PIN-AMP
Sensore delle variazioni di luminanza
Ascoltare la luce
Il sensore è un diodo PIN al silicio BPW34.
Se polarizzato inversamente, conduce una corrente proporzionale alla potenza luminosa incidente.
(sensibilità S=0.62 A/W)
L'intero sistema converte la variazione di luce in segnale elettrico.
L'uscita è adatta al collegamento di cuffie o altri dispositivi con maggiore impedenza (32 Ohm o più).
Alimentazione
Il consumo a riposo è di circa 2mA.
Alimentato da una singola cella lipo da 320mAh, si stima una durata di 100 ore (il caricatore non è stato ancora incluso).
L'apparecchio è stato costruito senza board, saldando le parti in una custodia metallica di caramelle alla liquirizia. Quest'ultima, è molto efficiente a schermare il circuito da disturbi elettromagnetici esterni.
Funzionamento e scelta delle parti.
Il primo stadio a emettitore comune, con il transistor PNP Q1, polarizza inversamente il diodo PIN sensore e ne amplifica la debole corrente che questo lascia scorrere se illuminato.
Al buio totale, però, il sensore ha già una corrente inversa di circa 1nA (dark current).
Se questo stadio amplifica 300 volte l'intensità di corrente, su R1 si formano circa 300mV.
Così ragionando, dunque, una corrente pari a solo 10 volte quella di buio saturerebbe già lo stadio d'input, essendo il tutto alimentato a circa 3V. Ma in pratica pare funzionare bene.
Il diodo LED in parallelo alla resistenza d'uscita R1 (aggiunto in seguito e in fase di test), funge da convertitore logaritmico / auto gain / permettendo il funzionamento anche con luci maggiori.
Il BC558B è stato scelto poiché noto per il suo basso rumore (senza però accurate considerazioni sulle figure di rumore a correnti così basse).
Lo stadio successivo è accoppiato al precedente in AC tramite il condensatore C1: dunque solo la variazione di luce diventa segnale da amplificare.
Questo stadio, assomiglia a un emettitore comune ma la coppia NPN-PNP forma un Darlington. La resistenza fra base e collettore del primo transistor, lo polarizza timidamente in zona attiva. L'intero stadio ha impedenza d'input molto grande, per non caricare troppo il precedente, preservando così il guadagno di tensione.
Il 2N3904 e il BC327 sono stati scelti per caso, qualunque altra coppia NPN PNP potrebbe funzionare.
La tensione di offset in uscita, sulla resistenza da 8,2kOhm si assesta intorno a 1V polarizzando così anche l'operazionale che segue.
L'ultimo stadio, insegutore di tensione, ha guadagno 1.
L'amplificatore è un OpAmp LM358, scelto perché può essere alimentato con tensione minima di 3V.
La funzione dello stadio è adattare l'uscita alle svariate impedenze che l'utilizzatore potrebbe collegare, incluso eventualmente un paio di cuffie.
Volendo replicare il circuito, cambiando eventualmente transistor, si presti attenzione a questo:
Il guadagno hfe di tutti i transistor usati concretamente misura circa 300 con un multimetro.
Il circuito è stato progettato per funzionare con luminosità molto basse, di notte, con luce artificiale, in città. Non è sensibile alla luce delle stelle, ma risponde se puntato alla luce della luna, anche senza lenti.
Il valore delle componenti è stato stabilito sperimentando per prova ed errore.
R1: 1M - minore il valore -> più grande è la luce MASSIMA -> minore il guadagno alle variazioni di luce.
R2: 10M - dev'essere grande - provare.
R3: 8.2K - 56k - più grande il valore -> maggiore il guadagno AUDIO
R2, R3: -> portare l'input V+ dell'operazionale a circa Vcc/2 (meglio verso 0V che verso Vcc, per es. 1V )
C1: 10n - passa alto, minore il valore maggiore la frequenza di taglio.
C2: 100u - lo stesso ma in uscita - grande per cuffie a bassa impedenza.
Vcc: 4.2V <> 3.0V - cambiando alimentazione andranno riconsiderati tutti i valori di resistenze.
R4: 1k - protezione.
R5,C3: 56k + 4,7u - filtro alimentazione. Potrebbe eliminarsi poiché la batteria non ha rumore, ma pare aiutare la stabilità.
Led: Rosso ~2V
Il tutto è stato costruito attorno a:
-Portabilità, basso consumo.
-Poter funzionare con cuffie.
-Alimentazione con singola cella Li-po.
-Bassa luminosità.
-Alta sensibilità.
-Poche componenti.
-Trascurata la linearità.
-Poca attenzione al rumore aggiunto.