Lampeggiatore
Vediamo lo schema di un semplice lampeggiatore, in grado di far lampeggiare un led.
Un circuito utile a scopo didattico, e comunque una volta capito il funzionamento è possibile modificare i tempi del lampeggio, e comunque è un circuito che può funzionare a diverse tensioni di alimentazione, e inserendo un transistor magari è tranquillamente utilizzabile per far lampeggiare una lampadina a bassa tensione.
Il circuito principale è il solito amplificatore operazionale utilizzato come comparatore.
Oramai dovremmo aver capito che il comparatore è un circuito che attiva la sua uscita portandola a circa Vcc quando sull'ingresso V+ è presente una tensione maggiore rispetto all'ingresso V-.
Come di consueto, facciamo in modo di avere su uno degli ingressi, in questo caso V+ una tensione fissa, ottenuta grazie ad un partitore di tensione costituito dalle due resistenze R1 ed R2 da 10K
Il nostro circuito è alimentato da una tensione di 12V, e sappiamo che la tensione proveniente da un partitore di tensione è uguale a:
Vout=R2/(R1+R2)xVcc → 10.000/(10.000+10.000)x12 → 10.000/20.000x12 → 0,5x12=6V
Sull'ingresso V-, invece è presente una tensione proveniente da un circuito RC, (resistenza condensatore) alimentato dalla stessa uscita del comparatore U1.
Appena alimentiamo il circuito il condensatore sarà sicuramente scarico, e quindi si comporta come se fosse un circuito chiuso, in pratica nei primi istanti la tensione proveniente dal circuito RC è sicuramente uguale a 0V, indipendentiste dall'uscita del comparatore.
Allora nei primi istanti, appena alimentato il circuito, ci troviamo che su V+ è presente una tensione di 6V, sull'ingresso V- invece è presente una tensione di 0V, V+ è maggiore di V- quindi l'uscita del comparatore U1 è alta circa Vcc.
In tutto questo ragionamento però non abbiamo considerato la resistenza R3 da 10K, questa è detta resistenza di isteresi, ed essendo collegata tra l'uscita di U1, e l'ingresso V+, serve per modificare la tensione sull'ingresso V+ in base all'uscita del comparatore.
Abbiamo detto essere collegata tra l'ingresso V+ e l'uscita di U1, ma abbiamo pure detto che l'uscita del comparatore U1 è uguale a Vcc, quindi possiamo considerare tale resistenza come se fosse collegata tra l'ingresso V+ e Vcc, in pratica è come se fosse collegata in parallelo a R1, esattamente tra Vcc e l'ingresso V+.
E quindi l'uscita del partitore è uguale a:
Vout=R2/(R1//R3+R2)xVcc → 10.000/(5.000+10.000)x12 → 10.000/15.000x12 → 0,666x12=8V
Nei primi istanti subito dopo aver alimentato il circuito, quindi sull'ingresso V+ non vi sarà una tensione di 6V, ma grazie alla resistenza R3 la tensione sarà elevata fino a 8V.
Sull'ingresso V+ troviamo una tensione di 8V, sull'ingresso V- una tensione di 0V, allora l'uscita del partitore sarà uguale a Vcc, e di conseguenza pure il led sarà acceso.
Quello che però ci interessa adesso, è la tensione proveniente dal circuito RC composto da R4 e C1.
Sappiamo che a condensatore scarico la tensione in uscita dal circuito RC e quindi sull'ingresso V- è 0V, ma sappiamo pure che il condensatore così collegato, si carica lentamente tramite la resistenza R4, e che allora la tensione sull'ingresso V- sale lentamente man mano che il condensatore si carica.
Con il passare del tempo, la tensione sull'ingresso V- salirà sempre di più verso Vcc, fino ad arrivare al punto in cui V- supera la tensione di 8V presente sull'ingresso V+.
Appena ciò avviene l'uscita del comparatore U1 si porterà istantaneità a 0V, la prima conseguenza è che ovviamente il led si spegne, e la seconda conseguenza è che adesso il condensatore non può più caricarsi, ma viceversa inizierà a scaricarsi sempre attraverso la resistenza R4.
Si verifica pure un altra conseguenza importante, ovvero la resistenza R3, che è sempre collegata tra V+ e l'uscita del comparatore, adesso non è più come se fosse collegata tra V+ e Vcc, ma è come se si trovasse collegata tra V+ e Gnd, in quanto adesso l'uscita di U1 è uguale a Gnd.
In pratica è adesso la resistenza R3 è come se si trovasse collegata in parallelo ad R2, quindi adesso l'uscita del partitore è uguale a :
R2//R3=(R2xR3)/(R2+R3) → (10x10)/(10+10) → 100/20=5k
Vout=(R2//R3)/(R1+R2//R3)xVcc→5.000/(10.000+5.000)x12→5.000/15.000x12→0,333x12=4V
Abbiamo adesso che la resistenza R3 ha nuovamente modificato la tensione sull'ingresso V+ portandola adesso ad un valore di 4V.
Intanto adesso il condensatore si sta lentamente scaricando, la tensione sull'ingresso V- scenderà sempre di più verso Gnd, fino ad arrivare al punto in cui la tensione sull'ingresso V- sarà inferiore alla tensione di 4V presente sull'ingresso V+.
Appena ciò avviene l'uscita del comparatore U1 si porterà nuovamente a Vcc, con la conseguenza che il led nuovamente si riaccende, e il condensatore che si stava scaricando, adesso torna nuovamente a caricarsi tramite la resistenza R4.
Adesso la resistenza R3 è nuovamente come se fosse collegata tra l'ingresso V+ e Vcc, e quindi la tensione sull'ingresso V+ torna ad essere di 8V.
Caricandosi il condensatore, la tensione sull'ingresso V- torna nuovamente a salire, fino a quando di nuovo non supera la tensione di 8V presente sull'ingresso V+, dando così origine ad un ciclo infinito dove si alternano le 2 fasi:
Fase1
Tensione su ingresso V+ uguale a 8V
Uscita comparatore uguale a Vcc
Condensatore si carica
Tensione ingresso V- in aumento
Fase2
Tensione su ingresso V+uguale a 4V
Uscita comparatore uguale a Gnd
Condensatore si scarica
Tensione ingresso V- in diminuzione
L'effetto ottenuto è quindi il lampeggio del led, o volendo al posto del led utilizzare un transistor con la sua resistenza di polarizzazione, il lampeggio di una lampada o gruppo di lampade.
Il tempo del lampeggio dipende dal tempo di carica e scarica del condensatore, e quindi dalla capacità dello stesso e dal valore della resistenza R4.
Aumentando il valore della resistenza è possibile allungare i tempi, come è possibile aumentare i tempi anche aumentando la capacità del condensatore, ovviamente diminuendo i valori diminuiscono pure i tempi.
Per chi volesse cimentarsi nella costrzuione di questo circuito, forniscono l'immagine del pcb, con il link in formato pdf pronto per essere stampato ed utilizzato.
E ovviamente l'immagine di montaggio con la lista componenti da utilizzare.
R1,R2,R3,R3 10K
R5 470K
C1 47uF elettrolitico 25V
U1 Lm358
D1 Led rosso
L'alimentazione può essere tranquillamente modificata, tutto il circuito funziona anche con tensione di alimentazione superiore o inferiore, entro i limiti di funzionamento del lm358 che funziona con una tensione minima di 3V e max 32V.
L'unico componente da ricalcolare, è la resistenza di limitazione R5, utilizzando la formula:
R5=(Vcc-Vled)/Iled
Volendo ad esempio utilizzare una alimentazione da 4,5V ed un led alta luminosità da 3,2V e 20mA la resistenza R5 dovrà avere valore di:
R5=(4,5-3,2)/0.02 → 1,3/0,02=65 ohm
che può essere arrotondato al valore commerciale di 68 ohm.
Infine solo nel caso si utilizzasse una tensione di alimentazione superiore a 24V c'è da modificare pure il condensatore C1, scegliendo un elettrolitico sempre 47uF ma da almeno 50V.