Informatica 5 Liceo Scientifico Scienze Applicate/Un po' di elettronica: differenze tra le versioni

Nella pagina [[Informatica 5 Liceo Scientifico Scienze Applicate/Sistemi a microprocessore]] abbiamo parlato di Relè, motori passo-passo e servomotori. Ma vediamo nel dettaglio in cosa essi consistono.

I '''Relè''' sono particolari dispositivi elettrici il cui stato (aperto o chiuso) dipende dall'eccitamento di un elettromagnete. Sono perciò costituiti da un contatto mobile, da un elettromagnete (responsabile del movimento del contatto mobile), e uno o più contatti fissi. Il relè funziona come un vero e proprio interruttore meccanico, che lascia passare corrente in conseguenza all'applicazione di un segnale digitale 1/0 ai suoi capi (1=eccitato; 0=a riposo).

I microprocessori o i microcontroller hanno solitamente una corrente in uscita di poche decine di mA, quindi non possono alimentare carichi ad elevata potenza. Un relè collegato ad un μP/μC, risolverà perciò il problema.

I relè hanno però delle limitazioni, dovute al fatto che non sono totalmente elettrici, ma hanno anche una parte meccanica. Quindi dall'istante in cui essi vengono alimentati all'istante in cui i due contatti si toccano, trascorre un tempo (seppur molto breve) che non permette il loro utilizzo in campi dove devono essere commutati velocemente, come per il funzionamento di un motore passo passo. In questo caso vengono utilizzati dei particolari dispositivi semiconduttori, i Transistor.

I '''Transistor''' sono dei componenti elettrici costituiti internamente da un materiale semiconduttore, solitamente silicio, germanio o gallio drogati (=con l'aggiunta di atomi di altri elementi, che ne modificano le proprietà elettroniche). Essi sono collegati al circuito tramite tre terminali ('''base, collettore ed emettitore''') e grazie all'applicazione di una corrente molto bassa alla base, permettono il passaggio di correnti molto più elevate tra il collettore e l'emettitore.

Possono essere utilizzati per ''amplificare un segnale'', oppure come '''interruttori''', fungendo da ottima alternativa per i relè.

[[File:Transbauformen.jpg|thumb|left|250px|Vari tipi di Transistor]]

Le differenze tra relè e transistor sono:

* Come già detto, i tempi di commutazione;

* Troppi relè uno vicino all'altro creano interferenze elettromagnetiche, influenzandosi a vicenda;

* I relè fungono solamente da interruttore '''ON/OFF''', i transistor accettano anche gli stati intermedi;

* I relè sono più robusti dei transistor;

* I relè possono essere alimentati sia a corrente continua che alternata e possono sopportare carichi '''AC/DC''', i transistor solo '''DC'''.

 

[[File:StepperMotor.gif|thumb|left|Funzionamento di un motore passo passo]]

Il '''Motore passo passo''', chiamato anche '''Step o Stepper''', è un particolare tipo di motore elettrico a corrente continua la cui rotazione completa è suddivisa in tanti piccoli passi. A differenza dei comuni motori a corrente continua, se un motore passo passo viene alimentato, rimarrà semplicemente fermo. Il movimento, invece, è costituito dall'attivazione e disattivazione sequenziale degli avvolgimenti che lo costituiscono. La velocità, quindi, non varierà a seconda della tensione ai suoi capi (come nei motori DC), ma dalla frequenza alla quale gli avvolgimenti sono alimentati in sequenza.

 

Ma vediamo da cosa è costituito un motore stepper:

* Un motore passo passo è costituito da un '''rotore''', che è una sorta di ruota dentata magnetica libera di ruotare sul proprio asse. I denti del rotore sono chiamati '''"fossette"''', e possono variare a seconda del modello del motore.

* Esternamente al rotore, vi è lo '''statore''', una struttura fissa costituita da avvolgimenti di rame avvolti su una struttura ferromagnetica per formare le '''"espansioni polari"''', le quali sono costituite a loro volta da piccoli denti che si affacciano in corrispondenza delle fossette.

Una versione avanzata dei motori passo passo, detti in questo caso '''''motori ibridi''''', possiede, come rotore, non una bensì una coppia di ruote dentate, con i denti non allineati ma '''sfalsati''' di 1/2 dente. Questo permette una maggiore precisione nella rotazione del motore.

 

[[File:Servo Breakdown.jpg|350px|right|thumb|Struttura interna Servomotore]]

[[File:Struttura Servo.jpg|thumb|left|Servomotore]]

* Gli Stepper, non avendo un feedback diretto, necessitano di un controller che stabilisca la posizione iniziale e finale al primo loro avvio per stabilisca la rotazione compiuta ad ogni impulso. Lo si può osservare, per esempio, nelle testine di stampa di una stampante, che durante l'accensione raggiungono il punto di arrivo ed eseguono questo calcolo. I servomotori, tuttavia, conoscono in tempo reale la loro posizione;

* Sotto un carico pesante, è possibile che i motori passo-passo saltino degli step. Si avrà perciò un posizionamento scorretto del carico da controllare. Per risolvere il problema sono necessari motori Stepper più potenti, che sono anche più costosi. I servomotori, però, non hanno questo problema, grazie al feedback.