TRASDUTTORE ACUSTICO
SCHEMA
ELETTRICO
ELENCO
COMPONENTI
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Quantità
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Sigla di riferimento
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Valore
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Caratteristiche
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1
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R1
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Fotoresistenza
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1
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R2
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10
KΩ 838f54i ;
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¼ W
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2
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R3,
R4
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220
Ω 838f54i ;
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¼ W
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1
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C
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2200
μF
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25 V
– Elettrolitico
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1
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D
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Led
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1
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U
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7 838f54i 4HC132
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1
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BZ
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Trasduttore
acustico
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RELAZIONE TECNICA
Il progetto riguarda un trasduttore acustico,
il quale, come possibile dedurre, traduce una segnale elettrico (di tensione o
di corrente) in un segnale acustico. L’intensità di tale segnale acustico
dipende chiaramente dal segnale che il trasduttore trova in ingresso.
È possibile schematizzare il circuito
progettato mediante un opportuno schema a blocchi:
Analizziamo ora il
funzionamento di ciascun blocco.
INGRESSO
In ingresso troviamo il segnale elettrico, nel
nostro caso un segnale continuo con tensione di 5V. Altro non è che il segnale
che verrà poi tradotto in segnale acustico.
PILOTAGGIO
Come variante del circuito è stata inserita
una fotoresistenza, che rappresenta una sorta di interruttore. Se infatti la
fotoresistenza non è esposta alla luce, e quindi è messa al buio, il suo valore
diventa elevato (idealmente pari ad infinito). In uscita al nostro
multivibratore astabile triggerato a porta NAND troveremo allora livello logico
alto, e quindi il trasduttore acustico non emetterà alcun suono. Caso
contrario, se la fotoresistenza è esposta a una sorgente luminosa, la sua
resistenza è minima, e il buzzer (trasduttore) emetterà un suono.
MULTIVIBRATORE
ASTABILE
Grazie al multivibratore astabile, mediante un
opportuno segnale di trigger, proveniente da una rete di ingresso dotata di un
condensatore, viene stabilita la periodicità del segnale elettrico, che sarà
poi convertito in acustico.
TRASDUTTORE
ACUSTICO
Non è altro che un componente, denominato
buzzer, che traduce un segnale elettrico, nel nostro caso periodico, in segnale
acustico. Precisamente, se il livello logico di tale segnale in ingresso è
alto, non emette alcun suono; caso contrario se il segnale è invece a livello
basso.
Osserviamo ora lo schema del circuito. Al primo
ingresso del multivibratore troviamo una fotoresistenza (R1),
collegata a Vcc ed unita mediante un nodo ad una resistenza (R2),
collegata a massa; mentre al secondo ingresso troviamo un condensatore (C)
collegato a massa. Nel primo ingresso, la funzione della fotoresistenza, come
abbiamo già visto, è quella di poter pilotare esternamente l’uscita del
circuito, e quindi variare il segnale acustico. Nel momento in cui la
fotoresistenza non è esposta a luce, il suo valore è tendenzialmente infinito,
quindi sull’ingresso troveremo livello basso. Quando invece è esposta alla
luce, tende a comportarsi come un cortocircuito, portando così sull’ingresso
del multivibratore un livello logico alto. La resistenza R2
impedisce pertanto che, in questa seconda ipotesi, si abbia un cortocircuito
sull’ingresso del multivibratore. Essa viene determinata come segue:
Il condensatore, scelto di 2200 μF, da
l’impulso all’ingresso del multivibratore, permettendo così di determinare la
durata delle pulsazioni. La maglia è la seguente:
Si può sintetizzare il funzionamento del
multivibratore astabile mediante un’opportuna tabella di verità:
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A
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B
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Y
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0
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0
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1
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0
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1
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1
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1
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0
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1
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1
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1
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0
|
Possiamo così dedurre che quando la fotoresistenza
è al buoi, e sull’ingresso A avremo quindi livello logico basso, in uscita al
multivibratore rimarrà uno stato alto, qualsiasi sia il valore del segnale
sull’ingresso B. Nel momento in cui, invece, la fotoresistenza è esposta alla
luce, quindi l’ingresso A è a livello logico alto, il segnale di carica-scarica
del condensatore detta il susseguirsi delle oscillazioni in uscita al
multivibratore, come mostrato di seguito:
Affinché il nostro integrato sia predisposto a
tale funzione, occorre comunque dimensionare la resistenza R3.
Supponiamo di voler ottenere in uscita un segnale con un periodo di un secondo.
La resistenza viene quindi dimensionata per come segue:
In questo modo, il periodo della semionda
positiva del segnale è pari a quello della semionda negativa: il buzzer
emetterà quindi un suono che si alterna tra una durata di 0,5 secondi e una
pausa di 0,5 secondi. Ad integrare la funzionalità del buzzer, è stato aggiunto
un diodo LED, collegato in serie ad una resistenza, che si accende ritmicamente
seguendo il suono emesso dal dispositivo. Il valore della resistenza
limitatrice del LED è pari a:
Possiamo quindi sintetizzare il funzionamento
del circuito dicendo che, quando la fotoresistenza non è esposta a luce, in
uscita al multivibratore troveremo comunque un livello alto, e quindi LED e
buzzer disattivati; quando invece la fotoresistenza è esposta alla luce,
l’uscita al multivibratore si alterna tra lo stato alto e lo stato basso,
determinando così il funzionamento, ad intermittenza, di LED e buzzer.
COLLAUDO
A progetto terminato sono state realizzate le
elaborazioni principali per giungere al collaudo del lavoro: stesura dello
sbroglio, che mostra il progetto per la realizzazione del circuito stampato;
master e layout, che mostrano rispettivamente i collegamenti stampati e la
disposizione dei componenti.
Successivamente il progetto è stato realizzato
sperimentalmente su bread-board. Il tutto è stato visionato con l’ausilio di un
tester, per verificare la presenza di eventuali errori o problemi di
collegamento, e successivamente collaudato sperimentalmente. Alimentato il
circuito, si può verificare realmente il funzionamento dello stesso: oscurando la
fotoresistenza, il buzzer e il LED non hanno emesso alcun tipo di segnale,
mentre quando la fotoresistenza è stata esposta alla luce, LED e buzzer hanno
generato segnali, rispettivamente luminoso e sonoro, periodicamente, e in
contemporanea. Il circuito realizzato risponde pertanto perfettamente ai
parametri impostati nella progettazione.
