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Topic
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Ciao a tutti,
la frase ” ed il ponte di Wheatstone” dovrebbe stare sotto alla Figura 1, mentre “Questo ponte prevede….” dovrebbe apparire sotto alla Figura 2, ma se provate a compilare vi accorgerete che viene fuori una schifezza.
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%opening
\title{I trasduttori}
\author{}
\date{}
\begin{document}\maketitle
\section{Introduzione}
È importante conoscere i parametri principali dei trasduttori poiché vi sono molti modelli degli stessi tra cui scegliere quello adatto alle proprie esigenze. Inoltre si rende fondamentale poter disporre del datasheet per adoperare correttamente i componenti. I trasduttori si dividono in \emph{passivi} e \emph{attivi}, rispettivamente, se necessitano di una sorgente esterna di alimentazione o se si alimentano grazie al fenomeno fisico che rilevano.
I parametri possono essere \emph{statici} o \emph{dinamici}. I parametri statici sono così definiti perché non dipendono dal tempo e rimangono sempre costanti. Tra quelli \emph{statici} si annoverano i seguenti:
\begin{itemize}
\item Grandezza fisico-ambientale rilevabile
\item Range di ingresso: valori minimi e massimi in ingresso
\item Grandezza elettrica in uscita: di solito tensione o corrente
\item Linearità: indica se c'è proporzionalità per tutto il range di ingresso o se solo in alcuni tratti
\item Sensibilità: rapporto tra variazione del segnale in uscita e la variazione del segnale in ingresso. Per un trasduttore lineare la sensibilità è costante.
\item Risoluzione: è la minima variazione che si può avere in ingresso.
\item Offset: è il valore del segnale di uscita in corrispondenza di segnale nullo in ingresso. Si vuole che per un segnale in ingresso nullo il segnale di uscita sia nullo.
\end{itemize}
Tra quelli \emph{dinamici} invece si ha la \emph{velocità di risposta}, ossia la velocità di adeguamento del segnale di uscita in funzione della variazione del segnale di ingresso. È un parametro significativo se le grandezze fisico-ambientali da rilevare variano velocemente nel tempo. Le misure si dicono \emph{dirette} se fanno riferimento direttamente alla grandezza fisico-ambientale di interesse (es. temperatura, luminosità etc), \emph{indirette} se si riferiscono a grandezze derivate come la pressione, la quale è il rapporto tra la forza e la superficie di applicazione.
\section{Trasduttori fotoelettrici}
I trasduttori appartenenti a questa categoria convertono una radiazione luminosa nel corrispondente segnale elettrico. Per la loro realizzazione vengono usati materiali a semiconduttore in grado di fornire una risposta in funzione della luce e, per estensione, anche ad alcune radiazioni non visibili come l'infrarosso.
\subsection{Fotoresistori}
Sono resistori realizzati con materiale semiconduttore sensibile alla luce incidente, infatti in assenza di luce offrono una resistenza che si attesta sull'ordine dei \si{\mega\ohm}, mentre in piena luce offrono una resistenza bassa, di solito di pochi ohm. Lavorano nello spettro della luce visibile con lunghezza d'onda pari a \num{0.4}-\num{0.7}\si{\micro\meter}. Vengono impiegati come interruttori crepuscolari per rilevare la luminosità dell'ambiente, dunque in un sistema di controllo per azionare o non azionare una o più lampade in condizioni di scarsa luminosità ambientale. Hanno come tempo di risposta tipico i \si{\milli\second} e sono dispositivi economici. Due sono i circuiti in cui viene adoperato: il partitore di tensione (detto metodo potenziometrico) rappresentato qui seguito:
\begin{figure}[ht]
\begin{center}
\begin{circuitikz}
\draw(0,4) to[short](2,4);
\draw(2,4) to[R=$R_1$](2,2);
\draw(2,2) to[short,l=$V_o$,-o](4,2);
\draw(2,2) to[photoresistor=$R_2$](2,0);
\draw(0,0) to[short](2,0);
\draw(0,0) to[V=$E$,european voltages](0,4);
\end{circuitikz}
\end{center}
\caption{Partitore di tensione con fotoresistore.}
\end{figure}
ed il ponte di Wheatstone:
\begin{figure}[ht]
\begin{center}
\begin{circuitikz}
\draw(0,0) to[V=$E$](0,4);
\draw(0,4) to[short](2,4);
\draw(2,4) to[R=$R_1$](2,2);
\draw(2,2) to[photoresistor=$R_2$](2,0);
\draw(2,4) to[short](4,4);
\draw(4,4) to[potentiometer=$R_3$](4,2);
\draw(4,2) to[R=$R_4$](4,0);
\draw(4,0) to[short](0,0);
\end{circuitikz}
\caption{Ponte di Wheatstone con fotoresistore.}
\end{center}
\end{figure}
Questo ponte prevede altre 3 resistenze di cui una variabile e due di valore uguale. Si dice che il ponte è bilanciato quando il prodotto delle resistenze è uguale, ossia quando si ha che
\begin{equation}
R_1 R_3 = R_4 R_2
\end{equation}
%Rf*R = Rv*R
\subsection{Il fotodiodo}
\begin{figure}[ht]
\begin{center}
\begin{circuitikz}
\draw(0,0) to[photodiode](2,0);
\end{circuitikz}
\caption{Simbolo standard di un fotodiodo.}
\end{center}
\end{figure}
Si tratta di un diodo con contenitore trasparente che la luce attraversa colpendo così la giunzione PN. Viene usato in polarizzazione inversa. Se la luce colpisce il diodo rompendo dei legami, il diodo consente il passaggio di corrente inversa, diveramente si comporta come un normale diodo. In piena luce è un cortocircuito, al buio un circuito aperto. Esistono fotodiodi sensibili alla luce visibile e all'infrarosso. Ha un'elevata velocità di risposta (ordine dei \si{\micro\second}) e viene usato in fotometri, telecomandi e fotocellule.
\subsection{Fotocellula}
Consiste in una coppia formata da un trasmettitore ed un ricevitore. Il trasmettitore consiste in un LED a raggi infrarossi, con $\lambda > 0.7\si{\micro\meter}$. Il ricevitore invece viene realizzato con un fotodiodo. Ci sono 3 tipi di fotocellula:
\begin{itemize}
\item A due blocchi con trasmettitore e ricevitore separati.
\item A blocco singolo con trasmettitore e ricevitore sullo stesso blocco con specchio riflettente.
\item A blocco singolo con trasmettitore e ricevitore sullo stesso blocco con oggetto in movimento.
\end{itemize}\begin{figure}[ht]
\begin{center}
\begin{circuitikz}
% Trasmettitore
\draw(0,0) to[short,o-](2,0);
\draw(2,2) to[led](2,0);
\draw(2,2) to[R=$R_1$](2,4);
\draw(2,4) to[short, -o](0,4);
% Ricevitore
\draw(4,0) to[empty photodiode](4,2);
\draw(4,2) to[R=$R_2$](4,4);
\draw(4,4) to[short, -o](6,4);
\draw(4,0) to[short, -o](6,0);
\end{circuitikz}
\caption{Schema elettrico di base di una fotocellula.}
\end{center}
\end{figure}
\end{document}
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