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B.E.A.M. in PILLOLE

Perchè BEAM in Pillole?

Perchè è soltanto una serie di appunti scritti di corsa e senza pretese di approfondimenti della materia trattata. Perchè non tutti vogliono approfondire dall'inizio la teoria beam, elettronica e matematica (del resto non sono neanche la persona più adatta a fare questo) ma vogliono subito capirne l'essenza, magari sotto forma visuale o pratica.

Anche la forma del testo perciò ricalcherà questo modo di vedere.

Ecco le pillole:


Pillola n.1

Neurone Naturale

Il neurone è una cellula cerebrale specializzata nella ricezione, elaborazione e trasmissione di segnali elettrochimici che, combinata in una complicatissima rete con gli altri neuroni, ci permette di essere e di vivere.

Sostanzialmente la possiamo immaginare come un "soffione", una di quelle piante che si vedono nei prati, formate da una testa sferica vaporosa di semini pelosi bianchi attaccati alla sommità dello stelo verde chiaro che si conficca elegantemente nel terreno del prato.


I semini sono i dendriti, i ricettori dei segnali elettrici che si connettono al soma che è la parte centrale del neurone e lo stelo è l'assone, la parte terminale del neurone dove esce il segnale elaborato nel soma. Il collegamento tra un dendrite ed un assone si chiama sinapsi.

Nel soma i segnali ricevuti dai dendriti vengono sommati tra di loro e, quando questi superano una soglia variabile (e dopo un certo tempo di ritardo), un corrispondente segnale viene propagato tramite l'assone ai dendriti ad esso collegato.






Approfondimenti sui Neuroni (inglese)


Pillola n.2

Neurone Artificiale Digitale (tipo Nu)

Adesso che sappiamo a grandi linee come è fatto un neurone naturale possiamo farne uno che molto lontanamente gli somiglia ma che fa al nostro scopo.

Abbiamo visto che dobbiamo avere degli ingressi, un corpo elaborante ed una uscita. Noi limiteremo l'ingresso a 1 e l'elaborazione interna ad un semplice ritardo di propagazione con soglia di attivazione fissa. Non sfrutteremo cioè gli ingressi multipli e la soglia variabile interna di attivazione, in questo modo ci semplificheremo di molto la vita.

Definiamo il segnale in ingresso come un gradino di tensione con fronte di salita da zero a 5Volt (che sarà la nostra tensione di alimentazione Vcc). Un gradino di tensione è un livello di tensione che passa da un minimo ad un massimo o viceversa in un tempo brevissimo (ad esempio quando si accende la luce con un interruttore). [figura del gradino]

Definiamo una linea di ritardo come un circuito RC con valori tali che se al suo ingresso viene applicato un gradino di tensione avremo in uscita la stessa tensione (o quasi) dopo un certo tempo. Questo è dovuto al fatto che il condensatore C si carica tramite la resistenza R che limitandone la corrente di carica fa si che il tempo di carica aumenti. Immaginate un bicchiere (C) che venga riempito tramite un imbuto (R), per quanto rapidamente l'imbuto venga riempito, in uscita darà sempre una quantità di liquido inferiore e approssimativamente costante. [figura dell' RC con f.d.o. I/O]

Definiamo come corpo cellulare con attivazione a soglia fissa una porta logica NOT con Trigger di Schmitt in modo che questo venga attivato solo quando la tensione superi un certo livello intorno a metà Vcc (2,5Volt).

In questo modo il circuito che otteniamo sarà il seguente:


In realtà non è proprio così. Le soglie di attivazione e disattivazione dei neuroni beam dipendono moltissmo dalla tecnologia con cui sono costruite le porte logiche NOT usate (RTL, DTL, TTL, CMOS, ECL, ecc.) e dalla presenza o meno del circuito a trigger di schmitt interno. La tecnologia preferita è quella CMOS AC o HC (es. 74AC14 o 74HC14).


Pillola n.3

Risposta al gradino (il circuito RC)

Come abbiamo visto nelle pillole precedenti, il neurone ha un certo tempo di propagazione che definisce dopo quanto tempo lo stimolo in ingresso viene propagato verso l'uscita. Ma come viene simulato questo ?

Semplice, con un circuto RC. Il circuito RC sfrutta la capacità di un condensatore di caricarsi in un certo tempo T dato dalla quantità di corrente che riesce a fluire in questo. Più è frande la corrente e più è breve il tempo di carica. Ne consegue che se noi riusciamo a regolare questa corrente di carica, riusciremo anche a controllare il tempo in cui questo avverrà. Perchè ci interessa questo? Lo vedremo più in avanti.

Intanto diciamo che la costante di tempo di carica è data da:

τ = RC

e che la formula che determina l'andamento della tensione ai capi del condensatore in funzione del tempo è:

dove:

Vc = tensione ai capi del condensatore

E = tensione a gradino applicata alla cella RC

e = 2.718281828

t= tempo in secondi (1,2,3, ..., n )

R = resistenza in ohm

C = capacità in farad

Vuol dire che se noi aumentiamo il valore della resistenza diminuiremo la corrente di carica del condensatore e quindi aumenteremo il tempo che questo impiegherà per caricarsi fino ad una certa tensione. Quindi se applichiamo all'ingresso un gradino di tensione istantaneo, avremo all'uscita una tensione che aumenterà esponenzialmente nel tempo fino a raggiungere (tipicamente all'infinito) la tensione applicata all'ingresso.

Non ci spingiamo oltre visto che questo ci basta per la pratica e mostriamo il grafico dell'andamento della carica del condensatore (che nel nostro caso non è lineare). Per vedere dinamicamente l'evolversi di questo fenomeno potete andare sul vecchio sito nella sezione "Newbies" dove c'è una applet java che ve lo fa vedere in tempo reale.




Adesso ci porremo la seconda domanda: come facciamo a sfruttare questo fenomeno per regolare il tempo di propagazione del neurone?

Abbiamo visto (con la nostra applet) che la tensione ai capi del condensatore ci mette un certo tempo a raggiungere una certa tensione di carica e sappiamo che un inverter (NOT logico) cambia il suo stato di uscita quando all'ingresso viene applicata una certa tensione. Se perciò noi mettiamo all'ingresso del NOT un gradino di tensione (1 logico), l'uscita cambierà stato (da 1 a 0) immediatamente, ma se anteponiamo all'ingresso del NOT un circuito RC, allora la tensione all'ingresso del NOT arriverà al suo massimo dopo un certo tempo determinato da RC e quindi l'uscita del NOT cambierà di stato dopo questo tempo. Quindi se noi applichiamo in ingresso un gradino, questo apparirà in uscita proprio dopo quel tempo determinato dalla famigerata rete RC.




Come si può notare dal grafico, Il soma (NOT) cambia stato quando la tensione ai capi di C raggiunge la tensione di "trigger" che in questo caso supponiamo sia metà alimentazione e che il tempo di propagazione è il tempo che intercorre dall'applicazione del gradino a quando questo appare in uscita dal soma.

ATTENZIONE!!! per calcolare questo tempo non basta sapere quanto valgono R e C, ma anche a che tensione corrisponde la Vtrig. Va da se che quanto questa è più alta, tanto più è lungo il tempo di propagazione a parità di valore di RC.

Domanda: si, ma come faccio a determinare quali valori devono avere i componenti per avere un ritardo di 2 secondi, per esempio?

Semplice, usare le formule inverse e, fissando dei valori noti o voluti, calcolare il valore di un componente.

Facciamo un esempio: voglio sapere che valore deve avere la resistenza R del circuito RC sapendo che:

la tensione di alimentazione E è uguale a 5Volt

la tensione di trigger Vc del NOT è di 2.5Volt

il condensatore C che ho e da 2.2uF

il ritardo t ovviamente è 2 secondi.

Applichiamo la seguente formula inversa:

da cui ricaviamo che R = 1.3 Mohm

Naturalmente il valore del condensatore lo provo sperimentalmente con qualche calcolo facendo si che non sia troppo grosso o troppo piccolo. Lo capisco dal fatto che i valori di R e di C sono molto difformi tra di loro. Ad esempio 5uF con 22Kohm (5*10- 6 con 22* 103 ) o viceversa 20nF con 2.2 Mohm (20* 10-9 con 2.2*10-6 ). I valori migliori sono quelli uguali tra loro, per esempio 1 Mohm con 2.2 uF (1*106 con 2.2*10-6). Comunque non sempre è possibile, in alcuni casi bisogna tenere conto delle dimensioni o del peso, e quindi ci adegueremo di conseguenza.


Pillola n.4

Neurone Sensore

Un neurone sensore è un neurone in grado di percepire il mondo esterno. Il mondo esterno è fatto di luci, suoni, oggetti, odori, sapori. Con appositi trasduttori noi possiamo far percepire al nostro neurone i primi quattro stimoli, ai sapori ci penseremo un'altra volta ;-)

Come facciamo a percepire questi stimoli? Semplice, per ogni grandessa fisica utilizzeremo un sensore apposito come da tabella sottostante:

Luce diurna = Fotocellula.

Luce infrarossa = Fotodiodo per infrarosso.

Suoni = Microfono preamplifocato.

Oggetti = Sensore tattile (interruttore, sensore attivo a infrarossi, sensore attivo a ultrasuoni).

Odori = Rivelatore di gas.

Facciamo un esempio con una fotocellula che è la più semplice da gestire in quanto la luce visibile è già presente in natura. Costruiamo un partitore formato dalla fotocellula e da una resistenza calcolata in modo che con la fotocellula al buio vi sia in uscita del partitore meno di 1Volt e con la fotocellula illuminata ci siano quasi 5Volt in uscita al partitore.

Dai datasheet della fotocellula ricaviamo i dati della fotocellula: Al buio la sua resistenza è maggiore di 1 Mohm, mentre alla luce questa è inferiore a 1Kohm.

Mettiamo nel ramo superiore del partitore la fotocellula e nel ramo inferiore una resistenza che abbia un valore almeno 10 volte superiore a quello della fotocellula illuminata e almeno 10 volte inferiore a quello della fotocellula non illuminata.

Scegliamo un valore di 10Kohm che ci darà nel primo caso una tensione in uscita di:

9/10 * Vcc = 4,5Volt

e nel secondo caso:

1/100 * Vcc = 0,05Volt

Applichiamo questo partitore all'ingresso del neurone ed il gioco è fatto.

Se noi applichiamo in uscita del neurone un multimetro o un tester vedremo che in assenza di luce avremo una tensione positiva uguale alla Vcc, mentre in presenza di luce e dopo un certo ritardo dall'applicazione della luce, l'uscita del neurone andrà prossima a 0Volt.


Pillola n.5

Neurone Effettore

Il neurone effettore al contrario del precedente non rileva il mondo esterno, ma interagisce con esso. Può produrre luce, suoni o muovere il corpo in cui si trova.

Esso è formato da un neurone artificiale con in uscita un led o una lampadina, oppure un generatore di suoni o più propriamente un motore collegato eventualmente a degli arti oppure a delle ruote. Nel caso non potesse produrre sufficiente energia per pilotare un motore allora gli si applicherà in uscita un circuito amplificatore adatto (transistor, mosfet, relè o H-Bridge). Vedremo in una delle prossime "pillole" cosa sono e/o come si usano.

Quando attivato da un gradino di tensione, farà muovere il motore.








Pillola n.6

Neurone Sensore -> Neurone Effettore

Abbiamo visto nelle PILLOLE precedenti come sono fatti i neuroni sensori ed i neuroni effettori. Nulla toglie che possiamo usare sensori di qualsiasi tipo purchè la loro uscita sia compatibile con l'ingresso del neurone. Ricordate di non mischiare tra loro componenti incompatibili.

Abbiniamo ora un neurone sensore ad un neurone effettore. Seguiamo lo schema proposto:




Vediamo che abbiamo un sensore ad infrarosso collegato ad un neurone che a sua volta è collegato ad un altro neurone (-) e qundi ad un motore. Il collegaento tra i due neuroni si chiama sinapsi ed in questo semplice caso è soltanto un filo.

Cosa succede?

Supponiamo che la fotocellula sia al buio ed il circuito già alimentato (poi vedremo perchè). All'ingresso A del neurone sensore avremo una tensione data dal partitore 100/1 (1.000.000ohm/10.000ohm) prossima allo zero. All'ingresso del soma avremo quindi sempre 0volt e di conseguenza all'uscita un segnale invertito rispetto l'ingresso che in questo caso è uguale a Vcc (5volt). Ne consegue che la sinapsi porterà questa tensione all'ingresso B del neurone effettore e, dopo un tempo T2 dato dalla costante di tempo R2*C2, all'ingresso del soma del secondo neurone. Poiché anche questo soma è invertente, avremo in uscita una tensione pari a 0volt e quindi il motore fermo.

Adesso illuminiamo la fotocellula con una forte luce: all'ingresso A del neurone sensore avremo una tensione data dal partitore (1.000ohm/10.000ohm) che sarà pari quasi a Vcc (5volt). Dopo un tempo T1 dato dalla costante R1*C1 all'ingresso del soma avremo la Vcc e di conseguenza all'uscita ci sarà 0volt. Dopo un tempo T2 arriverà 0volt anche all'ingresso del secondo soma e la sua uscità sarà Vcc. Il motore verrà attivato e inizierà a girare.

Se noi montiamo questo circuito su un modellino a ruote vedremo che esso andrà dritto verso la luce e si fermerà quando questa verrà a mancare. Ovviamente non avendo organi di direzione non potrà seguire la luce. Ma questo lo vedremo in una prossima PILLOLA.

Un piccolo consiglio: se volete vedere come si propaga il segnale nella catena di neuroni potete aggiungere qualche diodo led in questo modo:

LED1 - staccare la resistenza da 10K da massa e inserire il diodo led tra il capo della resistenza da 10K e la massa. A massa ci va il catodo del diodo led. Se il led non dovesse accendersi sostituire la resistenza da 10K con una da 2.2K.

LED2 - inserire tra la Vcc ed il punto B del circuito una serie composta da una resistenza da 2.2K ed un diodo led. L'anodo del diodo led va alla Vcc.


Pillola n.7

Neurone Sensore -> Neurone Effettore
(doppia risposta)

Il modello precedentemente descritto se vogliamo è un po' stupido, perchè può soltanto avvicinarsi alla fonte di luce ed andare a cozzare contro di essa, un po' come fanno i moscerini che girando intorno alla lampadina finiscono poi per sbatterci contro e poi morire bruciati.

Vediamo ora di inventare qualcosa di più complesso, usando qualche neurone in più.

Vogliamo fare un insettino che abbia tre funzioni:

1. Sta fermo di notte quando è buio.

2. Cammina di giorno perchè c'è luce.

3. Scappa dalla luce se questa è molto forte.

Noi abbiamo a disposizione un economico trasformatore di energia che è la fotoresistenza. Questa trasforma l'energia luminosa in resistenza in modo più o meno proporzionale. Significa che a seconda della quantità di luce ad essa applicata, avremo un valore resistivo corrispondente. Una serie infinita di valori.

In realtà a noi servono soltanto 3 livelli discreti di tensione da poter trasformare in comandi. Per far questo useremo le proprietà del partitore di tensione e degli inverter (NOT) in tecnologia CMOS. Prenderemo in considerazione quelli che hanno la soglia di scatto a metà della tensione di alimentazione a loro applicata. Per esempio, se noi li alimentiamo a 5 volt, tutte le tensioni in ingresso inferiori a 2,5Volt saranno viste come "0" logico, mente tutte le tensioni superiori a 2,5Volt saranno viste come "1" logico. Sappiamo inoltre che una fotoresistenza assume dei valori resistivi che vanno da 900 ohm in luce piena fino a 1 Mohm al buio.

Inoltre, poiché gli inverter "invertono" il segnale applicato, noi per "raddrizzarlo" utilizzeremo un partitore resistivo "invertito". Questa doppia negazione ci riporterà il segnale "dritto" in logica normale (non negata).

Ecco lo schema simulando il buio, con valore di R1 uguale (o superiore) a 20 Kohm.




Si può vedere il partitore di tensione "doppio", in questo modo si utilizza una sola fotoresistenza e due resistenze fisse. Ciò non toglie che si possono utilizzare disposizioni diverse per utilizzare dei trimmer ed avere una regolazione "personalizzata" dei livelli di scatto. Vediamo inoltre che sono invertite la Vcc e la Massa ai capi del partitore.

Con questi valori abbiamo un valore superiore alla soglia di scatto di U1 (2,5Volt) quindi in uscita avremo il valore negato e cioè "0" logico. Questo significa che non viene detectata luce (+luce = 0) e non è attivo il tropismo negativo (trop-neg = 0). Il robot quindi non riceverà segnali di movimento e resterà fermo nella sua ultima posizione.

Vediamo ora nella figura seguente cosa succede con una luce debole e quindi con valore di R1=10Kohm, inferiore a quello precedente.




In questo caso (ed anche nel prossimo dove R1 assumerà un valore di 5000 ohm) in ingresso a U1A avremo ancora un livello di tensione superiore a 2,5Volt e quindi non avremo il segnale di tropismo-negativo. In ingresso a U1B invece la tensione è scesa sotto il livello di scatto e quindi in uscita allo stesso avremo un livello logico "1". Il segnale +luce sarà "alto" e quindi il robot riceverà il comando "muoviti".

Vediamo nella figura seguente le variazioni di tensione anche con R1=5Kohm.




Eccoci arrivati ora al momento in cui il robot muovendosi incontra una luce molto forte (e quindi non di suo gradimento).

Ricordo che per facilità di sperimentazione stiamo usando delle fotoresistenze, ma nel caso reale questo è una buona idea da applicare ad un sensore di temperatura. Il robot in questo modo si allontanerà dai luoghi in cui la alta temperatura potrebbe danneggiarlo.

Riprendiamo il discorso: vediamo ora che all'ingresso di U1B la tensione è arrivata a livelli insignificanti e che all'ingresso di U1A la tensione è appena scesa sotto il livello di scatto. Questo porterà l'uscita di U1A a livello logico "1" e quindi attiverà il circuito per il tropismo negativo e cioè il circuito che lo farà deviare dal suo percorso verso la luce o lo farà allontanare definitivamente da essa. Questo dipenderà dalla logica che avrete implementato.




Passiamo allora subito ad un esempio pratico. Bisogna sottolineare però una cosa: un neurone di questo tipo può sopportare una corrente di uscita di qualche decina di milliampere e quindi per realizzare lo schema così come è bisognerà procuraersi dei motorini a bassissimo assorbimento che non sempre sono demoltiplicati oppure inserire tra neurone e motore un ponte ad "H". Questo per i più esperti. La forma più elegante comenque è l'uso di due pager motor (che non sono demoltiplicati) disposti con angolazione di 60° tra di loro. Questa è la disposizione classica dei "photovore".

Ecco lo schema:



In questo schema abbiamo ripristinato i circuiti RC perchè nel caso reale ci servono. Ci sono due motori, M1 e M2. Entrambi sono fermi in assenza di luce o entrambi si muovono in presenza di luce poiché sono tuti e due collegati allo stesso neurone U1B. Il motore M1 prende la massa da U1D che essendo collegato a +Vcc ha l'uscita a 0Volt, mentre M2 prende la massa dall'uscita di U1A. Quando il neurone U1A verrà attivato, la sua uscita andrà a livello logico UNO ed il motore M2 si fermerà permettendo a M1 di far ruotare il robot per un tempo determinato dalla costante di tempo di R4C1. Dopo questo tempo, se su R1 non ci sarà più luce forte, il motore M2 riprenderà a ruotare ed il robot a camminare dritto.

Lo schema è quello precedente ma notiamo alcune particolarità in più:

1) I due neuroni sensori hanno un circuito RC con costanti di tempo con rapporto 1:10. Questo perchè uno di loro U1A) fa anche da timer per la rotazione.

2) U1D poteva essere omesso collegando il capo di M1 a massa, ma in questo caso l'alimentazione dei motori non sarebbe stata simmetrica. M2 infatti passa sempre per 2 neuroni.

3) E' stato aggiunto il pulsante S1 in parallelo al sensore ottico R1. Questo in realtà è un sensore tattile costituito da una asticella lunga circa 20cm posto di fronte al robot (come se fosse l'antenna di un insetto) e che gli serve per cambiare direzione agni qual volta incontra un ostacolo lungo la sua traiettoria.

Riassumiamo quindi in poche parole il comportamento del robot.

Quando è buio sta fermo.

Appena ci sarà luce sufficiente inizierà a camminare seguendo una traiettoria lineare fino a che non incontrerà un ostacolo. A questo punto il sensore tattile "baffo" individuerà l'ostacolo e farà deviare il robot che continuerà poi di nuovo nel suo moto rettilineo.

Se durante il percorso trova una luce molto forte, allora il robot devierà dalla sua traiettoria per evitarla.

La sua "vita" si svolgerà quindi in un continuo andirivieni all'interno del suo habitat evitando ostacoli e luci abbaglianti.


Pillola n.8

Solar Engine - Un motore solare che accumula energia

La filosofia beam, che sta per biology electronic ahestetic mechanic, incoraggia l'imitazione della vita animale. Questo significa che deve sapersi muovere in un ambiente naturale, ma deve anche sapersi nutrire con ciò che l'ambiente naturale gli offre.

Certo, è assai improbabile che un robot possa nutrirsi di insalata o andare a caccia di roditori, ma certamente può trarre energia da ciò che permette anche a noi umani di vivere: il sole.

Ecco perciò che l'elettronica viene in nostro aiuto con le celle fotovoltaiche.

Le celle fotovoltaiche sono piastrine di silicio amorfo che hanno la particolarità di produrre una differenza di potenziale se esposte ad una luce. Ci sono celle che producono corrente dalla luce naturale e celle che producono corrente dalla luce artificiale. A noi interessano le prime.

Una cella fotovoltaica non ha un rendimento molto alto, questo significa che producono poca corrente per cmq. Non possiamo cioè mettere su di un piccolo robot una cella quattro volte più grande di lui per poter avere una corrente sufficiente ad alimentarlo in modo continuo. Senza contare che la corrente erogata dalla cella fotovoltaica è direttamente proporzionale alla luce incidente. Significa che avendo una luce solare molto forte posso produrre parecchie decine di milliampere, ma basta una nube davanti al sole per scendere ad una produzione di qualche decina di milliampere.

Qualcuno allora ha pensato: perchè non accumulare corrente piano piano e poi scaricarla con sufficiente potenza per alimentare il circuito? Ecco così che nasce il solar-engine, un circuito che carica un condensatore pian piano con i pochi milliampere prodotti dalle celle solari per poi scaricarli tutti insieme per alimentare il circuito per alcune decine di secondi e poi ripartire di nuovo alla ricarica del condensatore.

Questo processo di carica/scarica cambia frequenza in funzione della luce disponibile. Se la luce è tanta il condensatore di accumulo si caricherà e scaricherà molto velocemente dando una energia praticamente continua. Man mano che la luce diventa debole questo processo rallenterà dando energia a tratti ma permettendo al robot di sopravvivere per tempi discreti, più lentamente ma sempre.

Di questi solar-engine ne sono stati sviluppati diverse versioni che variano per tipo di componenti ed efficienza. Noi analizzeremo soltanto il capostipite (su internet poi potrete trovare tutti gli altri con i rispettivi nomi degli ideatori).

Ecco lo schema:



Vediamo in breve come funziona, premettendo che:

1) V1 indicato come una batteria è la cella solare.

2) C1 avrà un valore proporzionale alla corrente ed al tempo di scarica. Più grande è e piu energia potremo immagazzinare. Un valore classico per basse correnti è 4700uF ma si può arrivare tranquillamente ad 1 Farad. Occorre però usare condensatori a bassa perdita altrimenti non si caricheranno mai perchè la bassa corrente della cella fotovoltaica sarà dispersa dalla resistenza parassita del condensatore.

3) Il motore M1 è il carico di prova, serve per vedere il funzionamento del Solar Engine. Se vogliamo alimentare un altro circuito dovremo non prendere in considerazione il segno di massa indicato nello schema elettrico e collegare il positivo del circuito da alimentare sul positivo di C1 ed il negativo del circuito da alimentare sul collettore di Q2.

4) Il diodo zener D1 determina a che tensione verrà scaricato il condensatore C1, quindi avra una tensione di soglia che sarà conseguenza di questo. Se per esempio vorremo una tensione max. di uscita di 5Volt allora metteremo uno zener da 4,7Volt.

Mettiamo come condizione iniziale che Q1 e Q2 sono interdetti, che C1 è completamente scarico e che la cella fotovoltaica non è illuminata e che quindi non eroga corrente. Applichiamo la luce alla cella fotovoltaica: questa erogherà una corrente limitata (ad esempio 20mA). Il condensatore inizierà lentamente a caricarsi aumentando la sua tensione a 0,5 poi 1 poi 1,8 volt e così via. Q1 è polarizzato da dal diodo zener D1 che però non è in condizione perchè la tensione ai suoi capi (che è quella di C1 meno la caduta della giunzione Q1be) non ha ancora raggiunto il "ginocchio" a 4,7Volt. Q2 essendo polarizzato da Q1 (interdetto) è anche lui in interdizione e quindi su M1 non fluisce alcuna tensione.

Il tempo passa e C1 è arrivato a 4,8 poi a 5,1 poi a 5,2 e finalmente a 5,3 volt. Vz+Vbe di Q1 sono esattamente 4,7+0,6=5,3 volt.

Adesso lo zener scatta e fa fluire la corrente in base a Q1. Questo va in conduzione e manda in conduzione anche Q2 facendo scorrere corrente nel motore che adesso gira.

Attenzione!!! il condensatore C1 è sceso sotto i 5,3 volt ma Q1 e Q2 restano ancora in conduzione, perchè? E' vero che D1 non conduce più, ma è vero anche che adesso la base di Q1 è polarizzata attraverso la giunzione ce di Q2 e R1 e quindi fintanto che il condensatore C1 non scenderà sotto Q2vce+R1*Q1ib il transistor Q1 condurrà ed insieme a lui anche Q2.

Solo a questo punto tutti e due i transistor ritorneranno in interdizione per iniziare di nuovo il ciclo descritto.

Vediamo qui sotto alcune forme d'onda ricavate dal circuito:



fig.1: tensione di carica ai capi di C1



fig.2: tensione sul collettore di Q2 (in questo caso lo zener è da 8volt)



fig.3: corrente in base a Q1 (appena la Vbe arriva a 8,3 volt questo va in conduzione)



fig.4: Corrente in base a Q2



fig.5: Corrente attraverso Q2 (notare la conduzione improvvisa)


Pillola n.9

Doppio Neurone Sensore -> Doppio Neurone Effettore

In arrivo al più presto ...



Pillola n.10

Monocore - Un generatore di stimoli (impulsi)

Eccoci nel cuore del beam tradizionale, quello cioè dominato dai circuiti oscillanti. Sì, perchè il cuore di un classico robot beam è fatto da un oscillatore, più precisamente da un microcore.

Noi invece lo saltiamo a piè pari (anche se verrà dopo) per rivisitare un circuito nato dopo, il "Monocore".

Si chiama monocore perchè è formato da un solo neurone (il microcore ne ha 4 ed il bicore ne ha 2) collegato in un modo veramente classico, almeno per chi ha studiato elettronica. L'uscita sfasata di 180° viene riportata in ingresso tramite il circuito RC che ne determina la frequenza di oscillazione. Cambiando i valori di R1 e/o C1 possiamo variarne la frequenza di oscillazione, anche in maniera più fine sostituendo R1 con un trimmer.

In uscita avremo una onda rettangolare abbastanza simmetrica che ci potrà servire per i futuri circuiti dei robot, anche se da se è già sufficiente (con l'ausilio di un'altro inverter in serie) per costruire un walker ad 1 motore.



Possiamo vedere in giallo la tensione all'ingresso di U1A ed in verde l'onda rettangolare presente in uscita allo stesso inverter. Le forme d'onda partono al momento t0 in cui viene data alimentazione. Lo pseudocomponente CMD1 in realtà non esiste: è una condizione necessaria al simulatore per farlo funzionare correttamente, gli dice infatti che C1 parte scarico all'accensione.


Pillola n.11

Una colonna spinale

In arrivo ...


Pillola n.12

Bicore – Una colonna spinale a 2 neuroni chiusa su se stessa

In arrivo ...


Pillola n.13

Microcore – Una colonna spinale a 4 neuroni chiusa su se stessa

In arrivo ...






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