FARO PER MODELLISMO

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Un caro amico mi chiede se posso aiutarlo nella realizzazione di un automatismo per il suo plastico. Deve sostituire la parte motorizzata con demoltiplica della luce di un faro con qualcosa senza parti in movimento causa di vibrazioni e rumori che, alla lunga danneggiano la struttura stessa in cui sono alloggiati. Problema di non facile soluzione. La prima cosa che mi viene in mente è usare più led in circolo che si accendono in sequenza ciclica per dare l’impressione del movimento ed il gioco è fatto. Realizzato il tutto in forma volante per avere un parere dell’interessato non soddisfa le aspettative, la transizione da un led all’altro è molto visibile, inoltre il punto di osservazione è tale che basta un solo led per dare il risultato sperato. La legge di Murphy non si smentisce mai, “la prima soluzione che ti viene in mente è sempre quella sbagliata!”. Praticamente deve variare la luminosità da un minimo verso un valore medio, a quel punto un flash di luce deve sovrapporsi alla luminosità normale per poi una volta esaurito il lampo di luce ritornare a calare fino al minimo.

Scartata l’idea di usare due led distinti per avere un unico punto luce devo escogitare un circuito che fa quella funzione.

Analizzando la forma d’onda devo prima creare un segnale triangolare e in seguito sincronizzare ad essa un picco partendo però dall’alimentazione di 5V che originariamente pilotavano il motore con demoltiplica dei giri.

Il più semplice circuito per generare un’onda triangolare è questo

In Vo si ha una tensione ad onda quadra mentre in V1 ho la forma d’onda triangolare. Una semplice spiegazione del circuito è d’obbligo, anche per spiegare le scelte circuitali fatte. R1 – R2 – R3 determinano il valore della isteresi e le formule di V2 sono

per tutti e tre i valori identici delle resistenze si ha per V2 uguale 1/3 Vcc e 2/3Vcc, R1 ed R2 determinano la simmetricità mentre R3 determina la escursione.

Giocando con i valori si può determinare ogni aspetto della onda triangolare.

Queste formule si possono però applicare solo se si ha un operazionale ideale o uno rai to rail, con escursione della uscita che arriva alle alimentazioni. Nel mio caso nel cassetto ho a disposizione un misero LM358 che ha come escursione positiva Vcc-1,4V e negativa 0,1V in caso di alimentazione singola. I due valori allora si deducono con un circuito semplificato, dando per scontato che l’ingresso non invertente dell’operazionale non assorbe una corrente che influisce in maniera significativa sui calcoli avremo per R1 ed R2 = 100K e per R3=22K

prima di continuare è meglio postare lo schema definitivo e fare i ragionamenti su quello

R4 e C1 sono i componenti che determinano la frequenza e con i componenti dati abbiamo un periodo di 3,3 secondi.

R5 ed R6 formano un partitore di tensione di valore totale abbastanza elevato da non influire significativamente sulla carica di C1. Tale scelta si è resa necessaria perchè data la bassa tensione di alimentazione di 5V e la tensione di conduzione del LED di almeno 3V non ci sarebbe stata tensione sufficiente per il pilotaggio dello stadio successivo, un convertitore tensione-corrente.

Come da figura sopra VR6 ora oscilla tra 145mV e 549mV, tale tensione sarà confrontata dall’operazionale U1B con la tensione che si sviluppa in R12, il transistore Q3 verrà pilotato per mantenere le tensioni agli ingressi dell’operazionale identiche, di conseguenza la corrente sarà direttamente proporzionale alla tensione presente nell’ingresso non invertente. La stessa corrente attraverserà il led che notoriamente va pilotato in corrente e non in tensione.

La massima corrente sarà I=0,549/R12= 8,1mA la tensione di caduta su R11 sarà VR11= 47 x 8,1mA = 380mV che sommata a VR12 darà 549 + 380 = 929mV questa tensione è tale da permettere la piena funzionalità del led con la alimentazione data, infatti 5V – 3V – 0,929V = 1,07V di caduta sul transistor Q3.

La funzione di Q1 e Q2 è quella di sincronizzare il picco di corrente in corrispondenza del cambio di pendenza della onda triangolare. Funziona così:

Partiamo dall’uscita di U1A alta, C2 sarà scarico perchè entrambe le armature si trovano allo stesso potenziale forzate da R7 e di conseguenza il gate di alto Q1 che lo porterà in condizione, Q2 è interdetto perchè il gate si trova a potenziale zero forzato a massa da Q1.

Uscita di U1A passa a zero ora il condensatore per un breve istante si comporta come un cortocircuito verso massa fino a che R7 non carica nuovamente le armature di C2 alla tensione di alimentazione, questo breve istante con i componenti dati ha una durata di 5mS , durante questo periodo Q1 sarà interdetto e Q2 conduttivo, esso conducendo cortocircuita a massa Q3 e R12 lasciando la sola resistenza di limitazione R11 più la resistenza di condizione di Q2 ( 5 ohm) a limitare al corrente nel led.

Con i componenti dati avremo un picco di 30mA nel LED bianco, tale valore vista la brevissima durata non danneggia il LED.

Questo produce un impulso di corrente elevata attraverso il LED, con il giusto timing per produrre un effetto strobo. Il risultato è un LED, che diventa gradualmente più luminoso, quindi lampeggia ancora più luminoso prima di attenuarsi nuovamente. Questo produce per lo spettatore una luce, che simula quello che vedrebbe vedendo un faro in funzione.

Visto lo spazio limitato ho creato una basetta adatta per contenere tutti i componenti senza la necessità di ponticelli e con piste abbastanza distanziate da poter essere fatte anche a mano.