LA SONDA LOGICA - ESPERIENZA

N° 4 resistenze serie E12 (valori riportati in tabella);

Cavetti di collegamento;

Breadboard di supporto;

Alimentatore stabilizzato;

Multimetro digitale palmare;

Trimmer valore max. 1KW

N° 2 diodi LED (rosso e verde);

N° 1 integrato porte NOT (74LS04);

N° 2 diodi di commutazione;

N° 1 puntale (o cavetto metallico);

N° 2 spinotti coccodrillo;

N° 2 spinotti da alimentazione;

TABELLA VALORI RESISTENZE SERIE E24 CON VALORI SERIE E12

Baccaglini Gabriele Ferraresi Gilles

classe 3^A

PROCEDIMENTO: La parte più importante del lavoro consiste nella selezione dei componenti per la realizzazione del circuito interessato. Il primo punto da analizzare è quale valore di resistenze applicare al circuito per ottenerne un corretto funzionamento: nel nostro caso dobbiamo calcolare le resistenze da collegare ai diodi e ai LED per fare sì che non si "brucino" e che si accendano ad un valore anche leggermente alto (fino a 2,4V) o leggermente basso (fino a 0,8V), cioè che la sonda risulti sufficientemente precisa. Per il calcolo pratico delle resistenze si utilizza la formula matematica:

Applicando questa relazione, conoscendo la tensione di lavoro (V_g = 1,7V) e la corrente di funzionamento (20 mA) del LED, che si possono ricercare sui data sheet, si ricavano i valori delle resistenze riportati in tabella. Il procedimento per il calcolo delle resistenze da collegare ai diodi di commutazione si ricava ipotizzando che il puntale sia scollegato, pertanto i due rami che comprendono i LED si considerano aperti.

Si lavora sul ramo elettrico rimanente e conoscendo la V_g dei diodi (0,8V) e le correnti di lavoro (10 mA) si ottiene che la somma delle due resistenze è 340W e si calcolano rapidamente le R₁ ed R₂tramite le leggi di Ohm generalizzate. Quando si sono ricavati i valori di tutte le resistenze si può procedere con l'assemblaggio del circuito.

Assicurandosi di aver saldamente collegato alla breadboard tutti i componenti e di averli connessi correttamente, ricordandosi di alimentare l'integrato 74LS04 (PIN 7 =GND, PIN 14 =V_CC), si procede con la verifica del funzionamento della sonda logica ottenuta: per un sommario controllo del funzionamento è sufficiente collegare il puntale alla linea di alimentazione della breadboard stessa, e verificare se l'indicazione data dall'illuminazione dei LED è corretta. Per una più accurata verifica del funzionamento della sonda si può collegare un trimmer (resistenza variabile con valore max. 1KW) al puntale; collegandolo tra V_CC e GND possiamo variare la tensione data al puntale e verificare, tramite misurazione della tensione con il multimetro appositamente tarato e collegato, i margini di immunità al rumore, ovvero il massimo valore di livello logico basso (V_LMAX) ed il minimo valore di livello alto (V_HMIN) riconoscibili dalla sonda.

SCHEMA ELETTRICO DI MONTAGGIO

Baccaglini Gabriele Ferraresi Gilles

classe 3^A

I calcoli riportati a lato sono l'applicazione pratica della formula: tramite questa relazione matematica possiamo determinare il valore delle resistenze RDIODO, cioè il valore resistivo dell'intero ramo comprendente R1 ed R2. Sapendo che al nodo (A) dobbiamo avere un potenziale di 2.6V circa e conoscendo la corrente di funzionamento del diodo possiamo ricavare il valore di R1. Conoscendo il valore di una resistenza e la loro somma è immediato ottenere il valore di R2.

TABELLE, CALCOLI E GRAFICI

R₂ = R_DIODO - R₁ = 330 - 260 = 80 W

MARGINE TEORICO DI IMMUNITÀ AL RUMORE DELLA PORTA NOT

VALORI DELLE MISURAZIONI DELLE TENSIONI SU R₁ ED R₂

	PUNTALE SCOLLEGATO VR1 = 2.75 V VR2 = 0.84 V		PUNTALE COLLEGATO A +5V VR1 = 0 V VR2 = 4.25 V		PUNTALE COLLEGATO A GND VR1 = 4.25 V VR2 = 0.02 V

Baccaglini Gabriele Ferraresi Gilles

classe 3^A

TABELLA MARGINI DI IMMUNITÀ AL RUMORE DELLA SONDA LOGICA REALIZZATA

CONSIDERAZIONI

Osservando lo schema elettrico del circuito notiamo la presenza delle porte logiche NOT; la singola porta nel secondo ramo permette di negare il segnale che arriva al LED segnalante il livello alto, in modo da impedire che si accenda quando il livello logico dato dal puntale è basso, permettendo solo al primo diodo di illuminarsi. Si può notare che nel primo ramo sono presenti due porte logiche NOT collegate in serie: si potrebbe inizialmente pensare che tale collegamento risulti inutile, poiché la doppia negazione di un segnale corrisponde al segnale di partenza, tuttavia questa configurazione viene utilizzata quando il puntale è scollegato: proviamo a ragionare cortocircuitando le due porte NOT. Il ramo elettrico da considerare è quello principale in cui, per effetto della resistenza e della caduta di tensione provocata dai due diodi di commutazione, al nodo A si trova un valore di tensione attorno ai 2.6V; tale valore è riconosciuto alto, tuttavia in un caso come questo si ottiene una differenza di potenziale ai capi del LED attorno a 2.4V, che essendo superiore a V_g lo farà accendere senza possibilità di spegnerlo. Se invece colleghiamo due porte logiche NOT, la prima interpreterà i 2.6V come valore alto, lo convertirà in valore basso (circa 0V) e successivamente la seconda porta logica riconvertirà il segnale ad un livello alto, molto vicino però a 5V: pertanto la differenza dei potenziale che si otterrà ai capi del diodo LED tramite questo sistema sarà bassa, insufficiente per causarne l'accensione dato che risulterà inferiore di V_g (attorno a 2.7V). Questa semplice esperienza ci permette di capire l'importanza, nella progettazione di un circuito, della considerazione di fattori come i margini di immunità al rumore.

CONCLUSIONI

L 'esperienza è stata portata a termine con successo in tutti i punti prestabiliti. Il circuito di sonda logica è stato realizzato in modo più che accettabile; la precisione della sonda è abbastanza approssimativa, poiché è stata realizzata con componenti di cui conosciamo il funzionamento, mentre le sonde logiche commerciali sono realizzate con tecnologie diverse e molto più precise, utilizzano infatti comparatori e altri componenti di cui non conosciamo le applicazioni.

Lo scopo definitivo dell'esperienza quindi non è realizzare una sonda logica dalla precisione attendibile, ma introdurre gli studenti alla progettazione di sistemi elettronici, comprendenti tutti i vari passaggi teorici e le considerazioni sulle funzioni che si vogliono ottenere, congiunta alla realizzazione pratica ed alla verifica delle loro ipotesi sul piano reale.