ovviamente in breve tempo lacorrente assorbita scarica il
condensa-tore C2 ed il ciclo ricomincia come giàvisto. Avendo una
resistenza variabilein serie al circuito del condensatorepossiamo
modificare i cicli di carica escarica, quindi i relativi tempi:
pertanto
agendo su RV1 possiamo variare itempi di acceso/spento del LED e
del-l’eventuale lampada, ovvero la loro fre-quenza di lavoro.
L’altro capo del circuito della lampadapreleva la tensione di
alimentazioneattraverso il fusibile F1 che è di tipo
autoripristinante ovvero non si danneg-gia quando interviene ma,
molto sem-plicemente, si interrompe aumentandola propria resistenza
finché permane ilcorto circuito o l’eccessivo assorbi-mento. La
rete snubber R5/C3 è statainserita nel circuito per eliminare i
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PER IL MATERIALE
Tutti i componenti utiliz-zati in questo circuitosono facilmente
reperibilipresso qualsiasi rivendi-tore di materiale elettro-nico.
La soluzionecostruttiva da noi utiliz-zata può essere facilmen-te
modificata adottandosoluzioni più adatte alleproprie esigenze.
disturbi di commutazione del TRIAC eper limitare i picchi di
extratensione,presenti immancabilmente sulla lineadi alimentazione.
Passiamo ora alsecondo stadio del circuito che, comegià anticipato,
svolge la funzione dicontrollo del lampeggiatore. Questo ècomposto
da un fotoaccoppiatore atransistor OC1, utilizzato come
inter-ruttore; quando il magnetotermico èchiuso, i punti 4 e 5 sono
sottopostialla tensione di rete e tramite R1 e C1viene alimentato
il LED contenuto nelfotoaccoppiatore; il transistor contenu-to in
OC1 entra in conduzione e mandain cortocircuito i piedini 5 e
4.Attraverso la resistenza R2, OC1 scari-ca l’elettrolitico C2, la
cui differenza dipotenziale scende sotto i 15V, tanto danon
riuscire più a superare la soglia diconduzione del TRIAC. Viene
cosìbloccato il funzionamento del circuitoprimario, mantenendo
contemporanea-mente spenta la lampada ed il LED. Anche per il
fotoaccoppiatore, parti-colare cura è sata riposta nella sceltadel
componente adatto, il quale devepoter essere pilotato con una
correnteminima di 7 mA sopportandone unamassima di 60 mA. Inoltre
il rivelatoredel fotoaccoppiatore deve poter accet-tare tensioni di
Vce di 70V con unacorrente di collettore di 50 mA. Il
fotoaccoppiatore viene alimentatoattraverso la rete C1/R1, mentre
ildiodo D1 provvede a tagliare i picchinegativi di tensione che
danneggereb-bero il fotodiodo. Quest’ultimo deveessere in grado di
funzionare fino ad unminimo di 110 Veff (155 V/picco) edaccettare
sovratensioni impulsive fino a1300 volt picco/picco in piena
sicurez-za. Se viene a mancare la tensione aipunti 4 e 5 del
circuito, ad esempioperché salta il magnetotermico,
ilfotoaccoppiatore si interdice e lasciaaperti i piedini 4 e 5,
consentendo cosìal C2 di caricarsi e di far funzionarecorrettamente
il lampeggiatore. Le formule per calcolare la rete di
ali-mentazione sono le solite e certamentele abbiamo già affrontate
nei preceden-ti numeri della rivista, ma le ripropo-niamo comunque
per quanti ancora nonle conoscessero, rammentando sola-mente che,
anziché una normale resi-stenza, per abbassare la tensione
infunzione della corrente richiesta, vienesfruttata la reattanza
del condensato-
re:ciò per il semplice fatto che il con-densatore non dissipa
alcuna potenza.Alla resistenza R1 è assegnato il com-pito di
limitare la corrente qualora ilcircuito venga alimentato nel
momentoin cui la sinusoide della tensione di reteraggiunge il
valore di picco.Supponendo, per semplificare, che sulbipolo R1/C1
cada l’intera tensione dialimentazione, cioè 220 Veff, la
reat-tanza del condensatore va determinataconsiderando la corrente
assorbita dalLED interno al fotoaccoppiatore OC1:chiamando Id
questa corrente e Vc lacaduta sul condensatore, ricaviamo
larelativa reattanza applicando la legge diOhm: Xc = Vc /
Id.Dall’elettrotecnica sappiamo che: Xc =1/6,28 x f x C, quindi
possiamo ricava-re il valore del condensatore dalla for-mula
seguente: C = 1/6,28 x f x Xc. Ilvalore del condensatore viene
espresso
in Farad se la frequenza è in Hz e lareattanza in Ohm. Con ciò
possiamoconsiderare conclusa la descrizione delcircuito;
rammentiamo soltanto a quan-ti desiderassero impiegare il
dispositi-vo unicamente come segnalatore (adesempio per evidenziare
il movimentodi un cancello automatico) che in talcaso dovrà essere
omesso lo stadio dicontrollo composto dalla rete C1,R1,D1, OC1 ed
R2. Con questa modificainfatti il lampeggiatore funziona inmaniera
continua dal momento in cui ilcircuito viene alimentato.
MONTAGGIO E INSTALLAZIONE
Per il montaggio del circuito viene uti-lizzato un piccolo
circuito stampatorealizzato in doppia faccia senza metal-lizzazione
dei fori; infatti le piazzolesuperiori hanno solamente lo scopo
dibloccare saldamente i pin di collega-mento del contenitore octal
utilizzato.Con questa particolare soluzionecostruttiva, è molto
facile - in caso diriparazione o modifica al circuito -estrarre e
successivamente reinserire labasetta nel suo alloggiamento. I
termi-nali sono realizzati con una specialelega bronzo/fosforo
solitamente utiliz-zata in tutti i connettori di tipo
profes-sionale. Questi pin, che potranno ancheessere
preventivamente stagnati, perevitare piccole ossidazioni che
potreb-bero verificarsi in particolari condizio-ni di impiego in
ambienti particolar-mente umidi o per applicazioni inesterni,
andranno successivamente infi-lati a coppie nei relativi fori di
utilizzosul supporto dello zoccolo octal, e pre-cisamente nei fori
1,8,3,4,5,6.Successivamente dovrà essere infilatosui pin il
circuito stampato, avendocura di spingerlo fino in fondo saldan-do
poi i reofori dei pin stessi alle rela-tive piazzole superiori. A
questo punto si sfilerà la basetta e siprovvederà a saldare i
contatti dal latoopposto realizzando così una tenutameccanica
eccellente; si dovrà inoltremettere una goccia di stagno nei
duefori (2 e 7) inutilizzati creando così unapolarizzazione che
impedirà di inserireil tutto in modo errato. Si procederà nel
montaggio proprio deicomponenti iniziando dallo zoccolo
delfotoaccoppiatore, proseguendo rispetti-
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Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 13
triac e frequenza, un cocktail...Quanti desiderassero modificare
la frequenza di funzionamento del LED edella lampadina segnalatrice
potranno agire sul valore del condensatore C2o su quello delle
resistenze R3 ed RV1: per elevare la frequenza suggeriamodi ridurre
il valore del C2, ad esempio a 47 µF (la tensione di lavoro resta
lastessa), mentre per abbassarla si può intervenire aumentando il
valore dellaR3, ad esempio portandolo a 100 Kohm. Tuttavia in
questo caso bisogna farei conti con la corrente assorbita dal
TRIAC: già, perché aumentando la resi-stenza in serie ad esso si
potrebbe arrivare a non innescarlo più. Ad ognimodo va posta
particolare attenzione nella scelta di questo componente, per-ché
nel caso venisse utilizzato un tipo diverso da quello da noi
consigliatopotrebbero esserci problemi. Il tipo 2N6075 presenta una
sensibilità di gatedi soli 5mA sui primi tre quadranti, e di 10 mA
sul quarto quadrante; utiliz-zando quindi un componente con
sensibilità di eccitazione inferiore (mag-gior corrente di gate)
potrebbe risultare indispensabile sostituire anche laresistenza R4,
tenendo conto comunque che l’assorbimento influisce anchesulla
frequenza di lampeggìo ..... e quindi si renderebbe necessario
ricalcola-re tutto il circuito di controllo...
vamente con le resistenze ricordando-si di tenere la R6
sollevata dal c.s. dicirca 3 o 4 mm.; andranno poi inseritiil
trimmer, i diodi, i condensatori, ilfusibile autoripristinante ed
infine ilTRIAC, avendo l’avvertenza di rivol-gere il dorso
metallico verso il conden-satore C3. Successivamente ci si dovrà
munire didue spezzoni di guaina isolante del dia-metro di 2 mm
circa che dovrà esseretagliata esattamente a 24 mm di lun-ghezza ed
infilata nei reofori del diodoLED, il quale sarà poi saldato
sullabasetta con il riferimento indicante ilcatodo verso la
resistenza R4. Il mon-taggio può ritenersi ultimato e nonresta
quindi che inserire il fotoaccop-piatore nel relativo zoccolo,
curando diposizionarlo con la tacca di riferimentoverso l’angolo
estremo del c.s., e tuttoil circuito nel relativo zoccolo del
tipoper relè con spina a 8 poli. Procediamo ora al collaudo finale
e, atal proposito, rammentiamo che ai con-tatti 1 e 8 andrà
applicata l’alimenta-zione primaria di rete (220 Vac), aicontatti 4
e 5 quella di controllo (se uti-lizzata) ed ai terminali 3 e 6 il
caricocostituito da una lampada a filamento
oppure di tipo alogeno purché nonsuperiore a 60 Watt. I contatti
2 e 7 nonvanno utilizzati.Raccomandiamo estrema
prudenza,trattandosi di circuito sotto tensione direte, anche
quando toglierete l’alimen-tazione, in quanto i
condensatoripotrebbero risultare ancora carichi pro-
vocando fastidiose scosse. A collaudo terminato e dopo aver
tara-to il trimmer secondo le vostre esigen-ze, potrete inserire il
coperchio di pro-tezione, non prima di aver praticato unforo di 5.5
mm al centro dello stesso,per l’alloggiamento del LED di
segna-lazione.
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NOVITA’ ASSOLUTA
OROLOGIO CONSCRITTA
SCORREVOLE
di CarloVignati
Finalmente! Ecco un visualizza-tore di scritte scorrevoli
fattocome si deve. Siamo più che certiche, visto questo articolo,
avetepensato proprio questo: e già, per-ché stavolta abbiamo
preparato undispositivo capace di visualizzarescritte scorrevoli
utilizzando unacircuitazione relativamente sempli-
ce, modulare, che permette di sem-plificare il montaggio; il
tutto ègestito da un microcontrollore Z8della Zilog, che controlla
la matricedi diodi in modo da visualizzarenormalmente l’ora e, ogni
minuto,la scritta scorrevole programmatanella sua memoria EPROM. In
pra-tica il display di cui è provvisto il
dispositivo visualizza normalmentel’ora, e ogni minuto la toglie
facen-do scorrere la scritta memorizzata;passata la scritta torna
l’ora. Il cir-cuito di controllo è semplicissimo esi limita
praticamente allo Z8 e allesue linee di comando: con esseimpartisce
ordini alla logica dispo-sta su ciascuna delle schede del
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Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 15
Sistema modulare amatrice di LED che
permette di visualizzarescritte scorrevoli (pro-
grammabili) su undisplay ben visibile: iltutto è gestito da
un
microcontrollore Zilogprogrammato in mododa visualizzare
anche
l’ora, con tanto diminuti e secondi.
sistema di visualizzazione, ecomanda (tramite transistor) le
lineedi LED. Il sistema che proponiamoimpiega una matrice di 7
righe per36 colonne, utilizzando quindi tremoduli di
visualizzazione a LED da7x12: ogni modulo dispone quindidi un
display formato da 7x12 LED,organizzati in 7 righe e 12
colonne.
Se consideriamo che ciascun carat-tere è visualizzato su 6
colonne eche lo spazio tra i caratteri è di unacolonna, notiamo che
con il nostrodisplay possiamo rappresentarefino a 6 caratteri: non
è quindi uncaso che l’orologio visualizzi l’oranel formato ore,
minuti, secondi: adesempio le 4, 30 minuti e 30 secon-
di sono visibili sul display nel for-mato 04:30:30. Hardware e
softwa-re sono, in questa applicazione,strettamente legati tra di
loro; tantolegati da poter affermare che non sipuò capire come
funziona il pro-gramma senza comprendere con-temporaneamente anche
lo schemaelettrico e viceversa. Poiché risulta
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16 Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97
difficile descrivere contemporanea-mente programma e circuito
elettrico,iniziamo la nostra analisi con la sezio-ne software
rammentando che eventua-li dubbi di percorso saranno
chiariticompletando la lettura di tutto l’artico-lo. Il flow-chart
del programma princi-pale, siglato MF83, è riportato in que-ste
pagine; come si può osservare, dopol’accensione il microcontrollore
proce-de alle varie inizializzazioni: setta i bitdella porta 2 come
uscite, predispone iltimer (T0) a generare un interrupt ogni5
millisecondi e il timer T1 a produrreun altro interrupt, però ogni
0,5 msec.Imposta poi l’ora sulle 12:00, ovveromemorizza nel
registro dedicato alleore il numero 12 e in quello dei minutilo 0.
Terminata questa fase, il microesegue il “main program” che,
nelnostro caso, coincide con l’istruzione“loop jp loop”: il micro
non esegueapparentemente alcuna istruzione vali-da. Nel contempo
però lavorano i duetimer e le relative subroutine di inter-rupt.
Analizziamone una per volta, e vedia-
mo adesso come viene gestito l’orolo-gio, osservando il
funzionamento deltimer T0: la relativa routine è quellaesplicitata
dal diagramma di flusso cheinizia con TIME. Allora, ad ogni
fra-zione di 5 millisecondi, il timer T0genera una interrupt ed il
nostro microesegue tutte le istruzioni appartenentiall’etichetta
TIME. Osservando il rela-tivo flow-chart, notiamo che ogni
5millisecondi viene incrementata lacella di RAM dei millisecondi
finchéquest’ultima non raggiunge il numero200: questo valore
corrisponde ad 1
pin-out del µCZ86E08
Ogni scritta viene creata sul display accendendo di volta in
volta i LED chene compongono i caratteri: in pratica per ogni
colonna vengono accesi i
LED che servono a formare i caratteri; per ottenere lo
scorrimento, i diodi siaccendono, ad ogni passo, nella colonna
successiva a sinistra.
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Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 17
secondo (200x5 msec.=1000 msec,cioè 1 secondo) che è il valore
minimovisualizzabile dal display. Fino a quan-do il contatore non
raggiunge 200 unitàla subroutine TIME non esegue nessu-na altra
operazione. In caso contrario,ovvero al raggiungimento del
numero200, il contatore software del program-ma T0 si azzera e
contemporaneamen-te verifica lo stato dei pulsanti di impo-stazione
di ore e minuti; se nessuno èpremuto viene incrementato di unaunità
il contatore dei secondi. Quandoil contatore delle 200 unità
raggiungealtri 1000 millisecondi si resetta eviene incrementato di
un’altra unità ilcontatore dei secondi, sempre a pattoche nessuno
dei pulsanti sia premuto.Al raggiungimento del sessantesimosecondo
il contatore secondi si azzera ecomanda l’azzeramento dei secondi
suldisplay (:00) incrementando questavolta un terzo contatore,
quello deiminuti.Riepilogando, abbiamo la base deitempi a 5
millisecondi che eccita ilcontatore di base, il quale fornisce
impulsi ogni secondo: questi impulsieccitano il contatore dei
secondi, cheogni 60 unità eccita quello dei minuti.Quando il
contatore dei minuti rag-giunge i 60 impulsi si azzera e aggior-na
quello delle ore: quest’ultimo avan-za di un passo ogni 60 di
quello deiminuti (un’ora è formata proprio da 60minuti primi).Anche
gli impulsi relativi alle oreaggiornano un contatore che attende
dicontare fino a 13. Quando si raggiungeil valore 13 l’orologio si
resetta e ildisplay visualizza le ore 01:00:00; si
azzera anche il contatore delle ore,mentre gli altri si azzerano
da soli.Il risultato dell’orologio, ovvero quantocontato dai
contatori di ore, minuti,secondi, viene trasferito in una ben
pre-cisa area di memoria dati del micro.Questa zona di dati, che
nel prosegui-mento dell’articolo indicheremo con iltermine Buffer
di RAM, è compresa tragli indirizzi esadecimali 20 e 44
(dalsegmento 0 al 35, locazioni dalla 321alla 644). In pratica
l’orologio vieneaggiornato in RAM ogni secondo,ovvero ogni 200
unità del primo conta-
tore. Dopo il caricamento nel Buffer diRAM, la subroutine TIME
provvedeanche alla conversione dei dati binarirelativi all’orologio
in altrettanti carat-teri ASCII i cui numeri BCD vengonoconvertiti
(grazie ad una apposita tabel-la implementata nella memoria
pro-gramma) in byte adatti a pilotare cor-rettamente le righe del
display.Vedremo tra poco come avviene lavisualizzazione.Adesso
analizziamo cosa accade sedurante l’esecuzione della routine
diinterrupt di T0 si preme uno dei pulsan-
I dati relativi alla scansione delle scritte vengono caricati in
un buffer dellaRAM del microcontrollore, compreso tra gli indirizzi
esadecimali 20
e 44 (36 segmenti in tutto). Questo buffer è utilizzato per
tutti i dati, quindianche per quelli che riguardano la
visualizzazione e l’aggiornamento
dell’orologio. La subroutine “Shift” provvede a leggere
periodicamente ilcontenuto del Buffer della RAM e a trasferire i
dati in esso contenuti
sul Port 2 del microcontrollore.
-
18 Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97
ti. Ciascuno dei due viene “osservato”ogni volta che il
contatore della base-tempi si resetta, ovvero ogni secondo:se si
trova premuto il pulsante deiminuti si avvia la subroutine di
aggior-namento dei minuti, che determina l’a-vanzamento di un’unità
nel contatoredei minuti; una unità per ogni volta chesi preme il
relativo pulsante (P1). Se ilpulsante dei minuti non è premuto
ilprogramma slitta al blocco di test suc-cessivo, osservando il
pulsante delle ore
(P2); se questo viene premuto si avviala subroutine che
incrementa di unità ilcontatore delle ore (0÷13) con la moda-lità
già vista per l’aggiornamento deiminuti. In entrambi i casi
l’aggiorna-mento dei contatori viene messo inRAM e l’ora viene
modificata sudisplay in un tempo brevissimo.Vediamo ora come
avviene la visualiz-zazione del messaggio, messaggio chea
differenza dell’ora è fisso e vienecaricato nella memoria EPROM
dello
Z86C08 al momento della programma-zione. Ogni 60 unità contate
dal conta-tore dei secondi (praticamente ogniminuto) viene sospesa
la visualizzazio-ne dell’ora sul display (tutti i LED sispengono) e
il software fa una chiama-ta (“CALL”) alla subroutine LoadMessage,
esplicitata dal relativo dia-gramma di flusso illustrato in
questepagine. In questa subroutine il micro-controllore va a
cercare in EPROM ilmessaggio da visualizzare e ne conver-
il software
schema interno dello shift-register 74HCT164
-
Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 19
te ogni singolo carattere nel valorenumerico corrispondente al
rispettivocodice ASCII: ad esempio la lettera Fmaiuscola
corrisponde al numero 70,ovvero, in forma binaria, a: 1000110.Nel
programma è inserita una tabella diconversione che fa corrispondere
adogni singolo codice ASCII una precisacombinazione dei LED accesi
lungo ildisplay: ad esempio, considerando cheogni carattere è
composto da un massi-mo di 7 LED in altezza (colonna) e di 6
in larghezza (in realtà uno è semprespento per spaziare il
carattere) la lette-ra F maiuscola si ottiene facendoaccendere
tutti i LED della secondacolonna (da sinistra) quelli dal 2 al
6della prima riga (ROW1) in alto e quel-li dal 2 al 6 della quarta
riga (ROW4).Insomma, il codice binario corrispon-dente ad ogni
carattere (per i primi seicaratteri che compongono la frase)viene
caricato nell’area della RAMcompresa tra i soliti indirizzi 20H
e
44H. Va notato che il display visualizzasei caratteri per volta,
quindi nella pre-detta area di RAM vengono caricati divolta in
volta 6 caratteri, pertanto ognivolta che ne viene aggiunto uno (il
set-timo, l’ottavo, ecc.) viene eliminato ilprimo della fila: un
po’ come avvienesul display, dove scorrendo la scrittasparisce il
carattere d’inizio e se neaggiunge uno alla fine. Quando terminala
visualizzazione del messaggio laLoad Message provvede a
segnalarlo
La sezione più complessa di questo progetto è sicura-mente
quella software, quella cioè riguardante la
sequenza di comandi (leggi istruzioni) che abbiamoimplementato
nel microcontrollore della Zilog affinchèsia in grado di svolgere
correttamente tutte le funzionirichieste. Per semplificare la
descrizione del program-ma riportiamo nell’articolo quattro
flow-chart (tre lipotete trovare in questo box, il quarto nella
paginaseguente) che illustrano dettagliatamente ciò che il
micro esegue quando viene alimentato. Il programma(MF83)
inizializza dapprima le risorse interne delmicrocontrollore che,
come sappiamo, sono i due
timer T0 e T1, le porte di ingresso/uscita e la memoriadati
(RAM) poi esegue il “main-program” che, nel
nostro caso, coincide con un “loop jp loop”: il micronon esegue
apparentemente alcuna istruzione valida.Nel contempo però lavorano
i due timer e le relative
subroutine di interrupt: ogni 0,5 msec vengono esegui-te le
istruzioni contenute nella subroutine SHIFT e
ogni 5 msec quelle della subroutine TIME. La primasubroutine
provvede a leggere il buffer dati in RAM e
a trasferirne il contenuto sul Port 2 del micro; laseconda
mantiene aggiornati i registri contenenti
l’ora, i minuti e i secondi. La subroutine LOAD_MESSAGE viene
richiamata ogni minuto per
trasferire il messagio presente in EPROM all’interno del buffer
RAM.
-
20 Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97
alla TIME che ricarica il Buffer diRAM con i valori di ore,
minuti esecondi: sul display ricompare l’orolo-gio. Ovviamente,
mentre la LoadMessage provvede a “scrivere” nelBuffer di RAM il
messaggio disponibi-le in EPROM la TIME continua a man-tenere
aggiornato il tempo senza peròaggiornare il Buffer di RAM:
mentrescorre la scritta la base dei tempi del-l’orologio non viene
alterata e rimaneaggiornata. A questo punto bisogna
vedere come avviene di fatto la visua-lizzazione delle scritte,
già, perché icaratteri non vengono visualizzati con-temporaneamente
(sarebbe impossibilefarlo con i pochi piedini disponibili
nelmicrocontrollore) ma sono compostisulla matrice mediante
l’accensione deiLED giusti al momento giusto: i carat-teri vengono
scritti sul display esatta-mente come avviene nella
televisione,cioè sono formati da LED che si accen-dono velocemente
in sequenza e per
brevi istanti, creando l’immagine volu-ta. Sfruttando la
persistenza delleimmagini nell’occhio umano si riescead ottenere
messaggi chiaramente visi-bili. Il metodo di
visualizzazioneriguarda anche l’ora dell’orologio.Chiaramente per
ottenere una buonaimmagine il microcontrollore devecostituire
velocemente l’immagine,cioè deve effettuare una scansione
dellamatrice ad alta frequenza: consideran-do che il nostro occhio
può vedere 50diverse immagini parziali come unasola (ce lo dimostra
appunto la televi-sione) abbiamo fatto scrivere tutti i 6caratteri
componendoli con circa 50frammenti, ovvero parti del messaggioo
dell’ora. Il sistema di visualizzazioneconsiste in una scansione
opportuna-mente controllata della matrice diLED: si parte dalla
colonna di destra,formata da 7 LED (uno per riga) e sigiunge alla
prima da sinistra, quindi siricomincia daccapo. Ogni colonnarimane
alimentata per circa 0,5 millise-condi (ecco a cosa serve il timer
chegenera la base dei tempi di 0,5 msec.) espenta per i successivi
18: in pratica ilciclo dura 18,5 msec. di cui 18 occor-
rono per accendere le 36 righe(36x0,5=18) ed uno è il passo
diblanking, nel quale la sequenza si azze-ra e il microcontrollore
provvede aresettare la logica usata per la scansio-ne che vedremo
tra breve.Per chiarire la cosa possiamo immagi-nare di formare la
solita lettera F maiu-scola ad esempio al primo posto (adestra del
display); in questo caso ilmicrocontrollore, dopo aver pescato
inmemoria il codice e la tabella di con-
la subroutine TIME
di interruzionedel timer T0
-
Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 21
versione relativi alla lettera, esegue iseguenti passi: dopo
aver azzerato lalogica abilita le righe 1 e 4 (in praticapone a
livello logico basso i piedini 15e 18 abilitando i transistor T2 e
T5 chealimentano le rispettive righe) quindi,nell’ordine, le
colonne (da destra) 1, 2,3, e 4; poi abilita tutte le proprie
uscitepolarizzando i transistor T2, T3, T4,T5, T6, T7, T8 e
alimentando tutte lerighe, e abilita la colonna 5 (sempre dadestra)
formando la “gamba” della F.Svolgendo velocemente questa sequen-za
il nostro occhio vede effettivamentela lettera illuminata; e la
sequenza sisvolge davvero alla svelta, infatti ognicolonna
(l’abbiamo detto poco fa) restaalimentata per 0,5 millisecondi,
quindil’intero carattere viene composto in5x0,5=2,5 millisecondi:
pochissimo,tant’è che al nostro occhio appare lalettera e basta!
Naturalmente la sequen-za del carattere si conclude con la
disa-bilitazione di tutte le righe e l’abilita-zione della colonna
6 (da destra) il chedetermina uno spazio evidentementeformato da
LED spenti. Chiaramente lecolonne le abbiamo numerate usandouna
convenzione che rendesse chiaro
l’esempio: in realtà le colonne 1, 2, 3,ecc. sono la 12, la 11,
la 10, ecc. di ognisingola scheda visualizzatrice e, rispet-to
all’intero display (formato da trevisualizzatrici a LED) sono la
36, la 35,la 34, ecc. Inoltre le colonne sono acce-se in sequenza e
le righe vengonocomandate di conseguenza, per accen-dere i LED
giusti.La gestione dei LED che formano ildisplay si ottiene grazie
ad un partico-lare accorgimento che permette di
usare un microcontrollore a soli 18 pie-dini per indirizzare 7
righe e 36 colon-ne che, con la logica tradizionale,richiederebbero
ben 252 linee dicomando: il microcontrollore comandadirettamente
l’abilitazione delle lineedel display, mentre le colonne
sonogestite da una circuiteria esterna cheprovvede ad una
accensione in sequen-za delle colonne, dalla prima alla
tren-taseiesima. La scansione delle colonneè controllata da un
segnale di clock a 2
KHz prodotto dal microcontrollore gra-zie alla subroutine SHIFT
(controllatadall’interrupt del timer T1) che produceun impulso ogni
0,5 millisecondi(1/0,5msec=2000 Hz) ed è sincronizza-ta con
l’abilitazione delle righe in mododa essere certi che per ogni
frazione delcarattere da visualizzare si accendano iLED giusti.Il
sincronismo tra i due segnali lo stabi-lisce il microcontrollore,
che ad ognifine sequenza (cioè dopo la scansione
pin-out del driver dipotenza ULN2068
schema elettrico della scheda di controllo
-
22 Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97
la scritta scorrevole
Il messaggio che appare e scorre sul display del nostro
dispositivo è contenuto nella memoria di programma (EPROM)del
microcontrollore Z86C08 e viene caricato durante la fase di
programmazione del componente: è quindi fisso, cioèrimane quello a
meno di non riprogrammare il microcontrollore. Quando richiederete
il micro potrete specificare la fraseche volete, come la volete:
con parole a lettere maiuscole o minuscole, anche contenente numeri
ed altri simboli, purchéla sua lunghezza complessiva non superi i
60 caratteri.
della riga 36, trascorsi 18 msec.) gene-ra un impulso di reset
della durata di0,5 millisecondi utilizzato per azzerarela logica
delle singole unità di visualiz-zazione a LED.Osservate che
compiendo un ciclo divisualizzazione ogni 18,5 millisecondiil
nostro sistema lavora ad una frequen-za d’immagine di circa 55 Hz,
ovveroproduce 55 volte in un secondo quel-l’immagine che, nel caso
dell’orologio,ci appare ferma; come avviene per latelevisione (che
nel sistema PAL, usatoin Italia, produce ogni immagine 50volte al
secondo) quando sullo schermoappare il monoscopio, l’immagine
fissaappare purtroppo un po’ traballante,ovvero “sfarfalla”.
Tuttavia guardandoil display ad una certa distanza e coper-to da un
pannello colorato trasparente ildifetto viene minimizzato.Per
concludere la descrizione del fun-zionamento del visualizzatore
dobbia-
meglio per far correre un dato se nonuno shift-register
(registro a scorrimen-to)? Nulla, per questo ogni visualizza-tore
contiene degli shift-register: sitratta di 74HC164, versioni
CMOSHigh-Speed dei più noti TTL 74164;ogni unità visualizzatrice ne
impiegadue, collegati in cascata, giacché cia-scuno dispone di 6
uscite. Si pilotanocosì 12 colonne di LED.Il collegamento in
cascata riguarda idati ed è indispensabile per fare inmodo che il
dato fornito dal microcon-trollore (uno logico) cammini da
unregistro all’altro, da una scheda all’al-tra. Il clock del
microcontrollore (pre-levato dal suo piedino 12) è in comunecon
tutti gli shift register e con tutte leschede visualizzatrici:
viene applicatoal piedino di clock (pin 8) dei registri diogni
scheda, ovvero U1 e U2. Il“DATA” (piedino 13) del microcontrol-lore
è collegato invece alla linea dati di
alla prima uscita dell’U2, mentre giun-ge alla sua sesta uscita
(piedino 11)dopo l’arrivo del dodicesimo impulsodi clock.Le schede
visualizzatrici sono proget-tate per essere messe in cascata,
infattila sesta uscita del secondo registro diciascuna va alla
linea “DATA” uscente(su lato di destra): così, collegandoun’altra
scheda il clock, il CLEAR el’alimentazione sono in comune, men-tre
il dato arriva dopo 12 passi (impul-si di clock) sincronizzando in
tal modoil funzionamento. Ogni scheda visua-lizzatrice pilota le
rispettive colonne diLED mediante driver integrati ciascunoa 4
linee: si tratta di ULN2068B (U3,U4, U5) pilotati dai livelli di
uscita deiregistri U1 e U2; i driver sono indi-spensabili perché
uno shift-registerCMOS non può erogare la corrente suf-ficiente ad
accendere 7 LED (tanti necomprende una colonna).
mo a questo punto vedere come è fattaogni singola unità; lo
facciamo pren-dendo in considerazione lo schemaelettrico di uno dei
visualizzatori.Come è logico, disponendo di unsegnale di clock il
sistema più sempli-ce per accendere una colonna alla voltaconsiste
nel far scorrere un dato digita-le in un circuito logico; e cosa
c’è di
ogni scheda ed entra ai piedini 1 e 2 delregistro U1; l’ultima
uscita del primoregistro è collegata solidamente agliingressi (i
soliti pin 1 e 2) dati delsecondo, cosicchè giunti al sesto passoil
dato che ha camminato lungo ilprimo registro si presenta agli
ingressidel secondo: al settimo impulso diclock il dato in
questione si presenta
Gli ULN2068B sono buffer invertenti,quindi se ricevono il
livello logico altoad un ingresso portano la rispettivauscita a
livello basso: nel nostro casovanno benissimo perché il dato
checammina lungo i registri è un livellologico alto, perciò di
volta in voltapone a zero l’uscita del buffer corri-spondente
all’uscita dello shift-register
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Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 23
in cui si trova, abilitando l’accensionedei rispettivi 7 LED:
notate al proposi-to che ciascuno dei diodi luminosi diuna colonna,
secondo l’organizzazionea matrice, è collegato ad una delle 7righe
con l’anodo, e che le righe vengo-no alimentate con tensione
positiva;quindi è ovvio che per accendere i LEDsi deve portare a
zero logico la rispetti-
va colonna. Notate poi la linea diCLEAR, che fa capo al piedino
11 delmicrocontrollore della scheda base:questa linea viene
abilitata (messa a 0logico) ogni ciclo di 36 impulsi diclock, cioè
al termine di una sequenzadi scansione delle tre schede
visualizza-trici; in pratica, quando il dato ha cam-minato fino al
piedino 11 dell’U2 del-
l’ultimo modulo a LED.Contemporaneamente la linea del datoassume
lo zero logico. Il reset costitui-sce il passo 37 del ciclo, e dura
appun-to 0,5 millisecondi: ecco perché unciclo di scansione dura
18,5 msec. enon 18, come sarebbe logico pensaredisponendo di 36
colonne. L’impulso diclear azzera tutti i registri delle schede
schema elettrico della scheda di visualizzazione
-
24 Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97
piano di cablaggio della scheda di controllo
COMPONENTI
R1: 330 OhmR2: 330 Ohm
R3: 22 OhmR4: 47 KohmR5: 47 KohmR6: 1 Kohm
R7: 1 KohmR8: 1 KohmR9: 1 KohmR10: 1 KohmR11: 1 KohmR12: 1
KohmR13: 39 OhmR14: 39 OhmR15: 39 OhmR16: 39 OhmR17: 39 OhmR18: 39
OhmR19: 39 OhmC1: 1000 µF 25VL elettroliticoC2: 22 µF 25VL
elettroliticoC3: 470 µF 16VL elettroliticoC4: 100 nF multistratoC5:
100 nF multistratoC6: 100 µF 16VL elettroliticoC7: 22 pF
ceramicoC8: 22 pF ceramicoP1: Pulsante NA quadroP2: Pulsante NA
quadroQ1: Quarzo 8 MhzPT1: Ponte diodi KBL404T1: BDX53 transistor
NPN darlingtonT2: BC557B transistor PNPT3: BC557B transistor PNPT4:
BC557B transistor PNPT5: BC557B transistor PNPT6: BC557B transistor
PNPT7: BC557B transistor PNP
visualizzatrici e ne porta le uscite a zerologico, lasciando
spente tutte le colon-ne; quindi il sistema è pronto per unnuovo
ciclo di visualizzazione: la lineadel dato torna a livello alto e
l’uscita diclock del microcontrollore riparte con ilsegnale di
sincronismo (CLOCK) a 2KHz.
E ADESSOLO SCORRIMENTO
Quanto visto finora è ottenuto dallaroutine SHIFT, ma riguarda
la visualiz-zazione di un’immagine fissa. Lo scor-rimento richiede
invece un discorso asè, ed è ottenuto mediante una modificadi tale
routine: in pratica restando inva-riato il ciclo di scansione delle
colonnevengono shiftati i dati relativi alle 7
righe. Nella memoria RAM del micro-controllore abbiamo sempre 6
caratteriper volta, che vengono presi e converti-ti uno per uno;
tuttavia per lo scorri-mento il microcontrollore prende
nellapropria memoria ogni volta un caratterenuovo, fino alla fine
del messaggio, eli-minando via-via quelli avanti, che nellapratica
escono dal display. Per lo scor-rimento dei caratteri (che poi non
èaltro che uno spostamento di una colon-na alla volta, verso
sinistra) di ciascuncarattere sul display avviene però
unatraslazione degli stati delle usciterispetto a quelli delle
colonne.In pratica si spostano le corrispondenzetra impulsi di
clock e livelli logici sullerighe (ROW1÷ROW7) di un passo allavolta
e in anticipo; cioè si anticipa l’e-missione delle righe in
corrispondenza
dell’attivazione delle colonne.Spieghiamo meglio: se per far
apparirela lettera I nell’ultimo carattere a destraipotizziamo di
accendere tutti e 7 i LEDdella colonna 34, dobbiamo fare inmodo che
il microcontrollore dispongaa zero logico le sue 7 uscite di
rigapolarizzando gli altrettanti transistor ealimentando tutte le
linee nel momentoin cui viene abilitata la predetta riga,ovvero al
trentaquattresimo impulso diclock; la corrispondente
istruzionedovrà quindi sincronizzare gli stati0000000 alle uscite
con il 34ø passo delcontatore di colonna, dando invece1111111 in
corrispondenza di tutti irestanti passi (ovvero dal primo al
33°impulso di clock e dal 35° al 37°) perogni ciclo di
scansione.Volendo far scorrere questa lettera I
-
Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 25
T8: BC557B transistor PNPLD1: led rosso 5 mmU1: Microcontrollore
MF83DZ1: Zener 6,2 V 1/2W
Varie:- morsettiera 2 poli p.so 5 mm;- zoccolo 9 + 9;-
dissipatore ML33;
- stampato cod. G068.
(Le resistenze sono da 1/4 Wcon tolleranza del 5%)
verso sinistra dobbiamo fare in modo diincrementare il contatore
di colonna diun passo ad ogni ciclo di scansione:così al primo
ciclo la I si accende nellacolonna 34, mentre al secondo gli
statilogici 0000000 che la determinano sipresentano alle uscite del
micro in anti-cipo, ovvero al 33° impulso di clock,che corrisponde
alla colonna 33. Alciclo successivo le uscite di riga si atti-vano
tutte al passo 32, cioè ancora di unpasso in anticipo,
visualizzando la Inella colonna 32; la cosa procede finoad arrivare
all’inizio del display.Per ottenere una visualizzazione cicli-ca,
ovvero per far tornare la lettera afondo del display dopo che è
uscita dasinistra, basta azzerare lo shift e regola-rizzare il
contatore di colonna dopo 36cicli; nel nostro caso invece ogni
carat-
tere esce dal display e non vi rientra,almeno fino al prossimo
ciclo di visua-lizzazione del messaggio, quindi il con-tatore di
colonna viene resettato dopo lascansione della trentaseiesima
colonnae preparato per il minuto successivo, incorrispondenza del
quale deve ripartirela scritta scorrevole.A questo punto dovrebbe
essere tuttochiaro, almeno per quanto riguarda ilfunzionamento del
circuito e l’esecu-zione del relativo programma da partedel
microcontrollore Z86C08.Chiudiamo l’esame del sistema dicendoche il
tutto si alimenta mediante un tra-sformatore con primario da rete
esecondario da 9 volt: il ponte raddrizza-tore trasforma i 9 Vac in
tensione conti-nua che viene livellata dal condensato-re C1; un
regolatore di tensione a
Darlington basato sul T1 permette diricavare circa 5 volt ben
stabilizzati. IlT1 funziona come inseguitore di emet-titore e dà
tra il proprio collettore emassa la tensione che riceve in base
(i6,2V stabilizzati dallo Zener) diminuitadella caduta tra bese ed
emettitore: 1,2volt circa.Per ricavare i 5 volt con cui
funzionatutta la logica del display, non abbiamousato il solito
regolatore integrato 7805,poichè insufficiente a fornire tutta
lacorrente necessaria, ma bensì abbiamoimplementato un darlington
(unBDX53) dotandolo di un piccolo radia-tore di calore. La scheda
principale(quella di controllo) oltre alle linee peri dati ed il
sincronismo, fornisce allevisualizzatrici l’alimentazione per
irispettivi integrati.
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26 Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97
COMPONENTI
U1: CD74HCT164U2: CD74HCT164U3: ULN2068U4: ULN2068U5:
ULN2068
Varie:- zoccolo 7 + 7 (2 pz.);- zoccolo 8 + 8 (3 pz.);- LED
rosso 5 mmalta luminosità (84 pz.);
- stampato cod. G067.
il display a matrice
Piani di montaggio dellascheda visualizzatrice a
LED: attenzione all’inseri-mento dei diodi, che vannoorientati
come visibile neidisegni (traccia lato salda-ture sotto, lato
componentisopra) tenendo conto che illato piatto è quello dalla
cuiparte si trova il catodo; il
corretto montaggio dei LEDè determinante perché ne
basta uno messo alla rove-scia per impedire il funzio-namento
dell’intera colonnain cui si trova. Tutti gli inte-
grati è bene montarli suzoccolo, avendo cura di
posizionarli come si vede inqueste figure.
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Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 27
PER LA SCATOLA DI MONTAGGIO
Il rigeneratore/ricaricatore per batterie a bottone è
disponibi-le in scatola di montaggio (cod. FT153K) al prezzo di
48.000lire. Il kit comprende tutti i componenti, la basetta forata
eserigrafata, le minuterie e il microcontrollore già program-mato.
Quest’ultimo è disponibile anche separatamente alprezzo di 35.000
(codice MF82). Il materiale va richiesto a:Futura Elettronica, V.le
Kennedy 96, 20027 Rescaldina (MI)tel 0331-576139 fax
0331-578200.
REALIZZAZIONEPRATICA
Bene, adesso che abbiamo analizzato ildispositivo possiamo
pensare a comerealizzarlo. Il sistema è composto dadue tipi di
circuito, cioè la scheda dicontrollo (base) e le schede di
visualiz-zazione; nella versione che vi propo-niamo occorrono una
scheda di con-trollo e tre moduli di visualizzazione.Pertanto
dovete realizzare un circuitostampato base e tre
visualizzatori,seguendo le rispettive tracce lato rameillustrate in
queste pagine; si tratta dicircuiti stampati a doppia
ramatura,quindi che richiedono un certo impe-gno, perciò
attenzione. Una volta pre-parati gli stampati per prima cosa
col-legate le piste dei due lati che hannopiazzole in comune,
usando spezzonidi filo da stagnare su entrambe le faccedelle
basette: le piste che hanno incomune piazzole dei componenti
ver-ranno unite saldando da entrambi i latii terminali dei
componenti stessi (es.R4 della scheda di controllo).Fatto ciò
montate le resistenze e, sullascheda base, lo Zener DZ1,
rammen-tando che il suo catodo è marcato dauna fascetta colorata
segnata sul conte-nitore. Montate poi tutti gli zoccoli (neoccorre
uno da 9+9 piedini per ilmicrocontrollore della base, e tre da8+8 e
due da 7+7 piedini per ogni sche-da visualizzatrice) e i transistor
dellascheda base, quindi, sempre su que-st’ultima, inserite e
saldate il quarzo da6 MHz ed condensatori, avendo cura
diposizionare correttamente quelli elet-trolitici; è poi la volta
dei due pulsanti(vanno direttamente sul circuito stam-pato) del
ponte a diodi (attenzione allasua polarità) e del LED LD1, che
vainserito nei rispettivi fori ricordandoche il terminale di catodo
sta dallaparte della smussatura ricavata su unlato del contenitore.
Questa regolatenetela presente anche per i LED (nevanno 84 per
scheda) che monteretesubito dopo sulle tre schede visualizza-trici;
a proposito: per ottenere anche adistanza una buona immagine
daldisplay, consigliamo di impiegare pre-feribilmente LED ad alta
efficienza,perché renderanno decisamente piùvisibili scritte ed
orologio. Durantetutte le fasi del montaggio tenete d’oc-chio le
disposizioni dei componenti
illustrate in queste pagine, in modo daverificare momento per
momento ilverso di inserimento dei componentipolarizzati. Ah, non
dimenticate ilBDX53 sulla scheda base: va montatotenendolo sdraiato
e appoggiato ad undissipatore di calore avente resistenzatermica
grosso modo di 10 °C/W, alquale conviene fissarlo con una vite eun
dado. Infine, saldate in corrispon-
denza dei punti +V, CLOCK, CLEAR,DATA, massa, ROW1, ROW2,
ROW3,ROW4, ROW5, ROW6 e ROW7 diogni scheda, altrettante punte o
spezzo-ni di filo di rame rigido del diametro di1 mm alti circa 1
cm: serviranno perinterconnettere le schede. Una voltaterminate le
saldature inserite uno aduno gli integrati nei rispettivi
zoccoli,prestando l’attenzione che basta ad
scheda di visualizzazione a montaggio ultimato
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28 Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97
Master in scala 1:1 della scheda di visualizzazione:sopra lato
componenti, sotto lato rame.
inserirli ciascuno nel verso indicato daisoliti disegni di
montaggio (serigrafiesui c.s.) visibili in queste pagine; tene-te
presente che gli ULN2068 sono gliunici a 7+7 piedini, i 74HC164
sono gliunici a 8+8 piedini, mentre a 9+9 pie-dini c’è solo il
microcontrollore: perciòse non altro non correte il rischio
diinserire un integrato al posto di unaltro. Montati gli integrati
le quattroschede sono pronte all’uso. Per mettere in funzione il
sistemaoccorre interconnettere, dopo averleaffiancate, le schede,
in modo da rea-lizzare i collegamenti delle linee di
ali-mentazione, reset (CLEAR) dati(DATA) sincronismo (CLOCK) e
righe(ROW1÷ROW7): allo scopo disponetela scheda di controllo a
sinistra e con ilmicrocontrollore che guarda in giù (inalto a
destra dovete avere i punti delcanale dati) e le tre
visualizzatriciaffiancate con le matrici di LED inbasso (in alto, a
destra e a sinistra,devono stare i punti di collegamento);con dei
corti spezzoni di filo o avanzidi terminali di resistenze e
condensato-
-
Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 29
Anche la scheda di controllo richiede una basetta a doppia
faccia realizzabile utilizzandoqueste dui master in scala reale: a
sinistra il lato rame, a destra il lato componenti.
ri unite i punti di ciascuna scheda con icorrispondenti di
quelle adiacenti, sal-dandoli con una goccia di stagno. In pratica
il punto DATA della schedabase deve essere collegato a quellodella
visualizzatrice che gli sta a destra,e il DATA a destra di
quest’ultima vacollegato con quello della secondascheda
visualizzatrice (quella affiancataad essa). Realizzati tutti i
collegamentipunto a punto (il lavoro è facile perchéogni pin deve
essere collegato a quello
che gli sta a fianco) prendete un trasfor-matore con primario a
220V/50 Hz esecondario da 9 volt e collegategli alprimario un
cordone di alimentazionedotato di spina da rete; quindi con
duespezzoni di filo isolato collegate i capidel secondario ai punti
AC dello stam-pato dell’unità di controllo e, verificatoil
collegamento, inserite la spina delcordone in una presa di rete:
dovrebbeapparire l’ora sul display (12:00:00) e isecondi dovrebbero
avanzare progressi-
vamente, ovviamente a tempo. Per ritoccare l’ora agite sui
pulsanti,premendo P1 per far avanzare i minutie P2 per le ore: ore
e minuti devonoavanzare di un’unità ogni volta che sipremono e si
rilasciano i rispettivi pul-santi. Verificate che trascorso un
minuto dal-l’accensione sparisca l’ora e scorra lascritta
memorizzata nel microcontrollo-re; verificate anche che poco dopo
lafine della scritta torni l’ora.
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Finale di potenza ideale per sonorizzare sale da ballo, feste e
festoni, piccoliconcerti: può pilotare senza problemi sia casse
acustiche da
4 ohm che da 8 ohm, ed è realizzato con componenti facilmente
reperibili.
Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 31
Ma che bell’amplificatore, proprio quello che sta-vamo
aspettando da tempo! Se questo è ciò cheavete pensato sfogliando
queste pagine, non limitateviad una rapida occhiata ma leggete
attentamente le pagi-ne che seguono, perché in esse troverete
consigli e sug-gerimenti per autocostruire un finale di potenza
audiodavvero robusto, versatile ed affidabile, adatto a realiz-zare
impianti hi-fi o a rinforzare l’amplificazione in unfestino
all’aperto o in grandi locali (palestre, ecc.). Si
tratta di un modulo a transistor capace di erogare fino a100
watt su un carico di 8 ohm, e addirittura 175 wattsu 4 ohm,
alimentato con una tensione duale di ± 50volt c.c. Un amplificatore
strutturalmente tradizionale,che impiega nello stadio finale i
comunissimi 2N3055e MJ2955, la coppia complementare che per anni
ha“firmato” la gran parte degli amplificatori hi-fi delleriviste e
dei costruttori di impianti audio domestici. Nelnostro
amplificatore abbiamo ben due coppie di finali,
-
32 Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97
schemaelettrico
caratteristichee pin-out del
transistor2N3055
indispensabili per ottenere la potenzada noi desiderata. Le
caratteristiche tec-niche dell’amplificatore lo
classificanoindiscutibilmente nella fascia degli hi-fi, e potete
rendervene conto leggendol’apposita tabella illustrata in
questepagine. Ma vediamo meglio questo
nuovo finale BF, esaminando lo schemaelettrico illustrato per
intero in questapagina: impiega una circuitazionesostanzialmente
classica, con qualchespunto interessante. Partiamo dall’in-gresso,
di tipo sbilanciato, che vede ilsolito stadio differenziale
disposto per
ottenere la duplice funzione di amplifi-catore di tensione e
nodo di retroazio-ne: il differenziale è realizzato con itransistor
T1 e T2, entrambi MPSA92(PNP) uniti per l’emettitore ed alimen-tati
tramite R3 ed R4; il diodo ZenerDZ1 stabilizza la tensione di
funziona-mento del differenziale, mentre C4 lafiltra dal segnale
che diversamenterientrerebbe dallo stadio relativo al T3.A
proposito di questo transistor, faccia-mo notare che è accoppiato
in continuaal differenziale di ingresso in modo darealizzare una
ulteriore retroazione incontinua, utilissima a stabilizzare
ilfunzionamento del finale a riposo;diciamo ulteriore perché esiste
già unaretroazione primaria, operata tramiteR10, che andremo a
vedere tra poco.Il segnale di ingresso (prelevato da
unpreamplificatore, da una piastra a cas-sette o, da un mixer)
viene amplificatodal T1 che inevitabilmente lo sfasa di180°,
ripresentandolo ai capi del con-densatore C3; D3 ed R5 fanno da
cari-co di collettore e, in particolare, il
-
Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 33
DATI TECNICI
Tensione d’alimentazione (max.) .......................... ± 50V
c.c.Corrente di riposo
....................................................... 70 mAClasse
di funzionamento
................................................... ABPotenza max
d’uscita (4 ohm) .......................... 175W r.m.s.
(8 ohm) ....................... 100W r.m.s.Banda passante
............................................ 15Hz ÷ 40
KHzDistorsione armonica (@ 1 KHz) .............................
-
34 Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97
pian
o di
cab
lagg
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enco
com
pone
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CO
MP
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EN
TI
R1:
820
Ohm
R2:
3,9
Koh
mR
3:1
Koh
mR
4:2,
2 K
ohm
R5:
220
Ohm
R6:
1 K
ohm
R7:
220
Ohm
R8:
2,2
Koh
mR
9:1
Koh
m t
rimm
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MO
R10
:4,7
Koh
mR
11:2
20 O
hmR
12:1
Koh
mR
13:6
8 O
hmR
14:1
00 O
hmR
15:3
3 O
hmR
16:4
7 O
hm 1
/2W
R17
:47
Ohm
1/2
WR
18:0
,1 O
hm 5
WR
19:0
,1 O
hm 5
WR
20:0
,1 O
hm 5
WR
21:0
,1 O
hm 5
WC
1:3,
3 nF
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4,7
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1500
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C5:
220
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C6:
220
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25V
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8:2N
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T9:
MJ2
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T10
:2N
3055
T11
:MJ2
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( 2
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del 5
%)
-
Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 35
PER LA SCATOLA DI MONTAGGIO
L’amplificatore descritto in queste pagine è disponibile in
sca-tola di montaggio (cod. FT161) al prezzo di 75.000 lire. Il
kitcomprende tutti i componenti, la basetta forata e serigrafata,le
minuterie e l’aletta in alluminio a forma di “L”. Non è com-presa
la barra di dissipazione di potenza che è disponibileseparatamente
(codice FT15B) al prezzo di 35.000 lire. Ilmateriale va richiesto
a: Futura Elettronica, V.le Kennedy 96,20027 Rescaldina (MI) tel
0331-576139 fax 0331-578200.
scorre dalla massa all’alimentazionenegativa. Anche questa volta
notiamoche il segnale di uscita è in fase conquello di
ingresso.Questo per quanto riguarda il funziona-mento
dell’amplificatore puro e sem-plice; vediamo adesso la rete di
retroa-zione principale, che serve per stabilireun determinato
guadagno in tensionelimitando la distorsione armonica delsegnale ad
un valore accettabile: la retein questione è realizzata con R10,
R11e C6, e con l’ausilio del transistor T2.Supponendo di trovarci
nella solitasemionda positiva del segnale sinusoi-dale, vediamo che
la tensione applicataalla base del T2 aumenta per effetto diquella
portata dal partitore R10/R11dall’uscita del finale (C6 non
conta,almeno in presenza di segnale, perchéla sua reattanza è
trascurabile entro lefrequenze della banda audio); T2 sitrova
quindi una diminuzione dellaVbe, e riduce la propria corrente di
col-lettore. Se consideriamo che T1 e T2hanno gli emettitori
alimentati dallamedesima resistenza possiamo conclu-dere che un
calo della corrente in T2determina un aumento del
potenzialedell’emettitore di T1, quindi un aumen-to dello stato di
conduzione di que-
st’ultimo: in ultima analisi, il potenzia-le di emettitore del
transistor di ingres-so aumenta contrastando il segnale diingresso,
forzando quindi un aumentodella corrente di collettore dello
stessoT1 e una limitazione del calo del poten-ziale di base del
T5.Vediamo perciò che il potenziale di col-lettore non sale più di
tanto, e che vienelimitata la conduzione del T6 e dei fina-li
associati T8 e 10: perciò si limitanodinamicamente la corrente e la
tensionedi uscita dell’amplificatore. E’ chiaroche il ciclo di
retroazione prevede unacompensazione automatica dei livellidei
segnali. Il discorso è analogo, pola-
rità a parte, per le semionde negative.Sempre in tema di
retroazione, la reteC7/R7 interviene in alta frequenza(oltre il
limite superiore della bandaaudio) sovrapponendosi a quella
princi-pale, e determinando una retrocessioneal differenziale del
segnale sulla basedel T6, evidentemente in fase con quel-lo di
uscita; questa seconda retroazionein alternata contribuisce a
stabilizzare ilfunzionamento dell’amplificatore allealte frequenze,
e opera sostanzialmentecome quella principale.Oltre alla
retroazione in alternata, il cir-cuito prevede numerose retroazioni
incontinua che servono a stabilizzare il
-
36 Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97
punto di lavoro dei singoli transistor,mantenendo a zero (o
quasi) la tensio-ne di uscita in assenza di segnale elimitando la
corrente nei finali al mini-mo che serve per farli funzionare
inclasse AB eliminando la distorsione diincrocio. Un esempio è la
stessa lineadi retroazione principale, che in conti-nua riporta
interamente la tensione diuscita alla base del T2: infatti C6
nonconduce se non in presenza di segnale(in continua la sua
reattanza è infinita).Prima di passare alla parte pratica,
ana-lizziamo rapidamente l’ultima partedell’amplificatore, che non
serve adamplificare e tantomeno a limitare l’e-scursione del
segnale: è presente ed èindispensabile per stabilizzare la
cor-rente di riposo dello stadio di uscita adun valore non
distruttivo.L’amplificatore richiede un minimo dicorrente di
collettore nei finali T8, T9,T10 e T11, in modo da eliminare
ladistorsione di incrocio che determine-rebbe una pessima qualità
del suono. IlT4 funziona in questo modo: appoggia-to al dissipatore
dei finali ne sente latemperatura di lavoro; più questi siscaldano,
più aumenta la temperaturadi giunzione del T4 e (lo sappiamodallo
studio dei transistor) con essa
sono costretti a limitare il proprio statodi conduzione
limitando di fatto lapolarizzazione dei finali che li seguo-no.Il
trimmer R9 è parte della rete di pola-rizzazione e serve a
stabilire la corren-te che scorre nel collettore del T4: per-tanto
agendo sul suo cursore è possibi-le, determinando di fatto la
quantità dicorrente sottratta alle basi dei driver,regolare la
corrente che scorre in questiultimi e quindi nello stadio
finale;insomma, mediante R9 si può regolarela corrente di riposo
dell’intero ampli-ficatore.Il circuito funziona con una
tensionesimmetrica di 50 volt positivi ed altret-tanti negativi,
applicati rispettivamenteai punti +V e -V, rispetto alla pista
dimassa (0V); a pieno carico assorbe unacorrente di circa 6,5
ampère su 4 ohm epoco meno di 4 ampère con altoparlan-ti da 8
ohm.
REALIZZAZIONEPRATICA
Teoria a parte, vediamo come sicostruisce e si mette in funzione
ilnostro bel finale: per prima cosa biso-gna ovviamente pensare al
circuito
mografo una piastra presensibilizzata equant’altro serve. Dopo
aver preparatolo stampato foratelo e, procurati i com-ponenti che
servono, montate perprime le resistenze lasciando da partequelle di
potenza da 5W; inserite poi idiodi, rammentando che il
terminalevicino alla fascetta colorata è il catodo(nel simbolo
grafico dello schema ilcatodo corrisponde alla barretta deldiodo e
l’anodo al triangolo). Montateil trimmer R9 e tutti i
condensatori,rispettando fedelmente la polarità indi-cata nello
schema elettrico per gli elet-trolitici; è poi la volta dei
transistor diingresso, gli MPSA92, che vanno inse-riti come si vede
nella disposizionecomponenti illustrata in queste pagine.Subito
dopo ci si deve procurare un dis-sipatore sagomato come una
squadrettaad “L” delle dimensioni di circa5x5x20 centimetri,
costituito da allu-minio anodizzato spesso 5 mm; questova
appoggiato in corrispondenza della“zona transistor” dello stampato,
inmodo che vi si possano montare soprai driver, i finali, ed il
sensore di tempe-ratura. La squadretta permette di porta-re il
calore al dissipatore vero e proprioche aggiungerete a fine del
montaggio.Bene, sistemato e forato il dissipatore
cresce la corrente nel collettore di que-st’ultimo. Se scorre
più corrente in T4,considerato che il solito T3 genera unacorrente
costante (uscente dal suo col-lettore...) viene sottratta corrente
allebasi dei transistor pilota T6 e T7, che
stampato, sul quale prenderanno postoi componenti; in queste
pagine trovateuna traccia per la fotoincisione: fotoco-piatela su
carta lucida ed utilizzate que-sto master “artigianale” per
approntareil circuito stampato utilizzando un bro-
ad “L” si montano gli altri transistor,rammentando di inserirli
ciascunocome indicato nei disegni: T4 vaappoggiato in centro tra i
finali, evitan-do di far toccare la sua parte metallicacon il
dissipatore; l’ideale è montarlo
Le coppie complementari diuscita, cioè i 2N3055 e gli
MJ2955, vanno montati su unasquadretta di alluminio
anodizzato sagomata ad “L” edopportunamente forata. Sullo
stesso dissipatore vanno adagiati(fissandoli con viti) i
transistor
pilota e quello che funge da sensore di temperatura. Tutti i
transistor fissati alla squadrettadevono essere isolati
mediante
foglietti di mica e rondelle isolanti per le viti.
-
Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 37
traccia rame della basettadell’ampli in scala 1:1
interponendo un foglietto di mica iso-lante tra il lato
metallico ed il dissipa-tore, fissandolo poi con una vite 3MAcon
dado e rispettivo isolatore in plasti-ca. L’isolatore può essere
evitato usan-do una vite di teflon.Quanto ai piloti BD711 (T6) e
BD712(T7) si può appoggiarli (dal lato metal-lico) allo stesso
dissipatore dei finali,isolandoli con adeguati foglietti dimica e
isolatori in plastica per le viti difissaggio (le solite da 3MA);
insomma,esattamente come avete fatto per il sen-sore T4. I finali,
in contenitore TO-3,vanno infilati nelle rispettive piazzoledel
circuito stampato dopo aver foratoadeguatamente il dissipatore:
ricordateche T8 e T10 sono i 2N3055 (NPN)mentre T9 e T11 sono gli
MJ2955(PNP). Trovandosi tutti su un soloradiatore, i finali vanno
isolati median-te apposite miche per TO-3 e guaineplastiche sulle
viti di fissaggio: diversa-mente i loro collettori entrerebbero
incontatto mandando in cortocircuito ledue alimentazioni.I BD139 e
BD140 (rispettivamente T3e T5) vanno montati in piedi, ciascunocon
la parte metallica rivolta al dissipa-tore dei finali; a ciascuno
di essi vaapplicato un dissipatore di calore da14÷16 °C/W, senza
interporre alcunisolante, fissato con una vite provvistadi dado.
Nell’eseguire il montaggioprestate la massima attenzione al finedi
evitare che i dissipatori tocchino icomponenti vicini. Terminate le
salda-ture date un’occhiata per verificare chetutto sia al proprio
posto (controllatebene servendovi della disposizionecomponenti
illustrata nel corso di que-sto articolo) quindi agganciate il
dissi-patore ad “L” dello stampato ad uno dimaggiori dimensioni,
avente resistenzatermica non maggiore di 1 °C/W, uti-lizzando le
solite viti con dado: nell’e-seguire tale operazione accertatevi
chela squadretta su stampato tocchi perfet-tamente il dissipatore
grande; diversa-mente il calore prodotto durante il fun-zionamento
non verrà smaltito, e l’am-plificatore potrà danneggiarsi.
COLLAUDOE TARATURA
A questo punto il circuito è pronto peril collaudo: procuratevi
un alimentato-re non stabilizzato capace di fornire
± 50V c.c. ed una corrente di circa 6A,e collegatene il positivo
al punto +V edil negativo al -V; la massa dell’alimen-tatore va
collegata al punto 0V dell’am-pli. Per i collegamenti usate
possibil-mente filo da 2,5 mmq di sezione.
Prima di dare tensione all’alimentatoreprendete un tester,
disponetelo a misu-rare correnti continue con fondo-scaladi 500 mA,
quindi mettetelo in serieall’alimentazione positiva (il
puntalepositivo dello strumento deve essere
-
38 Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97
l’alimentazione
Per far funzionare a dovere il nostro amplificatore bisogna
dargli una tensio-ne duale continua di ±50V, o comunque intorno a
questo valore: un alimen-tatore adatto allo scopo può essere
realizzato semplicemente con un trasfor-matore avente il primario
da rete (220V/50 Hz) ed il secondario a presa cen-trale da 36+36V;
per un amplificatore mono il trasformatore deve poter ero-gare
grosso modo 300 VA, mentre per una versione stereo (ovvero con
duefinali) servono almeno 500 VA. Ai capi del secondario del
trasformatorevanno collegati gli ingressi (marcati solitamente col
simbolo di alternata) diun ponte a diodi da 200V/25A (o più) i cui
punti + e - (uscite) vanno connes-si ciascuno ad un condensatore da
10.000 µF 63Vl: il positivo del ponte va al+ di un condensatore, il
cui negativo va al positivo dell’altro; il negativo diquest’ultimo
va collegato al - del ponte raddrizzatore. Il punto di unione
deicondensatori (+ e - uniti) va collegato con un filo alla presa
centrale del tra-sformatore, e costituisce il contatto di massa.
Ovviamente positivo e negativodi uscita dell’alimentatore sono
quelli del ponte a diodi. Ultima cosa: persicurezza mettete un
fusibile in serie a ciascun ramo di alimentazione, dimen-sionandolo
in funzione del carico; in altre parole, usate fusibili rapidi
da6.3A nel caso abbiate un finale solo funzionante a 4 o 8 ohm, e
da 10A seavete realizzato un finale stereo.
collegato all’uscita dell’alimentatore,ed il negativo al punto
+V del finale)quindi ruotate il cursore del trimmer R9all’incirca a
3/4 di corsa verso R12 (inpratica, in senso orario). Potete
dunque
dare tensione al circuito.La taratura può essere effettuata
tran-quillamente senza carico in uscita;nulla vieta comunque di
collegare l’al-toparlante ai punti OUT già da adesso,
tuttavia è praticamente inutile. Il testerdovrebbe indicare
istantaneamente unpicco d’assorbimento (maggiore seavete collegato
l’altoparlante). Leggeteil valore di corrente ed
eventualmenteregolate il trimmer R9 allo scopo diportare la lettura
dello strumento acirca 70 mA; attendete una decina diminuti quindi,
se occorre, ritoccate laregolazione per assicurare i soliti 70mA.
Spegnete quindi l’amplificatore epensate al contenitore che lo
ospiterà:da adesso è pronto a funzionare.Naturalmente rimuovete il
tester eripristinate il collegamento del positivodi alimentazione:
effettuate questa ope-razione dopo aver lasciato trascorrerecirca
un minuto per dare tempo ai con-densatori di scaricarsi. Per un
impiego continuativo alla massi-ma potenza è necessario fissare
lasquadretta ad “L” del modulo ad undissipatore in alluminio di
dimensioniadeguate, del tipo di quello (vedi foto)da noi
utilizzato. E’ anche possibile fis-sare la squadretta al
contenitore purchéquesto sia completamente metallico edabbia
dimensioni tali da garantire unabuona dispersione del calore
prodottodall’ampli.
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Chi realizza o ripara apparecchiature per auto, adesempio
booster per autoradio, amplificatori persubwoofer, ed altri
dispositivi che equipaggiano i car-stereo, per le prove ha biso-gno
normalmente di unabatteria da automobile:infatti la gran parte
deiconvertitori switchingche si trovano negliormai
potentissimiamplificatori per auto-radio arrivano ad assor-bire
dalla sorgente a12V correnti con-siderevoli, anchediverse decine
diampère. Nondisponendo di unabatteria da autosorge il problemadi
dove trovaretanta corrente, datoche i comuni ali-mentatori da
labora-torio possono eroga-re 3, 4, 5 o 10 ampèreal massimo. La
soluzione anche in questo caso la pro-poniamo noi con un progetto
che va a colmare quelvuoto esistente nel campo degli alimentatori:
si trattadi un potentissimo alimentatore che simula in tutto e
per tutto una batteria da auto, erogando oltre 12V e piùdi 30
ampère di corrente. Questo alimentatore è statopensato e realizzato
inizialmente per il nostro labora-torio, nel quale è stato finora
utilizzato proprio per col-
laudare i convertitori e gliamplificatori per autora-dio; siamo
rimasti tal-mente soddisfatti delleprestazioni di questorobusto
circuito cheabbiamo deciso di pro-
porlo anche ainostri lettori.L’alimentatore dipotenza
natural-mente serve pertante altre cose,non solo per illaboratorio
del tec-nico elettronico: vabene ad esempioanche all’elettrau-to,
perché riesce adare tanta corren-
te, quanta ne basta a provare buona partedegli utilizzatori
impiegati nelle automobili: ventoleper la climatizzazione, lampade
interne ed esterne,motori e meccanismi degli alzavetri elettrici,
ecc. Nonsolo, l’elevata corrente che può fornire permette di
uti-lizzare il nostro alimentatore anche per l’avviamento di
LABORATORIO
Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 41
ALIMENTATORE12 V - 30 A
Se dovete provare apparecchiature funzionanti in auto ma non
avete a disposizione una batteria a 12 volt, questo è il circuito
che fa per voi: un
alimentatore a 220 volt in grado di erogare la stessa tensione
di una normale batteria al piombo con tutta la corrente che
serve.
di Francesco Doni
-
42 Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97
piccole automobili a benzina (l’avvia-mento del motore diesel,
visto l’altissi-mo rapporto di compressione che locaratterizza,
richiede motorini elettriciche assorbono anche 50÷70A) in man-canza
di una batteria disponibile sulluogo; se conoscete un elettrauto
certoavrete notato che dispone quasi sem-pre di un alimentatore di
potenza(avviatore) montato su carrello e soli-tamente dotato di
ampèrometro e cavicon pinze.Insomma, le applicazioni del
nostroalimentatore sono parecchie, svariate,perciò consigliamo di
realizzarlosoprattutto a chi lavora su apparec-
classico, sostanzialmente un dispositi-vo con stabilizzatore in
uscita cheabbiamo visto in diverse occasioni(certo, probabilmente
un po’ più “snel-lo”), anche incorporato in circuiti piùcomplessi.
Il dispositivo preleva l’ali-mentazione principale dalla rete
elettri-ca domestica a 220 volt mediante untrasformatore con
primario 220V/50Hz e secondario da 13÷15 volt; il tra-sformatore è
protetto da un fusibile(FUS1, da 5A) posto in serie al
suoavvolgimento primario: questo fusibi-le salta in caso di
sovraccarico alsecondario del trasformatore, proteg-gendolo e
tutelando anche gli stadi che
do l’ormai classico schema di Graetz.Il ponte permette di
rendere tutta posi-tiva rispetto a massa la tensione altri-menti
alternata fornita dal secondariodel TF1: i diodi D1 e D3
conduconosolamente quando la tensione ai capidel trasformatore è
positiva verso l’e-stremo in alto (anodi dei predettidiodi) mentre
bloccano la tensione dipolarità opposta; al contrario, D2 e
D4conducono quando il potenziale ai capidel secondario del TF1 è
positivoverso l’estremo in basso, dato che orasi trovano gli anodi
a potenziale positi-vo. Insomma, i diodi conducono
alter-nativamente a coppie, presentando ai
chiature elettroniche ed elettromecca-niche per il campo
automobilistico.Prima di pensare alla realizzazioneriteniamo però
utilissima una rapidaanalisi del circuito elettrico
dell’ali-mentatore, analisi che ci permetterà dievidenziare gli
aspetti più importantidel progetto e i dettagli che ci sarannopoi
utili in sede di costruzione ed uti-lizzo. Passiamo dunque
all’esame delloschema elettrico: l’alimentatore è un
seguono. In parallelo al trasformatoredi alimentazione possiamo
collegareuna ventola funzionante direttamente a220 volt (20 VA
circa) che utilizzere-mo per raffreddare il dissipatore deifinali
impiegati nello stadio di uscita.Ventola a parte, al secondario del
tra-sformatore di ingresso abbiamo il soli-to ponte raddrizzatore
realizzatomediante quattro diodi di grossapotenza (es. 1N1184 o
1N1186) secon-
capi della batteria di condensatori for-mata da C1, C2, C3, C4,
una serie diimpulsi (100 al secondo, dato che lafrequenza della
tensione fornita daTF1 è 50 Hz) sinusoidali.Questi impulsi caricano
continuamentegli elettrolitici C1÷C4 che, pur essen-do di grande
capacità (4700 µF) si sca-ricano velocemente soprattutto
quandol’alimentatore deve erogare forti cor-renti. Ai capi degli
elettrolitici abbiamo
schema elettrico
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in pratica
COMPONENTI
R1: 4,7 Ohm 5WR2: 4,7 Ohm 5WR3: 4,7 Ohm 5WR4: 4,7 Ohm 5WR5: 4,7
Ohm 5WR6: 1,5 KohmR7: 1 KohmC1: 4700 µF 25VL elettroliticoC2: 4700
µF 25VL elettroliticoC3: 4700 µF 25VL elettroliticoC4: 4700 µF 25VL
elettroliticoC5: 4700 µF 25VL elettrolitico
C6: 4700 µF 25VL elettroliticoC7: 4700 µF 25VL elettroliticoC8:
4700 µF 25VL elettroliticoC9: 47 µF 25VL elettroliticoD1: BBC127324
diodo 100AD2: BBC127324 diodo 100AD3: BBC127324 diodo 100AD4:
BBC127324 diodo 100AD5: 1N4002DZ1: Zener 15V 1/2WLD1: Led rosso 5
mm.T1: 2N3055T2: 2N3055T3: 2N3055
T4: 2N3055T5: 2N3055T6: TIP122FUS1: fusibile 5AFUS2: fusibile
50AVentola: 220V 50Hz 25WTF1: Trasformatore
220/16 V 700VAS1: Interruttore magnetotermico
Varie:- dissipatore alettato;- amperometro 50A f.s.;- stampato
cod. G021.
una tensione continua e ben livellata dicirca 16÷18 volt, a
seconda del trasfor-matore usato; con questa tensione ali-mentiamo
il blocco di regolazione checostituisce di fatto lo stadio di
uscitadell’alimentatore. In pratica la regola-zione permette di
definire e stabilizza-re, nei limiti possibili, il valore
dellatensione di uscita dell’alimentatore.La regolazione fa capo al
transistor,anzi al Darlington T6 (si tratta di un
NPN TIP122) che si trova montatonella configurazione a
collettore comu-ne e funziona quindi da inseguitore diemettitore:
in pratica la sua base vienepolarizzata con la tensione ricavata
conl’aiuto del diodo Zener DZ1. Abbiamoquindi una tensione di 15
volt che,diminuita di 0,6V per effetto del diodoD5 (messo in serie
alla base del T6)polarizza la giunzione di base delDarlington
determinando al suo emet-
titore un potenziale abbastanza stabile:considerata
l’inevitabile caduta di ten-sione tra base ed emettitore del T6,
cheammonta a circa 1,2 volt, tra l’emettito-re dello stesso e
massa, abbiamo circa13,2 volt.Con questa tensione,
sufficientementestabilizzata, andiamo a polarizzare labase di
cinque transistor 2N3055, fun-zionanti anch’essi come
altrettantiinseguitori di emettitore. In pratica T1,
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T2, T3, T4 e T5 funzionano come T6,perchè forniscono tra il
proprio emetti-tore e massa una tensione pari a quellaapplicata
alle loro basi, diminuita dellarispettiva caduta sulla giunzione
diemettitore. I cinque transistor possonoerogare tutta la corrente
che serve, datoche ciascuno di essi può fornire alme-no 10A in
tutta tranquillità: potremmoquindi ottenere 50 ampère ma ci
limi-tiamo a 30 in modo da far riposare itransistor che possono
quindi reggeresovraccarichi istantanei senza danneg-giarsi. In
serie alla base di ciascuno deitransistor è presente una
resistenzalimitatrice che abbassa lievemente ilpotenziale di base
di ciascun finale nelcaso di eccessivo assorbimento.L’uscita
dell’alimentatore si preleva tra
gli emettitori dei transistor T1÷ T5 e lamassa: abbiamo inserito
i condensato-ri elettrolitici C5, C6, C7 e C8 per livel-lare
ulteriormente la tensione di uscitae per fornire quel supplemento
di cor-rente che può essere richiesto all’avvia-mento da alcuni
dispositivi elettromec-canici nonché dagli alimentatori swit-ching
dei car-stereo più potenti. Glielettrolitici di uscita
immagazzinanoenergia durante il normale funziona-mento, e in caso
di brevi sovraccarichiall’uscita forniscono la corrente
supple-mentare richiesta evitando che i transi-stor siano chiamati
a farlo.In parallelo agli elettrolitici abbiamouna semplicissima
spia di funziona-mento realizzata con un comune LEDrosso: il diodo
viene polarizzato diret-
tamente e si illumina quando l’alimen-tatore è acceso e dà la
tensione di usci-ta. La resistenza R6 limita a valori
nondistruttivi la corrente che attraversa ildiodo luminoso
LD1.Notiamo infine un altro fusibile di pro-tezione, FUS2:
quest’ultimo serve aproteggere lo stadio di uscita
dell’ali-mentatore da cortocircuiti o fortissimisovraccarichi che i
transistor nonpotrebbero sopportare. Il FUS2 deveessere del tipo
ritardato da 35÷40 A.Notate che il fusibile si trova dopo
labatteria di condensatori formata daC5÷C8: questo, perché
mettendoloprima, la forte corrente assorbita daessi all’accensione
del circuito potreb-be, a lungo andare, farlo saltare (ricor-date
che gli elettrolitici di grossa capa-cità quando sono scarichi
assorbonoanche centinaia di ampère nei picchi).Dopo il fusibile la
tensione di uscita èdisponibile tra i punti contrassegnatida + e -
OUT, pronta per essere prele-vata dagli utilizzatori. Bene, con
ladescrizione del circuito abbiamo fini-to; vediamo adesso come si
realizzal’alimentatore.
REALIZZAZIONEPRATICA
Per il circuito abbiamo previsto unmontaggio misto, parte a fili
e parte subasetta stampata, a causa della strutturae delle esigenze
dei componenti dipotenza impiegati; sul circuito stampa-to vanno i
condensatori, il Darlington,il LED e i diodi D5 e DZ1,
mentreall’esterno vanno posizionati i fusibili,il trasformatore, i
transistor di uscita, ei diodi raddrizzatori D1, D2, D3 e D4.Ma
procediamo con ordine: una voltarealizzata la basetta stampata (per
aiu-tarvi nel compito ne pubblichiamo inqueste pagine la traccia
lato rame agrandezza naturale) montate su di essale resistenze,
rammentando di teneresollevate di un paio di millimetri quel-le di
potenza, ovvero tutte eccetto R6;inserite e saldate quindi i diodi,
pre-stando attenzione alla loro polarità erammentando che per il
LED il catodoè il terminale vicino alla smussaturadel contenitore,
mentre negli altri èquello vicino alla fascetta colorata.Inserite
quindi i condensatori, metten-do per primo C9 (è il più piccolo...)
eprestando attenzione alle polarità indi-
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cate per essi negli schemi di montag-gio; quanto al TIP122, va
montato ver-ticalmente con il lato metallico rivoltoagli
elettrolitici e fissato ad un dissipa-tore da 10 °C/W di resistenza
termica,al quale va stretto mediante una vite da3 mm (3MA) con
dado.Sistemata la basetta procuratevi un dis-sipatore di calore
avente grosso modoresistenza termica di