Contenuto 1 Preparativi..................................................................................... 3 2 Semplice lampada a LED ............................................................4 3 Altri colori: rosso e verde ............................................................ 7 4 Luce pronta per la notte...............................................................8 5 Luminosità commutabile .......................................................... 10 6 Corrente amplificata.....................
23 Lampeggio interrotto ...............................................................44 24 Fuoco tremolante......................................................................45 25 La speciale luce LED.................................................................
1 Preparativi Questo pacchetto didattico si concentra sui diodi e sui transistor ad emissione di luce. Esso permette dunque di realizzare anche applicazioni complesse. Qui è possibile ricavare tutte le informazioni di funzionamento necessarie.
essere inserite esattamente nei fori di contatto corretti della scheda. Come prima cosa si dovrebbero creare dei piccoli fori nella pellicola protettiva sul retro della piastra con un ago e inserire i cavi dal basso. In questo modo si garantisce un fissaggio sufficiente. L’interruttore e il fusibile devono essere inseriti esattamente nella posizione illustrata. La procedura è valida per tutti gli esperimenti successivi.
resistenza da 4.700 Ohm (giallo, viola, rosso, 4,7 kΩ) e un LED rosso. La direzione di installazione del LED è importante. Esso possiede un filo più corto (catodo = polo negativo) e un filo più lungo (anodo = polo positivo). All’interno si può vedere un supporto leggermente più grande sul lato negativo, che racchiude il vero e proprio cristallo a LED. Dopo il montaggio e un controllo finale, la batteria deve essere collegata - Il LED rosso con l’interruttore è pronto.
Schemi elettrici Gli schemi elettrici riportati nel presente manuale non devono essere necessariamente osservati per poter eseguire con successo le prove, ma possono aiutarvi a comprendere meglio il tutto. Uno schema elettrico mostra i collegamenti dei componenti in forma semplificata con i simboli di circuito per ogni componente. Una volta che ci si è fatta l’abitudine, uno schema circuitale mostra chiaramente tutti i collegamenti tra i componenti. La batteria è composta da sei celle da 1,5 V.
3 Altri colori: rosso e verde In questo caso, oltre al LED rosso, viene installato anche un LED verde in serie. In questo modo entrambi i LED si accendono insieme. Con l’interruttore è possibile accendere e spegnere entrambi insieme. Collegamento in serie La stessa corrente passa attraverso due o più carichi nel collegamento in serie. Si tratta di un «circuito non ramificato», perché c’è una linea unica. Questo significa che la corrente è la stessa in ogni punto.
Schema circuitale semplificato di un collegamento in serie 4 Luce pronta per la notte Qui viene installata un’ulteriore resistenza da 330 kΩ (330 kilo-ohm). Essa supporta gli anelli di colore arancione, arancione, giallo e un ulteriore anello color oro. Maggiore la resistenza, minore il flusso di corrente. La prima resistenza corrispondeva a soli 4,7 kΩ (giallo, viola, rosso) e forniva una luce relativamente chiara. Se si utilizza una resistenza superiore, i LED si accendono leggermente.
Resistenze e loro anelli di colore Gli anelli colorati sulle resistenze rappresentano dei numeri. Si leggono a partire dall’anello più vicino al bordo della resistenza. I primi due anelli stanno per due cifre, il terzo per zeri aggiunti. Insieme indicano la resistenza in ohm. Un quarto anello indica la precisione. Tutte le resistenze possiedono un anello dorato.
Ciò significa che il valore specificato può essere superiore o inferiore del 5% rispetto al valore indicato dagli anelli colorati. La prima resistenza viene letta in questo modo: Giallo = 4, viola = 7, rosso = 00, insieme 4.700 Ohm, quindi 4,7 kΩ.
ci dovrebbe essere in realtà un quarto stadio, perché ora la corrente scorre attraverso entrambe le resistenze, ma la differenza rispetto al terzo livello è così piccola da essere trascurabile.
Tensione, resistenza e corrente La tensione elettrica si misura in volt (V). La batteria ha 9 V. e viene misurata una resistenza in ohm (kΩ) o in kilo-ohm (1 Ω = 1.000 kΩ). Ma c’è un altro parametro molto importante: la corrente elettrica viene misurata in ampere (A) o in milliampere a basse correnti (1 mA = 1/1000 A). Tutti questi nomi provengono da ricercatori famosi che sono stati i primi a studiare l’elettricità circa 200 anni fa: Alessandro Volta, Georg Simon Ohm e André-Marie Ampère.
Per la maggiore resistenza a 330 kΩ si ottiene una corrente di circa 0,015 mA e una durata di funzionamento di quattro anni usando una sola batteria. Vale la pena di risparmiare energia elettrica! 6 Corrente amplificata Il componente più importante di questo pacchetto di apprendimento è il transistor. Ha tre connessioni che non devono essere confuse. Sono chiamati emettitore (E), base (B) e collettore (C). L’emettitore deve essere collegato al terminale negativo della batteria.
Solo quando entrambi l’interruttore 1 (S1) e l’interruttore 2 (S2) si spostano su ON, si accende il LED rosso. Se uno di essi è spento o entrambi sono spenti, il LED è spento. Molti di questi circuiti di base possono essere utilizzati per costruire macchine automatiche, calcolatrici o interi computer. transistor Il transistor contiene un cristallo di silicio. Il silicio (Si) è contenuto in grandi quantità nella normale sabbia di quarzo (quarzo = ossido di silicio).
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7 Un sistema di allarme Per questo piccolo sistema di allarme è necessario un secondo cavo. Esso forma un collegamento tra la base che disinserisce la corrente del collettore e l’emettitore del transistor. Però nel caso in cui si scolleghi il cavo, l’allarme scatta. Poi si accende il LED rosso. Un sistema di allarme può essere costruito con un filo sottile che si rompe quando qualcuno apre una finestra o una porta.
Attenzione, il fusibile e l’interruttore non sono più visualizzati nello schema circuitale, ma appartengono sempre allo stesso. 8 Spento quando si preme il pulsante Qui al posto dell’anello di allarme dell’ultimo esperimento è installato un interruttore a pulsante.
mente aperto. Il contatto si chiude solo quando si preme il pulsante. In questo modo si spegne il LED rosso. Il circuito NOT Stranamente, qui, si chiude un contatto e si inserisce una corrente, ed essa disattiva un’altra corrente. L’accensione provoca lo spegnimento, cioè l’esatto contrario. Questo è anche uno dei più importanti circuiti di base della tecnologia informatica ed è chiamato un circuito NOT. Un’altra espressione è «inverter».
9 Lungo tempo dopo illuminazione Il condensatore in questo pacchetto di apprendimento può essere considerato come un piccolo accumulatore di energia. Si tratta di un condensatore elettrolitico, e la caratteristica speciale del condensatore elettrolitico è che si deve prestare attenzione alla polarità come per un LED. Il polo negativo è contrassegnato da una spessa linea bianca e deve essere collegato con il segno meno. Attenzione! Non installare un condensatore elettrolitico in modo scorretto.
Premendo il pulsante si accende il LED. Quando questo viene rilasciato di nuovo, il LED non si spegne immediatamente, ma continua a lampeggiare per uno o due minuti e poi lentamente si indebolisce. Si tratta di una lampada notturna ideale, perché permette di abituarsi gradualmente al buio. condensatore Un condensatore è costituito da due piastre o lamiere metalliche che non si toccano ma sono isolate l’una dall’altra.
10 Rosso e verde allo stesso tempo Oltre al cristallo LED, il LED rosso lampeggiante contiene un circuito che accende e spegne la corrente del LED.
accende e si spegne anche il LED verde. Il risultato è una spia lampeggiante rosso-verde, che si accende con l’interruttore a pulsante e si indebolisce lentamente di seguito. Se i LED non lampeggiano, è probabilmente perché è stato installato il normale LED rosso, riconoscibile dalla custodia di colore leggermente opaco. Il LED lampeggiante Il LED lampeggiante contiene un interruttore elettronico costituito da un transistor.
11 Ritardo di spegnimento per tre LED Ora è installato un terzo LED con un’ulteriore resistenza di 4,7 kΩ (giallo, viola, rosso).
spegne lentamente come gli altri LED. Alla fine si accende solo il LED rosso. Il LED verde e il LED lampeggiante si spengono completamente, perché insieme richiedono più tensione.
12 Tripla luce lampeggiante nello stesso ciclo Ora il circuito viene modificato in modo tale che tutti e tre i LED si spengano completamente durante le pause di lampeggiamento. Viene utilizzata una resistenza da 1 kΩ (marrone, nero, rosso). Il LED rosso lampeggiante comanda il transistor, che accende e spegne i LED rosso e verde. Il risultato è un lampeggiamento del insieme dei tre LED.
13 interruttore a sfioramento Un altro transistor insieme al primo è ora in grado di fornire un’amplificazione ancora maggiore. Entrambi i morsetti del collettore sono collegati direttamente e l’emettitore del primo transistor conduce alla base del secondo. Questo circuito è chiamato il circuito di Darlington. Viene utilizzato per costruire un interruttore a sfioramento.
Il circuito di Darlington Il collegamento di due transistor, come mostrato nello schema circuitale, si chiama circuito di Darlington. Due transistor ne amplificano più di uno. Ciò vale in particolare per questo circuito, in cui la corrente già amplificata viene nuovamente amplificata da un secondo transistor. Il nome deriva dal suo inventore, Sidney Darlington, che ha avuto questa idea già nel 1952. Entrambi i collettori sono collegati e l’emettitore del primo transistor scorre alla base del secondo.
14 Sensore di luce a 14 LED In questo esperimento, un LED giallo viene utilizzato come sensore di luce. Viene installato al contrario e quindi non produce energia elettrica. Ma quando la luce cade sul LEDproduce una piccola corrente, proprio come un fotodiodo. Viene poi amplificata da due transistor e lascia accesi gli altri due LED. Una torcia elettrica è adatta per il test. Più forte è l’illuminazione del LED giallo, più si accendono gli altri due LED.
Oltre ai diodi emettitori di luce, ci sono diodi raddrizzatori e fotodiodi in silicio, cioè lo stesso materiale con cui sono realizzati i transistor. Un fotodiodo utilizza una superficie particolarmente ampia in modo che molta luce possa penetrare nello strato barriera dall’esterno. In questo modo la luce elimina parzialmente l’effetto isolante dello strato barriera e l’elettricità fluisce. Un LED ha una struttura simile, ma una superficie molto piccola.
15 Con interruttore supplementare anche al buio Qui il sensore di luminosità viene ampliato mediante un interruttore supplementare. Con il secondo interruttore è possibile accendere i LED anche di notte. È parallelo al sensore di luminosità e può quindi fornire una corrente di base sufficiente anche al buio. Al posto dell’interruttore è possibile installare due contatti per un sensore tattile o semplicemente toccare i fili del LED del sensore.
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Il fusibile PTC In tutti gli esperimenti viene utilizzato un fusibile che salva in caso di errore. In caso di cortocircuito, un cavo potrebbe diventare incandescente. La batteria può anche surriscaldarsi, scaricarsi rapidamente o esplodere nel peggiore dei casi. Ma la sicurezza eviterebbe il peggio. Molti fusibili si rompono appena appena avviene un salto di corrente. Ma questo fusibile speciale è un fusibile autoreset, chiamato anche fusibile PTC.
perché la piccola corrente di base dell’altro transistor lo attraversa. Non è possibile prevedere quale LED si accenderà dopo l’accensione. Tuttavia, lo stato può essere commutato toccando uno dei collegamenti di base con un filo e generando così un corto impulso elettrico a causa di cariche casuali. Di solito, il funzionamento non è immediato. Tuttavia, una commutazione sicura si ottiene collegando la base all’emettitore sul transistor attualmente in conduzione.
17 Gioco di reazione Con due pulsanti è possibile portare il flip-flop dell’ultimo esperimento nello stato desiderato. È possibile utilizzare l’esperimento come segnale luminoso.
re, non disturbare! E verde significa: la risposta è consentita. Ma l’esperimento è anche un piccolo gioco elettronico. Ogni interruttore può disattivare la corrente di base del suo transistor, che spegne anche il LED collegato. Normalmente i tasti vengono premuti solo singolarmente e alternativamente. Ma se si premono entrambi contemporaneamente, tutti e due i LED si spengono. Tuttavia, quando i pulsanti vengono rilasciati, si accende un solo LED indeterminato.
18 Interruttore a quattro colori Adesso viene utilizzato il LED rosa. L’alloggiamento è biancastro, ma in realtà questo LED si accende nel colore rosa. Il flip-flop RS dall’ultimo esperimento è ora composto da quattro LED. Come in precedenza, un LED si trova nella linea del collettore su ogni transistor, mentre l’altro LED è inserito nella linea dell’emettitore. Così rosso e giallo brillano sempre insieme o rosa e verde si illuminano dall’altra parte.
Struttura del LED rosa Il vero e proprio cristallo LED del LED rosa emette luce blu. Tuttavia, esso è coperto da un materiale fluorescente che cattura parte della luce blu e la irradia di nuovo come luce rossa. Per questo motivo il LED rosa emette due colori: rosso e blu. Si crea in questo modo il colore misto rosa.
19 Flip-flop RS semplice Un flip-flop semplificato può essere realizzato con solo un unico LED e tre resistenze. Con i due tasti è possibile accendere e spegnere il LED. Tale circuito è chiamato anche RS flipflop. L’abbreviazione sta per Reset e Set. Il flip-flop RS è un importante elemento di base dell’elettronica digitale e della tecnologia informatica. Il circuito a due transistor si basa anche sul fatto che ognuno dei due può disinserire la corrente di base dall’altro.
effettuare un test con il LED lampeggiante. Il lampeggiamento influisce sullo stato della RS flip-flop? 20 Sensore di temperatura L’ultimo circuito è cambiato solo leggermente, ma si comporta in modo completamente diverso e reagisce a temperature diverse. Un resistore da 1 kΩ (marrone, nero, rosso) alimenta il transistor sinistro con la corrente di base. Il LED non è completamente acceso e non completamente spento, ma si accende sempre in modo uniforme e molto debole.
tati chiari se si tocca alternativamente il transistor sinistro e destro a intervalli di mezzo minuto. Per differenze di temperatura maggiori, mettere un pezzo di ghiaccio su un cucchiaio, riscaldarne un altro e toccare di seguito il transistor con entrambi.
21 Unità lampeggiatore lento A differenza del LED rosso lampeggiante con lampeggiatore integrato, è ora necessario costruire un lampeggiatore separato. Il circuito ricorda un po’ il flip-flop degli esperimenti precedenti. La differenza più importante adesso è l’installazione di un condensatore. La corrente di base scorre attraverso il condensatore solo fino a quando quest’ultimo non viene caricato o scaricato. Il flip-flop cambia automaticamente stato.
22 Indicatori a transistor a tre colori Nel circuito lampeggiante dell’ultima prova è installata in serie al condensatore una resistenza supplementare di 10 kΩ (marrone, nero, arancione). Questo rende il rapporto on-off più equilibrato. Un’altra modifica riguarda i LED. Il transistor giusto può commutare molto di più di un semplice LED. Tre di essi lampeggiano insieme. L’oscillatore Un circuito che genera oscillazioni in modo indipendente è chiamato oscillatore.
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23 Lampeggio interrotto L’indicatore ora ha un quarto LED. Questa volta è incluso anche il LED lampeggiante. E questo viene installato parallelamente al LED verde. Il risultato è un lampeggiamento alternato del LED rosso e il LED verde. Questo lampeggiamento è più veloce di quello del circuito auto-lampeggiante. Si notano una serie di impulsi lampeggianti, in cui il LED lampeggiante insieme al LED verde lampeggia sempre circa sei volte e poi viene interrotto. Gli altri LED lampeggiano lentamente.
24 Fuoco tremolante Lo scopo di questo esperimento è uno sfarfallio morbido come un falò simulato. Al circuito deve essere assegnato un terzo valore di luminosità predefinito compreso tra On e Off. Questa volta il LED rosa viene utilizzato parallelamente al LED lampeggiante e si accende sempre quando il LED lampeggiante è spento. Questo crea un complicato modello lampeggiante che ricorda lo sfarfallio di un fuoco.
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25 La speciale luce LED Manca ancora un colore, il LED blu, che verrà adesso installato. Il lampeggiante alternato rosso-blu interrotto appare particolarmente bello e attira lo sguardo. Ma è possibile ottenere ancora molte estensioni con colori molto diversi tra loro.
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Testata Cari clienti! Questo prodotto è stato fabbricato in conformità alle direttive europee in vigore e reca pertanto il marchio CE. L’uso previsto è specificato nel file e descritto nel manuale allegato. L’utente è l’unico responsabile della conformità alle norme applicabili per qualsiasi altro uso o modifica del prodotto. Per questo motivo si raccomanda di costruire i circuiti esattamente come descritto nelle istruzioni. Il prodotto può essere trasmesso solo insieme alle presenti istruzioni per l’uso.
