Lampeggiatore LED con BJT

[davidde]

Ok Renzo, se lo dici tu mi fido !

A questo punto come procediamo? Se fosse possibile (sia ben chiaro non per pigrizia ma per imparare) lascerei fare a te "da Cicerone"; cioè se metti le tracce interessanti io potrei seguirti con l' oscilloscopio cercando di riprodurre al meglio i dettagli e gli ingrandimenti significativi....

L' unico inconveniente è che io per misurare le correnti devo necessariamente introdurre degli Shunt nel circuito che inevitabilmente falseranno le misure. Mi sembra invece che tu nel simulatore non abbia questo problema...
Comunque sia come detto precedentemente inserirò anche gli schemi di misura in modo da rendere tutto più comprensibile.

Fammi sapere

[RenzoDF]

La frequenza misurata nella simulazione è come già detto di 57 Hz.

Aprofitto dell'occasione per associare un minitutorial LTspice, ricordando che la simulazione usato .tran 0 1 0.98 uic, intendiamo simulare nell'intervallo 0-1, ma l'istante di "inizio salvataggio dati" e quindi di plottaggio viene fissato "più avanti" (per es. a 0,98 s) per dar modo alla frequenza di stabilizzarsi. L'opzione uic serve per far usare al simulatore le condizioni iniziali.
L'ampiezza del periodo può essere misurata usando i 2 cursori (linee a tratteggio di fig.) e la finestra relativa

sim000.png (13.45 KiB) Osservato 5318 volte

Partiamo con l'andamento dell'impulso principale, ovvero il potenziale su A VA ,

sim001.png (4.21 KiB) Osservato 5342 volte

con 3,3 V e 165

L'ampiezza temporale di questo impulso è legata ad elementi critici del circuito indicato in figura (a bassa resistenza serie),

sim002.png (12.61 KiB) Osservato 5340 volte

anticipo che potrebbe essere necessario incrementare le resistenze serie per uniformare i risultati ottenuti

[ginfizz]

Non penserete di fare le cose senza di me ? (1)
Anch'io nel mio piccolo ho comprato e montato i due transistor malefici, ed adesso mi funziona con un condensatore da 325 nF (in realta' due condensatori in paralleo 220+100 nF nominali) misurato con il capacimentro, ed ottengo circa 48 Hz. Al posto del led c'e' una resistenza da 6,1 ohm.
Ho ottenuto piu' o meno le stesse curve di Davidde, che non invio perche' mi vergogno profondamente: malgrado le sue precise istruzioni e malgrado l'uso di una macchina fotografica atomica (troppo complicata per i miei gusti) continuo ad ottenere foto schifose.
L'unica decente ed interessante e' quella relativa all'ingrandimento dell'impulso sulla Resistenza da 6,1 ohm, cioe' V(A), che dovrebbe rispecchiare quindi la corrente che scorre nella stessa resistenza (1 V div, 10 uS div in DTB):

V(A) DTB 10 uS.jpg (39.75 KiB) Osservato 5305 volte

.
Mostra chiaramente l'andamento progressivo dell'impulso, che dovrebbe essere composto da due, anzi tre parti: una prima parte intorno ai 2,5 /6,1 = 0,409 A, e l'altro impulso intorno 3,5 /6,1 = 0,573 A, dopodiche' si avvia l'interdizione. Veramente nella fase di interdizione mi aspettavo di vedere un gradino intorno ai precedenti 0,409 A, e non una discesa cosi' a picco, quindi a questo punto non sono piu' sicurissimo sulla mia interpretazione sul funzionamento del circuito.

(1) veramente in questo periodo sono in fase di fusione cerebrale, quindi scusate per eventuali errori ed omissioni.
PS La tensione di alimentazione era 5 V, se ben ricordo

[ginfizz]

Naturalmente nel mio montaggio non c'era la resistenza da 1 ohm sulla base di Q1, ma mi chiedo come mai l'impulso di Renzo sia di ben 165 uS ed il mio di soli 25 uS. Mah.

[davidde]

Eccomi qui, ottima l' idea del "minitutorial" !

dunque prima di eseguire la misurazione ho ricostruito il circuito disponendo i componenti nel modo migliore possibile. Ho aggiunto le resistenze di shunt da 1ohm e il circuito ora corrisponde esattamente all' ultimo schema (messaggio [60]) postato da RenzoDF. Inoltre visto che i cavi che collegano il mio alimentatore al circuito sono piuttosto lunghi ho preferito aggiungere in parallelo al generatore un condensatore elettrolitico da 330µF. In seguito a quest' ultima modifica la frequenza d' oscillazione si è portata esattamente a 57Hz.

Questo è il risultato della mia misurazione:

VA.png (256.15 KiB) Osservato 5251 volte

il picco al massimo raggiunge i 3,6V e la sua durata totale è di 34µs.
In seguito ho fatto altre prove sostituendo varie volte entrambi i transistor ma la situazione non è cambiata sensibilmente. Se voglio portare a circa 136µs la durata del picco devo inserire una resistenza serie al generatore da 4ohm ma la frequenza d' oscillazione si porta a 80Hz.

P.S.
Ginfizz ho visto che le foto quando si lavora a frequenza così basse vengono molto meglio se durante la messa a fuoco (automatica) la traccia viene oscurata (aiutandosi con il potenziometro dell' intensità luminosa); così facendo la macchina mette a fuoco sul reticolo (che non "lampeggia"). Ovviamente per fare comparire anche la traccia imposti lo scatto ritardato a 2s e quando il tempo è quasi scaduto aumenti l' intensità luminosa; in questo modo a me vengono molto più a fuoco

[ginfizz]

In seguito ho fatto altre prove sostituendo varie volte entrambi i transistor ma la situazione non è cambiata sensibilmente. Se voglio portare a circa 136µs la durata del picco devo inserire una resistenza serie al generatore da 4ohm ma la frequenza d' oscillazione si porta a 80Hz.

Ah, mi sono dimenticato di inserire la resistenza in serie al generatore !

P.S.

Ovviamente per fare comparire anche la traccia imposti lo scatto ritardato a 2s e quando il tempo è quasi scaduto aumenti l' intensità luminosa; in questo modo a me vengono molto più a fuoco :

Ma questi sono trucchi da professionista ! Peccato che io ancora non abbia capito come si regola il tempo di esposizione in questa macchina
Ha un sistema di regolazione veramente astruso (e' una Canon con 10 mila menu' e sottomenu') e senza un manuale cartaceo decente. Perfino nelle istruzioni allegate sul CD mancano molte voci. Mah.

[RenzoDF]

Lo sapevo che sarebbe stata un'ardua impresa ... ... comunque ho provato a sostituire i due modelli con questi
della ON Semiconductor, più recenti e probabilmente più vicini a quelli dei transistori di davidde.
Come si vede dai parametri, "un 2N3906 del 1995" non è uguale ad "un 2N3906 del 2004" ... come per la "barbera" insomma ... l'annata è determinante !

http://www.onsemi.com/PowerSolutions/supportDoc.do

.MODEL 2n3906 pnp
+IS=7.75521e-12 BF=194.093 NF=1.35509 VAF=156.436
+IKF=0.0660057 ISE=1.88546e-12 NE=1.81673 BR=3.41317
+NR=1.5 var=5.86061 IKR=1.70599 ISC=7.64281e-10
+NC=1.92376 RB=6.48961 IRB=0.1 RBM=0.1
+RE=0.0001 RC=2.45044 XTB=0.1 XTI=1
+EG=1.05 CJE=6.11928e-12 VJE=0.4 MJE=0.248812
+TF=5.21843e-10 XTF=0.932702 VTF=9.1046 ITF=0.0106472
+CJC=6.85007e-12 VJC=0.4 MJC=0.279018 XCJC=0.9
+FC=0.478887 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.5
+TR=4.30605e-07 PTF=0 KF=0 AF=1

.MODEL 2n3904 npn
+IS=1.26532e-10 BF=206.302 NF=1.5 VAF=1000
+IKF=0.0272221 ISE=2.30771e-09 NE=3.31052 BR=20.6302
+NR=2.89609 var=9.39809 IKR=0.272221 ISC=2.30771e-09
+NC=1.9876 RB=5.8376 IRB=50.3624 RBM=0.634251
+RE=0.0001 RC=2.65711 XTB=0.1 XTI=1
+EG=1.05 CJE=4.64214e-12 VJE=0.4 MJE=0.256227
+TF=4.19578e-10 XTF=0.906167 VTF=8.75418 ITF=0.0105823
+CJC=3.76961e-12 VJC=0.4 MJC=0.238109 XCJC=0.8
+FC=0.512134 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.5
+TR=6.82023e-08 PTF=0 KF=0 AF=1

e ritoccato, nei limiti della decenza, il circuito per ridurre le evitabili differenze fra i componenti usati; in questo modo tentiamo di metterci sulla stessa linea di partenza

sim001b.png (4.08 KiB) Osservato 5215 volte

con una frequenza di 59 Hz e ampiezza impulso di 31 us

sim002b.png (4.02 KiB) Osservato 5216 volte

A questo punto i risultati della simulazione e quelli della misura di davidde possono essere considerati "accettabilmente" compatibili

[davidde]

Si hai ragione! Le poche volte che ho cercato di simulare qualche circuito per poi trovare riscontro con la realtà è stato sempre "inutile", i risultati pratici e teorici non combaciano quasi mai. Il simulatore ci da un grande aiuto nell' interpretazione dei fenomeni che fanno funzionare (o meno) uno schema ma sui valori assoluti non si può certo pretendere la perfezione. Anche montando più volte lo stesso circuito (variando ad uno ad uno i componenti con identica sigla) i risultati non saranno mai uguali; ogni componente infatti è diverso dai suoi simili ed anche le minime differenze (in circuiti come quello in esame) portano a risultati molto poco ripetitivi.

Visto che nella versione free di Microcap si possono utilizzare entrambi i transistor ho voluto provare anch' io a simulare il circuito, i risultati anche in questo caso sono abbastanza distanti dalla realtà, li posto per chi interessato:

Schema misura.png (20.21 KiB) Osservato 5188 volte

VA (V4).png (3.97 KiB) Osservato 5187 volte

Come si nota il picco tra il punto 4 e massa, quello definito da RenzoDF come VA, arriva a 3,52V e la durata dell' impulso è di circa 198µs. La frequenza di oscillazione è di 55Hz.

Dopo aver aggiunto ciò, più per curiosità di chi legge che per reale necessità, io me ne torno alle manopole dell' oscilloscopio lasciando a RenzoDF l' arduo compito di farci strada nella giungla dei simulatori ...

[ginfizz]

e ritoccato, nei limiti della decenza, il circuito per ridurre le evitabili differenze fra i componenti usati; in questo modo tentiamo di metterci sulla stessa linea di partenza

A dire il vero io sono stupito che questi simulatori riescano a riprodurre in modo cosi' fedele l'andamento dell'impulso in un circuito per me cosi' astruso. Anche se tu non fossi riuscito ad accorciare la durata dell'impulso, i precedenti 165 uA erano, a mio parere, una approssimazione accettabile.
Pero' non ho capito che caratteristiche dei componenti hai modificato: non ho mai usato LTSpice, e quindi non ne avrei idea: forse le caratteristiche dei semiconduttori ?
Nello schema elettrico cosa significa .tran. 0 1 0.97175 uic ?

Scusa la raffica di domande

Vedo che anche il Microcap fa il suo dovere. Avevo proprio intenzione di reinstallarlo per fare una prova, ma tanto non avrei avuto il tempo. Grazie Davide !

[RenzoDF]

Pero' non ho capito che caratteristiche dei componenti hai modificato: non ho mai usato LTSpice, e quindi non ne avrei idea: forse le caratteristiche dei semiconduttori ?

Ho cambiato il modello per i due transistori scartando quelli base di LTspice e quelli del Sedra, usando quelli di ON-Semiconductor, ho fissato Vcc a 5 V (al posto dei 4,8) , rimesso C a 330uF (era 325) e tolte le due R da 1 ohm
( che a me poi non servono )

Nello schema elettrico cosa significa .tran. 0 1 0.97175 uic ?

.tran (analisi transitorio) 0 1 (intervallo di tempo della simulazione) 0.97175 (è il mio DTB, ovvero il tempo a partire dal quale i dati vengono salvati e plottati , scelto in quel modo per visualizzare solo l'impulso) e infine uic serve per far usare al simulatore le condizioni iniziali imposte (per es. in questo caso una VC(0) = 0 V )

BTW a proposito di "simulazione", nota la presenza della "martellata sinistra" sia sull'impulso del simulatore sia sul tuo oscillogramma