SOMMARIO - Pannullo · Elettronica In- dicembre ‘96 / gennaio ‘97 11 COMPONENTI R1: 100 Ohm...

Elettronica In - dicembre ‘96 / gennaio ‘97 1

ELETTRONICA IN Rivista mensile, anno II n. 15 DICEMBRE 1996 / GENNAIO 1997

Direttore responsabile:Arsenio SpadoniResponsabile editoriale:Carlo VignatiRedazione:Paolo Gaspari, Vittorio Lo Schiavo,Sandro Reis, Francesco Doni, AngeloVignati, Antonella Mantia, AndreaSilvello, Alessandro Landone, Marco Rossi.

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Impaginazione e fotolito sono realizzatiin DeskTop Publishing con programmiQuark XPress 3.3 e Adobe Photoshop3.0 per Windows. Tutti i diritti di riprodu-zione o di traduzione degli articoli pub-blicati sono riservati a termine di Leggeper tutti i Paesi. I 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, deicompensi stabiliti dall’Editore.Manoscritti, disegni, foto ed 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.

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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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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 costo. Settima puntata.

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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


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


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-


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.


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


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


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.


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.


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


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.


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


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


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


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


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


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.


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.


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


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-


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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AMPLI AUDIO100/170 WATT

di Paolo Gaspari

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.


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,


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


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) .............................


pian

o di

cab

lagg

io e

d el

enco

com

pone

nti

CO

MP

ON

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

erm

in.

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

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hm 5

WR

20:0

,1 O

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WR

21:0

,1 O

hm 5

WC

1:3,

3 nF

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C2:

4,7

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L el

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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


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.


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.


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


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


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


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


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,


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.


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-


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

SOMMARIO - Pannullo · Elettronica In- dicembre ‘96 / gennaio ‘97 11 COMPONENTI R1: 100 Ohm...

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