Pianola

Circuiti di condizionamento
dei sensori piezoelettrici a ultrasuoni

 

Circuito di trasmissione

Nello schema del circuito di trasmissione l'ingresso è fornito dal PIC, che genera un'onda quadra a frequenza che commuta tra 38,2 kHz e 41,5 kHz, con ampiezza picco-picco pari a 5 V (da 0 a 5).

Per alimentare l'emettitore piezoelettrico è però necessaria un'onda quadra simmetrica rispetto a massa, di ampiezza picco-picco pari almeno a 15 V, ma non superiore a 20 V.

Perciò, prima di fornire l'uscita del PIC all'integrato HEF 4049B, abbiamo inserito uno stadio di amplificazione costituito da un transistor BJT NPN in configurazione a emettitore comune, alimentato a 8 V, in modo da aumentare l'ampiezza del segnale.

L'uscita dello stadio di amplificazione è quindi negata, poiché lo stadio è invertente (il guadagno di tensione è negativo), e inviata all'integrato HEF 4049B, che fornisce la giusta tensione ai capi del trasmettitore a ultrasuoni, secondo lo schema suggerito dall'Application Manual Murata (pag. 9, Applications, Transmitting and Receiving Circuits).

Circuito di ricezione

Nello schema del circuito di ricezione troviamo in ingresso il ricevitore a ultrasuoni, messo in parallelo a una resistenza; il tutto è in serie a una capacità e il segnale viene fornito a un amplificatore operazionale. Fin qui abbiamo seguito i suggerimenti contenuti nell'Application Manual Murata (pag. 9, Applications, Transmitting and Receiving Circuits), poi abbiamo aggiunto stadi di elaborazione necessari per i nostri scopi e per il collegamento al DSP.

A valle di un doppio stadio di amplificazione, necessario a causa della piccola ampiezza del segnale sinusoidale ricevuto, c'è uno stadio di clipping simmetrico con due diodi per limitare a un valore preciso (pari a circa la soglia del diodo) l'escursione del segnale rispetto a massa, in modo tale che sia all'incirca la stessa negli stadi seguenti indipendentemente dalla distanza tra trasmettitore e ricevitore, e dunque dall'ampiezza del segnale ricevuto inizialmente.

Seguono un buffer e un ulteriore stadio di amplificazione. Sino a questo punto il segnale è simmetrico rispetto a massa, mentre il DSP deve avere in ingresso onde quadre il più possibile regolari con valori 0-5 V.

È dunque necessario anzitutto un raddrizzatore di precisione, realizzato con un amplificatore operazionale e un diodo, che consente di portare a tensione nulla le semionde negative. Per tutti gli amplificatori si è utilizzato l'integrato TL084.

Subito dopo questo stadio, l'ampiezza massima del segnale è di circa 4 V. Utilizziamo un trigger di Schmitt per ottenere un'onda quadra precisa, con valore minimo 0 V e valore massimo 5 V, da poter fornire direttamente al DSP. Poiché l'integrato HEF 40106B, che abbiamo utilizzato come trigger di Schmitt, è invertente, forniamo l'uscita del primo stadio di trigger di Schmitt in ingresso a un secondo stadio, in modo da avere il segnale non invertito e perfettamente squadrato da dare in ingresso al DSP.

 

Tra le alimentazioni di tutti gli integrati utilizzati nel circuito di trasmissione e in quello di ricezione sono stati inseriti dei condensatori di bypass, per stabilizzare le tensioni di alimentazione ed eliminare tutti gli eventuali disturbi ad alta frequenza.