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Niente microcontrollori ma un’elettronica tradizionale ed essenziale per una decorazione luminosa da appendere dove volete, che realizza un gioco di luce simile alle palline luminose dell’albero di Natale…
Decorazioni natalizie e in particolare per l’albero, ne abbiamo viste di tutti i tipi: statiche e animate, passive e luminose, a forma di sfera, campana, stella, pacchetto regalo, fiocco e tanto altro ancora.
Ma quella che abbiamo ideato e vi proponiamo in questo articolo è ancor più originale, perché sebbene abbia delle luci che si accendono, è in sé un piccolo albero di Natale da appendere.
Già, un albero miniatura con incorporate le luci, che si può appendere ai rami del tradizionale albero di Natale, ma che si può anche utilizzare appeso ai festoni e a qualsiasi altro elemento decorativo o da decorare, essendo piccolo e leggero.
Il nostro piccolo albero è formato da un circuito stampato a forma di pino dotato di basamento, sulle cui estremità si trovano otto LED, la metà dei quali rossi e per la metà rimanente verdi; il tutto viene alimentato con una pila a bottone da 3 volt, tipo CR2032.
Una volta fornita l’alimentazione, ossia inserendo la pila e chiudendo l’apposito jumper sul lato posteriore, i LED iniziano a lampeggiare alternativamente accendendosi in modo da comporre un’animazione a zig-zag.
Ma senza perdere altro tempo vediamo di cosa si tratta, analizzandone il circuito, che, come appare dallo schema elettrico, è davvero semplicissimo.
Schema elettrico
Come ci insegna l’elettronica, per accendere due LED o gruppi di essi è sufficiente un generatore di due segnali rettangolari opposti in fase, che nella forma più essenziale è quel circuito noto come multivibratore astabile.
Il multivibratore è proprio il cuore del nostro progetto e da solo basta ad accendere i LED; gli basta un’alimentazione in continua a bassa tensione, che nel nostro caso è fornita da una pila a bottone attraverso il jumper siglato ON, che permette di dare e togliere tensione così da attivare o disattivare la decorazione luminosa.
Diamo giusto un’occhiata allo schema elettrico, dove il multivibratore astabile è la porzione di circuito realizzata con i due BJT T1 e T2, entrambi di tipo PNP, contornati dai resistori R9-R10 e dai condensatori C1 e C2; i bipoli LED-resistenza sui due lati sono i carichi di collettore dei transistor, i quali sono quindi contemporaneamente gli elementi di commutazione dell’astabile e i driver dei LED.
Questo consente di rendere davvero semplicissimo il tutto.
Il nostro circuito, e quindi l’astabile, è un generatore di segnale rettangolare, che si ottiene in virtù del fatto che non riesce a mantenere uno stato stabile e perciò i suoi transistor commutano in continuazione e uno in alternativa all’altro, facendo in modo che T1 e T2 presentino sui rispettivi collettori sempre livelli di tensione opposti.
Questo fenomeno inizia quando si alimenta il circuito, allorché, pur essendo scarichi entrambi i condensatori, il transistor che ha tensione di soglia più bassa entra per primo in conduzione e blocca l’altro, almeno fin quando il condensatore collegato alla base di quest’ultimo non si carica.
Il circuito funziona perché ci sono differenze costruttive tra i componenti e in special modo tra i BJT, pur di tipo uguale; se i transistor fossero ideali, paradossalmente non funzionerebbe.
Infatti la cosiddetta “deriva delle caratteristiche” consistente nelle differenze tra i parametri dei BJT usciti dallo stesso lotto di produzione fa in modo che vi sia differenza nella tensione di soglia e nell’hFE, tali da far condurre, nel circuito, un transistor prima dell’altro. A ciò concorrono anche le tolleranze delle resistenze R9 ed R10 e dei condensatori C1 e C2.
Per comprenderne il funzionamento dell’astabile supponiamo che quando si fornisce alimentazione inizi a condurre T1, il cui collettore va a livello alto (il positivo di alimentazione) e cortocircuita al positivo il condensatore C2; questo elettrolitico, inizialmente scarico, porta alla base del T2 un impulso a livello alto che mantiene interdetto il PNP.
A questo punto C2 inizia a caricarsi attraverso R9 con polarità positiva sul -, fin quando la base del T2 non si trova a un potenziale negativo tale da far saturare tale transistor; adesso è il collettore del T2 ad andare a livello alto e a scaricare C1, dando alla base del T1 un impulso a livello alto che porta lo stesso transistor in interdizione, il che comporta che il collettore dello stesso smette di far fluire corrente.
Ora C2 inizia a caricarsi con polarità positiva sul terminale + e a un certo punto porta la base del T1 a un potenziale tale da provocarne nuovamente l’interdizione, cosicché il suo collettore torna a zero volt e fa scaricare immediatamente C1, il quale dà un impulso a livello basso sulla base del T1, facendo condurre di nuovo quest’ultimo.
Il ciclo si ripete fin quando il circuito resta alimentato e porta alla produzione di due onde rettangolari opposte di fase su T1 e T2.
Tali tensioni sono sufficienti a polarizzare e quindi accendere i gruppi di LED che si trovano tra i collettori e massa e che sono formati ciascuno da quattro LED, metà verdi e metà rossi; questa connessione e la particolare disposizione sul circuito stampato permettono di far accendere alternativamente i LED verdi di un lato dell’albero e i rossi del lato opposto e viceversa
. I resistori sono stati calcolati per far accendere i LED rossi con una corrente che è un compromesso tra la durata della pila e la luminosità; tale corrente vale poco più di 5 milliampere per i LED rossi e qualcosa meno per i verdi, dato che i resistori sono tutti da 180 ohm e che le cadute sui LED sono differenti da rossi (1,8 V tipici) a verdi (2,1 volt tipici).
Elenco Componenti:
R1÷R8: 180 ohm R9, R10: 47 kohm C1, C2: 22 µF 63 VL elettrolitico T1, T2: BC557 LD1: LED 3 mm verde LD2: LED 3 mm rosso LD3: LED 3 mm rosso LD4: LED 3 mm verde LD5: LED 3 mm verde LD6: LED 3 mm rosso LD7: LED 3 mm verde LD8: LED 3 mm rosso Varie: - Strip maschio 2 vie - Jumper - Porta batteria CR2032 - Batteria CR2032 - Circuito stampato S1356 (67x49 mm)
Realizzazione pratica
Bene, spiegato come funziona il circuito possiamo passare alla costruzione, che si prospetta decisamente alla portata di tutti gli sperimentatori, anche di quelli alle prime armi.
Per il montaggio dei componenti, infatti, non ci sono particolari suggerimenti, se non quello di iniziare realizzando le vie, ossia le interconnessioni tra le due facce, parte delle quali sarà realizzata dai reofori dei componenti che hanno piazzole comuni alle due facce.
Le altre si ottengono saldando spezzoni di sottile filo di rame nudo nei fori corrispondenti alle piazzole comuni alle due facce e non interconnessi dai componenti.
Passate quindi alla saldatura di resistenze e condensatori elettrolitici (da tenere sdraiati sulla superficie della basetta per limitare lo spessore del circuito), poi sistemate i LED alternando i LED ai rossi su ciascun lato dell’albero; terminate montando i due transistor e il ponticello, poi passando al lato opposto e saldando il portapila a bottone.
Per l’orientamento dei LED e dei condensatori seguite il piano di montaggio visibile in queste pagine; ricordate di tenere i LED con il corpo sollevato di 3÷4 mm dalla superficie del circuito stampato, in modo che sporgano e che sia facile nascondere il resto dei componenti con un’eventuale sagoma in cartoncino.
Allo scopo tenete i transistor bassi il più possibile e utilizzate condensatori da massimo 16V, in modo che siano molto bassi.
A montaggio terminato, inserite una CR2032 nel portapila e passate del filo per cucito nel foro all’apice dell’alberello, realizzando un anello che vi servirà ad appendere la decorazione all’albero di Natale; potete anche inserire del sottile filo di ferro con cui sagomare un gancio, stando però attenti a non provocare cortocircuiti tra le piazzole della basetta.
Una volta messo in posizione, il nostro gadget natalizio è pronto per entrare in funzione, dato che non richiede operazioni preliminari di messa a punto: per accenderlo è sufficiente chiudere il jumper con l’apposito ponticello (cap) che permetterà alla corrente della pila di giungere all’elettronica.
Ciò detto, non ci resta che lasciarvi all’allestimento dell’albero e augurarvi Buone Feste di fine anno!
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