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IL PROGETTO “CUORE LAMPEGGIANTE”

della classe II – elettronica

SCOPO

Abbiamo voluto realizzare un circuito costituito da 14 led in parallelo, disposti a forma di cuore lampeggiante, da offrire in dono ad una persona per noi “speciale”.

In questo progetto abbiamo potuto mettere alla prova le nostre conoscenze e capacità riguardo a dimensionamenti di componenti con utilizzo delle leggi dell’elettrotecnica, simulazioni al computer del circuito progettato, utilizzo di Circad per la realizzazione del disegno del circuito stampato, utilizzo della strumentazione di misura di laboratorio per il collaudo. 

SCHEMA CIRCUITALE,  analisi e dimensionamento dei componenti:

proponiamo lo schema circuitale e la simulazione del progetto, realizzati al PC  con il programma Electronics Workbench (EWB).

·        I 14 led del cuore lampeggiano grazie al funzionamento dell’NE555, integrato a 8 pin che, a seconda dei componenti esterni che gli vengono collegati, può funzionare  come astabile (generatore d’onda rettangolare) oppure come timer. 

Noi l’abbiamo configurato come astabile, producendo un’onda rettangolare di frequenza e duty cycle desiderati.

            A tal fine abbiamo utilizzato la formula di progetto:

f = 1,442 / 2*R₁*C₁ = 1,442/ (2*100000 *0,000001) = 7,21 Hz

·        Il diodo al silicio lascia passare corrente solo da anodo a catodo.

Nel nostro progetto ha quindi l’utilità di diodo di blocco, per impedire che, a causa di un errore di collegamento della pila, si bruci l’integrato.

Al passaggio di corrente da anodo a catodo questo diodo  provoca una caduta di  tensione di circa 0,7 – 0,8 V.

·        Per il dimensionamento delle resistenze Rled:

            sappiamo che il led è  un componente con due morsetti, chiamati anodo e catodo, che si    illumina quando è percorso da una corrente che scorre da anodo a catodo, con valore da           10mA a   20mA, ossia secondo i valori tipici di tensione e corrente della tabella:

 Abbiamo utilizzato la legge di Ohm, imponendo in ogni led una corrente di 10mA = 0,010A ed           una caduta di tensione di 2V:

R_led= V_Rled / I_Reld = (9-0,8-2)V / (0,010*14)A = 6,2V / 0,14A = 44,2 Ω  = circa 50 Ω

P_Rled = V_Rled x I_Rled = 6.2 x 0,14 A = 0,868 W = circa 1W

            Non disponendo di un’unica resistenza  da  50Ω, 1W, perchè troppo alta come potenza,        abbiamo suddiviso  i 0.14 A su 3 resistenze Rled  collegate in parallelo, ognuna da 150 Ω.

            nfatti tre resistenze da 150 Ω in parallelo, equivalgono ad una resistenza da 50 Ω; però ora la corrente di 0,14 A può essere suddivisa in tre parti (ogni resistenza da 150 Ω sarà percorsa da    0,14A /3 =  0,046A), eliminando così il problema dell’eccesivo riscaldamento delle resistenze per effetto Joule.  Utilizzando cioè tre resistenze da 150 Ω, 0,5W  abbiamo risolto il problema.

            Con questi dimensionamenti abbiamo ottenuto la seguente simulazione circuitale:

Si osserva che la forma d’onda che esce dal piedino n°3 dell’integrato NE555 è di tipo rettangolare, con le seguenti caratteristiche:

·        Periodo T = 138,7ms = 0,13s

·        Vp+ = 8,2V

·        Duty cycle = DC% =  50%

·        Frequenza = 1/T = 1/0,13s = 7,692Hz

 Questa forma d’onda serve per fare lampeggiare tutti i led, infatti la parte alta (8,2V, cioè 9V dell’alimentazione, meno la c.d.t. sul diodo al silicio che è di circa 0,8V) del segnale li fa accendere tutti, mentre la parte bassa li fa spegnere.

 Disegno del circuito stampato:

Su foglio lucido abbiamo stampato il disegno della figura (ma solo con piste e pads), lo abbiamo posto sulla basetta di vetronite, inserendo il tutto nel bromografo per circa tre minuti. Successivamente abbiamo posizionato la basetta nella vasca con soluzione caustica e, quindi, in quella con l’acido.

Tolta la basetta dalla soluzione acida, l’abbiamo risciacquata sotto l’acqua corrente e ripulita con alcol.

Abbiamo quindi controllato la continuità delle piste con il tester e saldato i componenti.

MATERIALI UTILIZZATI

• Interruttore per circuito stampato;
• pila 9V e relativa cuffia;
• integrato NE555 più zoccolo;
• 3 resistenze da 150 Ohm, 0,5W;
• diodo al silicio;
• 14 led rossi;
• R₁ = 100K, 0,25W;
• C₁  = 1 μF elettrolitico;
• C₂  = 10 nF al poliestere;
• strumentazione di laboratorio: PC, tester, saldatore, trapano a colonna, basette di vetronite e apparecchiature di produzione c.s.; oscilloscopio da banco.

FASI  PRATICHE  DI  MONTAGGIO:  alcuni momenti e curiosità

Ecco il metodo che ci ha insegnato il prof. Arco, per recuperare una cuffia per pila da 9V da una pila scarica destinata allo smaltimento rifiuti.

La pila da 9V, fissata alla basetta con il velcro, permetterà anche alla basetta stessa di “stare in piedi”.

IL PROGETTO FINITO: commenti

Le immagini che abbiamo riportato in questo documento mostrano solo in parte la gioia e la soddisfazione che abbiamo provato vedendo funzionare il nostro primo progetto di elettronica. Qualcuno di noi ora se lo rimira nell’intimità della propria cameretta, altri l’hanno già fatto vedere ai loro amici, altri ancora l’hanno regalato alla propria mamma o alla ragazza del cuore.