applicazioni di elettronica: ENA
ENA è acronimo di ElettroNica Applicazioni; mi serve per orientarmi tra gli articoli.
Viene esaminato il funzionamento di alcune applicazioni tipiche dell'elettronica.
Generalità
Un alimentatore serve a produrre energia elettrica in corrente continua per fare funzionare apparecchiature elettroniche.
Di solito la fonte di energie è rappresentata dalla rete elettrica monofase in corrente alternata a 230V mentre l'apparato elettronico funziona a tensione continua di valoro molto più basso.
Un alimentatore assolve a diverse funzioni:
1) modificare la tensione disponibile in entrata dal lato in corrente alternata,
2) produrre in uscita una tensione continua stabile e priva di disturbi,
3) separare galvanicamente i due circuiti per garantire sicurezza contro il lrischio di elettrocuzione (uniroma2),
4) avere un'efficenza elevata.
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Ormai tutta l'esperienza musicale si basa sulla manipolazione digitale del suono e dell'uso di riproduttori basati su memorie digitali (lettori mp3, lettori CD).
Anche il PC appartiene a questa categoria di apparecchiature.
Il computer, per sua natura, tratta solo grandezze digitali per cui é indispensabile disporre di una rappresentazione del suono in formato digitale.
Il PC comprende al proprio interno un circuito dedicato all'acquisizione dell'audio svolgendo due funzioni opposte: la scheda Audio.(Wikipedia).
- da una linea analogica esterna, grazie ad un A-D Converter, produce numeri da memorizzare ed elaborare con il computer,
- da numeri memorizzati, grazie ad un D-A Converter, produce un suono da inviare ad altoparlanti o cuffie.
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Dopo l'articolo sul suono analogico ecco degli appunti sul suono digitale.
La conversione A-D del suono
Per trattare il suono con apparecchi digitali come i computer o i lettori di CD occorre che il suono, grandezza analogica, sia convertito in numeri: questo è il lavoro del convertitore analogico-digitale che realizza quanto previsto dal metodo di rappresentazione digitale di una variabile analogica definita come PCM (Pulse Code Modulation) (vedi wikipedia)
Vedi anche UNITO (prof Rossano Gaeta) e forum Indire.
Detto questo occorre allora fissare la frequenza di campionamento del convertitore che deve essere il doppio della massima frequenza del suono che si vuole registrare (teorema di Shannon-Nyquist) e la gamma di livelli da estrarre dal segnale.
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Premessa
Il suono
Il suono è una conseguenza delle oscillazioni di pressione dell'aria provocate da un oggetto che si muove (la corda di una chitarra, il tubo sonoro di un flauto, membrana elastica di un tamburo, le corde vocali nella gola, il bicchiere che cade sul pavimento, il botto di un petardo ...) o dalle oscillazioni di una massa d'aria in una cavità.
Quando le oscillazioni di pressione raggiungono il padiglione auricolare 
i componenti dell'orecchio traducono le vibrazioni di pressione raccolte dal timpano in una sensazione che noi chiamiamo "suono". (youtube)
(Vedi articolo del dott. Carlo Govoni, otorinolaringoiatra)
Se l'oscillazione ha carattere periodico, si tratta probabilmente di musica in quanto si può trattare di oscillazioni prodotte da uno strumento che produce note musicali.
Una nota musicale produce oscillazioni a frequenza costante.
Se l'oscillazione della pressione ha caratterische casuali si tratta di rumore o di parlato.
Il cervello è in grado di distinguere suoni da parlato e da rumori.
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Controllo di fase con TRIAC
La tensione alternata su un carico può essere regolata con il controllo di fase che permette di diminuire il valore efficace della tensione ritardando l'innesco della sinusoide.
Il TRIAC consente questa operazione perchè permette il passaggio della corrente solo dal momento in cui riceve un impulso al terminale di "gate" e rimane in conduzione fino a quando la corrente si annulla.
Viene illustrato il funzionamento di un circuito che utilizza Arduino/Genuino per generare il ritardo dell'impulso.
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{jcomments on}Il servomotore, o semplicemente servo, è un piccolo motore comandato elettricamente la cui posizione angolare o la cui velocità dipendono dal segnale inviato per comandarlo.
I servo sono impiegati in robotica e dove ci siano da posizionare angolarmente assi di rotazione così da poter controllare, per esempio, lo sterzo di un automobilina radiocomandata o gli alettoni di un aeromodello o al posizione di un braccio robotico.
Qui viene descritto il servo usato per assumere posizioni angolari in base al comando impartito.
Ho anche effettuato delle misurazioni per vedere come vanno le cose, i risultati li ho riassunti qui è c'è anche un video.
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Un inverter produce energia elettrica a corrente alternata a partire da una sorgente in corrente continua. Svolge la funzione opposta a quella di un raddrizzatore. (nota 1)
L'inverter, nella sua versione più semplice, produce una tensione come quella in figura. La tensione è alternata perchè ha valori sia positivi che negativi ed il valore medio è nullo perchè la parte positiva è identica alla parte negativa e quindi hanno la stessa area.
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Il convertitore Analogio Digitale (ADC Analogic to Digital Converter) svolge la fondamentale funzione di rendere utilizzabile da un computer (che tratta solo bit ed insiemi di bit) le grandezze fisiche che appartengono all'insieme delle grandezze analogiche, cioè di quelle grandezze che assumono infiniti valori con continuità e non possono quindi essere memorizzati (nota 1).
La conversione comporta una semplificazione della grandezza che varia nel tempo (nota 2) senza soluzione di continuità, in una grandezza che assume valori a "livelli" e solo per alcuni "momenti". (disegno a lato e nota 8)
Questo articolo, con il progetto di simulazione realizzato con Srctach3 è stato aggiornato in un nuovo articolo.
Alcune informazioni di base qui conte nute sono valide.
La nuova simulazione è più precisa e versatile.
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Read more: ENA: convertitore Analogico-Digitale (A-D Converter)
Cosa ci faccio con un resistore
Con questo argomento si entra nel campo della progettazione dei circuiti elettrici: scegliere i componenti e fissarne le caratteristiche per l’acquisto ed il montaggio. Sono possibili le seguenti applicazioni:
1- produrre cadute di tensione
2- fissare l’intensità di corrente in un ramo
3- realizzare ingressi digitali utilizzando contatti e interruttori
4- reostati per regolare la corrente in un circuito
5- partitori di tensione e utilizzo di sensori analogici
6- potenziometri per regolare la tensione
8- produrre calore Per rispondere basta applicare la legge di Ohm.
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Il data logger, o datalogger, è un registratore di dati: uno strumento di misura che permette di conoscere dati misurati in momenti diversi quando non è il caso o non è possibile trattenere l'operatore a lungo per rilevare e trascrivere le misurazioni.
Questo strumento è utile quando si devono riportare numerose misurazioni di grandezze fisiche che si protraggono nel tempo. E' il caso di monitoraggi di
- dati ambientali come temperatura ed umidità misurati in un arco di tempo piuttosto lungo come giorni o settimane,
- controllo della stabilità di strutture per tempi lunghi (mesi),
- misurazioni dell'andamento della tensione di batterie sotto scarica per determinarne la capacità (caso proposto in questo sito che io chiamo VB-logger).
Può servire a misurare la temperatura di un corpo che si sta riscaldando o raffeddando e tracciarne così il grafico nel tempo in modo da studiarne le caratteristiche di resistenza termica e capacità termica.
I dati vengono rilevati da una sonda costituita da un sensore analogico, questi valori misurati vengono convertiti al formato digitale con un convertitore ADC per essere messi disposizione di un registratore digitale.
Il registratore effettua il campionamento del segnale, cioè preleva il segnale ad intervalli di tempo regolari secondo la programmazione. I dati così campionati vengono elaborati da un processore e poi memorizzati su di un supporto di memoria.
Al termine del periodo di monitoraggio, l'utente addetto, preleva la memoria e i dati vengono trasferiti su carta o su computer per la loro elaborazione.
I data logger più moderni ed evoluti registrano i dati su una pagina Web per cui c'è la possibilità di accedervi da remoto senza dovere manipolare l'apparecchiatura nè accedere al luogo in cui è installata.
Nota: il periodo di campionamento deve essere scelto con cura in quanto si deve poter suporre che fra due campionamenti successivi l'andamento dei valori sotto osservazione sia "abbastanza" regolare. In caso contrario andranno perse informazioni su variazioni più rapide non evidenziate dal campionatore per il semplice fatto che lo strumento non è stato messo in grado di rilevarne i valori in momenti intermedi.
Approfondimenti: vedi wikipedia,
Seguono applicazioni con Scratch, Picoboard, S4A ... (altri in preparazione)
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Il PWM (Pulse Width Modulation in inglese) o modulazione dell'ampiezza dell'impulso, consiste nel variare la potenza elettrica in corrente continua agendo sulla durata dell'alimentazione del carico con metodi on/off anche detti a commutazione. Per commutazioni di lunga durata si chiama anche intermittenza.
(Il grafico in figura è ottenuto con l'oscilloscopio dove si vede che la tensione ottenuta con il metodo PWM oscilla fra un valore massimo (alimentazione a piena tensione) e zero.
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Il dimmer è un dispositivo elettrico usato per regolare l'intensità luminosa delle lampadine elettriche. I dimmer elettronici usano di fatto il metodo PWM con due modalità diverse a seconda se devono funzionare in circuiti a corrente continua o a corrente alternata (nota 1).
Normalmente le lampadine vengono accese e spente con l'uso di un interruttore per cui o si ha tutta la luminosità che la lampada è in grado di fornire o nulla: non ci sono posizioni intermedie.
Con interruttori rapidi, più rapidi della capacità dell'occhio umano di seguire le variazioni di luce o del filamento della lampadina di raffreddarsi e diminuire la sua luminosità, si possono avere valori intermedi di luminosità.
Gli interruttori rapidi sono tutti di tipo elettronico e fanno uso di SCR, TRIAC, GTO, Transistor, MOSFET.
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