Principio di funzionamento

Il principio basilare sfruttato per realizzare il circuito è l'uso di un amplificatore operazionale non invertente a cui è stata sostituita la normale resistenza di retroazione con una fotoresistenza accoppiata con un led ad alta luminosità. Il led è connesso all'uscita di un altro amplificatore operazionale non invertente, messo in cascata rispetto al primo, ed avente un guadagno molto elevato (circa 100).
La fotoresistenza utilizzata puo' variare da 25 KOhm a 1KOhm rispetivamente se il led con cui è accoppiata otticamente è spento o è acceso alla massima luminosità. Il guadagno del primo operazionale puo' quindi variare dinamicamente tra 18(*) e 2. Se il segnale da amplificare è basso il led sarà inizialmente alla minima luminosità e la fotoresistenza avrà un valore massimo; il primo amplificatore operazionale quindi amplificherà al massimo il segnale che verrà ulteriormente amplificato dal secondo operazionale che tenderà a ad avere una tensione di uscita alta. Il led tenderà quindi ad aumentare la sua luminosità, ma cio' comporterà una conseguente diminuzione del valore della fotoresistenza che farà calare il guadagno del primo amplificatore operazionale e quindi anche la luminosità del led. La reazione e la controreazione tenderanno quindi a compensare la variazione del segnale di ingresso ottenendo in uscita un segnale avente un valore medio di tensione il piu' costante possibile.

Schema elettrico e problemi correlati

Al fine di aumentare ulteriormente il guadagno totale e per rendere il circuito piu' versatile (maggiore corrente disponibile in uscita) sono stati aggiunti due stadi amplificatori ad emettitore comune in ingresso e in uscita al primo operazionale. Sono necessari due amplificatori, e non uno solo, anche per evitare che il segnale di uscita risulti in controfase rispetto a quello in ingresso.
E' stato inserito un diodo di protezione per evitare che la tensione in uscita superi 0.7 Volt durante la carica della capacità di uscita.
Poichè il circuito non lavora a tensione duale, ma singola, gli amplificatori operazionali non sono in grado di amplificare la semionda negativa (tensioni negative) del segnale in ingresso e il suono risulterebbe oltremodo distorto. Per ovviare a questo problema è stata applicata una tensione costante in ingresso al primo amplificatore, tramite un partitore resistivo, in modo che sia presente un offset di tensione in ingresso ed in uscita. E' necessario che tale tensione sia sufficientemente elevata da consentire la competa dinamica del segnale in ingresso (deve mantenersi sempre positiva), ma che non sia neppure troppo alta per evitare che la tensione in uscita risulti troppo elevata e si raggiunga la saturazione. Per quanto riguarda il secondo amplificatore operazionale non è necessario amplificare alcuna tensione negativa poichè il led non necessita di tale tensione; si desidera pero' che il led non sia mai spento, anche in assenza di segnale di ingresso: per questo motivo è stato inserito un partitore resistivo. Anche se, per quanto considerato precedentemente, il circuito ha la tendenza ad illuminare in modo costante il led, il limitato guadagno degli amplificatori potrebbe non essere suficiente per illuminare anche flebilmente il led in presenza di un segnale in igresso troppo debole. Cio' è importante per ottenere un controllo automatico del guadagno ottimale. In realtà il guadagno massimo di 18(*) del primo amplificatore operazionale è un po' piu' basso di quello indicato poichè il valore massimo della fotoresistenza non è 25 KOhm, ma circa 20KOhm poichè il led non si spegne mai del tutto. Il valore elevato (100) del guadagno del secondo amplificatore ha l'importante funzione di rendere efficiente la reazione.
Problemi: poichè il circuito amplifica maggiormente i segnali deboli rispetto a quelli forti, e possiede un elevato guadagno, è sempre presente del rumore in uscita.
Il circuito deve essere alimentato con una tensione stabilizzata di 12Volt e consuma mediamente 50 mA.

Fotoaccoppiatore

Per costruire il fotoaccoppiatore è necessario, oltre al led ad alta luminosità ed alla fotoresistenza, un tubetto fortemente opaco, cilindrico cavo e non arcuato. E' stato utilizzato un vecchio supporto cilindrico in bachelite, lungo circa 5 cm, che è stato forato con un micro trapano in modo da consentire il passaggio della luce e da ospitare al suo interno il led e la fotoresistenza. Per ovie ragioni entrambi i componenti devono essere completamente all'interno del tubetto cilindrico e devono avere un forte fissaggio con lo stesso e devono essere allineati perfettamente.
Naturalmente le estremità devono essere riempite con un materiale molto opaco, come della colla a caldo scura per evitare il filtraggio della luce esterna.

Realizzazione

Per rendere il circuito meno sensibile a fonti di disturbo in RF è stato applicato sul retro della basetta un film metallico connesso a massa ed isolato tramite nastro isolante e colla a caldo.