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Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametri.

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[21] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto UtenteTurk182 » 26 mar 2021, 20:54

Si... è vero.
Il blocco B2 è stato dato per assodato (da me), nella premessa.

Va bene.
Posso contenere la perplezzitudine.
Sono pronto per il prossimo passo. :roll:
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[22] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto Utenteelfo » 27 mar 2021, 12:28

Questione Vce
____________________________________________________

Guarda il circuito qui sotto.

Supponi di realizzarlo fisicamente:

- alimentandolo con un generatore variabile 4.5 - 20 V
- inserendo nel circuito i due strumenti (amperometro e voltmetro)

Impostiamo il generatore a 10 V

L'amperometro - con i valori dello schema - dovrebbe indicare 20 mA.

Quanto "legge" il voltmetro?

Dalla formula:

Vce= Val-Vr-VLed= 10-1.9-3.4= 4.7 V

Supponiamo adesso di variare la tensione del generatore nel campo 4.5-20 V

***** 20 Valimentazione

Vce= Val-Vr-VLed= 20-1.9-3.4= 14.7 V

Scendiamo adesso di tensione variandola continuamente e lentamente e al contempo leggendo la corrente sull'amperometro.

Ad un certo istante vedremo che la corrente inizia a diminuire.

Leggiamo il voltmetro (Vce):

Ci dovremmo aspettare una tensione di (molto circa) 1 V.

Il molto circa - cercando di quantificare - vuol dire che potrebbe variare da 0.7 V a 1 V (differenza 0.3 V). Questa differenza e' percentualmente "rilevante" (30%) rispetto a 1 V ma in assoluto e' "piccola".
La differenza e' dipendente dal tipo di transistor ma e' costante una volta scelto il transistor e - cosa molto piu' importante - si ripercuote direttamente sulla (scelta della minima) tensione di alimentazione.

Vedi specifiche e Fig. 2 datasheet BC517 darlington integrato

Vce(sat) Ic=100mA Ib=0.1mA max 1 V

https://www.mouser.com/datasheet/2/149/BC517-888613.pdf

Vediamo la Vce sotto un altro aspetto:

Sempre nello stesso circuito supponiamo di impostare la tensione di alimentazione a 4.5 V ed ammettiamo che la corrente rimanga costante a 20 mA.

Vce= 4.5-1.9-3.4= -0.8 V (meno 0.8V)

Una tensione negativa e' "fisicamente impossibile" come Vce per cui occorre che la corrente ILed diminuisca - diminuendo in particolare la Vr - per "lasciare spazio" ad una Vce (positiva!) di diverse centinaia di mV.

Che cosa ci dice tutto 'sto pippone?

Che dimensionando il valore della tensione di alimentazione minimaVal_mdel circuito devo ammetttere un valore minimo "di sicurezza" di 1 V come Vce da cui dati

ILed= 20 mA
Vled= 3.4 V
Re= 95 ohm
avremo una tensione minima di

Val_m= 0.02*95+1+3.4= 6.3 V

Con una Val < 6.3 V non e' garantita la corrente ILed di 20 mA.

Cosa succede se la tensione di alimentazione sale sopra 6.3 V?

Poiche' la corrente rimane costante (per come e' strutturato il circuito) anche le tensioni Vr e VLed rimangono costanti e l'"eccesso" di tensione viene "assorbito" dal transistor.

Vce= Val-Vr-VLed

La potenza che deve dissipare il transistor vale (in un darlington realizzato con due transistor l'intera potenza viene disspata dal transistor di "dx")

P=Vce \cdot Ic

Per valori di alimentazione "alti" occorre verificare che la potenza dissipata dal transistor sia < di quella max dissipabile.

Posto che 'sto spiegone sia risultato digeribile :( nelle prox due puntate vedremo:

- la vexata quaestio dei transistor da utilizzare (BC547/BC548 e un PN2222A)
- come confonderti definitivamente le idee e distruggere tutte le (poche) certezze che eventualmente avrei potuto/dovuti darti :(

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[23] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto UtenteTurk182 » 27 mar 2021, 13:20

Grazie Elfo.
Sembra tutto chiaro.
Parafrasando la questione, la Vce non è di per sè stessa buona o cattiva.
E inevitabile e indispensabile allo stesso tempo.
Nelle condizioni ottimali, è sempre almeno 1 volt, o più.
Rappresenta l'eccesso di Val, rispetto al minimo necessario per alimentare correttamente i led e per questo aumenta proporzionalmente la potenza impiegata e la dissipazione di TR2 (il secondo stadio del Darlington).
...Giusto?

Circa le prossime due puntate... l'ultima sembra un pochino meno interessante.
Anzi, proporrei di sostituirla con un classico, propositivo, appagante lieto fine.
Si può?
:roll:
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[24] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto UtenteTurk182 » 27 mar 2021, 14:53

Elfo, non è rimasta in sospeso la parte in cui consideri e dimensioni il blocco B2 (post 18 e 20)?
Dal post 20:
elfo ha scritto:A mio modo di vedere il blocco B3 e' quello da cui partire (insieme al B1 - PIR) e di conseguenza si dimensiona B2.
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[25] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto Utenteelfo » 27 mar 2021, 17:48

Turk182 ha scritto:Elfo, non è rimasta in sospeso la parte in cui consideri e dimensioni il blocco B2 (post 18 e 20)?

Hai ragione!
Mi e' rimasto nella penna (incastrato nella tastiera :D ) il calcolo della costante di tempo per il ritardo.

Al solito:

\tau= R \cdot C

da cui

C= \frac{\tau}{R}

Il valore di R e' stato calcolato (post [18])
elfo ha scritto:R=\frac{Vmax}{\frac{ILed}{hfe_m}}

Faremo ulteriori considerazioni sulla resistenza nel post dei "transistor"
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[26] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto Utenteelfo » 27 mar 2021, 23:26

Vexata quaestio: transistor

Nel post [6] abbiamo stabilito che il guadagno minimo del darlington (integrato o composito) deve essere > 2000.

Vediamo adesso quali transistor utilizzare.

Un darlington integrato es. BC517 ha queste caratteristiche (in condizioni di lavoro quasi identiche a quelle in cui lavora il ns circuito):

https://www.mouser.com/datasheet/2/149/BC517-888613.pdf
Pag. 2

hfe Vce 2V Ic 20 mA min 30.000

Darlington discreto:

Il transistor di "dx" "sopporta" i 20 mA.
In base "ciuccia" \frac{0.02}{ hfe_d}
Questa corrente deve essere fornita dal transistor di "sx" che in base "ciuccia"

Ib_d=\frac{0.02}{hfe_d \cdot hfe_s}

**** 2N2222

https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/p2n2222a-d.pdf
pag. 2
Fig.2 pag. 3

hfe IC 10 mA Vce 10 V min 75

con 20 mA avremo una corrente di base

Ib = \frac{0.02}{75} = 270 uA

dal grafico di Fig.2 si vede che con una corrente di 270 uA l'hfe e' (circa) il 60% che a 10 mA cioe'

hfe= 75 \cdot 0.6 = 45

Il guadagno del composito vale

hfe_c= 75 \cdot 45 = 3375

**** BC547

http://pdf.datasheetcatalog.net/datashe ... BC548B.pdf
pag. 2
Fig.1 pag. 3

hfe IC 2 mA Vce 5 V min 110

con 20 mA avremo una corrente di base

Ib = \frac {0.02} {110} = 182 uA

dal grafico di Fig. 1 si vede che con una corrente di 200 uA l'hfe e' il 60% che a 2 mA cioe'

hfe=110 \cdot 0.6 = 66

Il guadagno del composito vale

hfe_c= 110 \cdot 66 = 7260

Tutti e due i transistor 2N2222 e BC547 hanno:

- un guadagno maggiore del minimo richiesto
- una Ic max maggiore del minimo richiesto

Quale scegliere?

Bionda. mora (o rossa)? :D

E ancora:

Cosa succede se il guadagno e' molto maggiore del minimo richiesto/promesso?

Ricordiamoci che il guadagno "grosso" serve a "tenere bassa" la caduta di tensione sulla resistenza che determina (insieme al condensatore) il ritardo.

Un guadagno grosso puo' essere utile:

- a migliorare la precisione del circuito (bassa caduta di tensione)

oppure

- ad aumentare il valore della resistenza con conseguente diminuzione del valore della capacita' (a parita' di ritardo).

Una capacita' piu' piccola potrebbe permettere di utilizare un componente con un dielettrico migliore rispetto ad un elettrolitico.

Questo cambiamento ha senso solo se la resistenza puo' essere aumentata di un fattore > 10 (es hfe che passa da 2000 a 20.000)

Dal post [8]
Turk182 ha scritto:ho provato a misurare l' hFE di alcuni BC547C, BC548C.
Il valore era mediamente sui 520, quindi decisamente più alto di quello minimo.


520 \cdot 520 = 270.440

Potresti utilizzare questi transistor ed aumentare la resistenza del "ritardo" di (almeno) un fattore 10 (in teoria fino ad un fattore \frac{270.400}{2000}) e ridurre la capacita' dello stesso fattore.
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[27] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto Utenteelfo » 29 mar 2021, 16:24

Bollino_rosso2.png
Bollino_rosso2.png (9.96 KiB) Osservato 2301 volte

Quanto segue puo' contenere testi, immagini o descrizioni che possono destabilizzare i lettori piu' sensibili e far cadere certezze faticosamente acquisite.
Se ne consiglia la lettura alle sole persone dotate di forte determinazione. :mrgreen:

da: https://www.electroyou.it/isidorokz/wik ... -analogico
IsidoroKZ ha scritto:Ad un progetto "vero" mancano svariati passi, ad esempio lo studio degli effetti delle tolleranze, la valutazione dei costi, della manufattibilità, la documentazione, l'aderenza alle normative... insomma tutte quelle cose che per me, in questo momento, non sono divertenti.

Concordo pienamente - in relazione ai miei post precedenti - con quanto scritto sopra e aggiungo solo questa citazione apocrifa:
Il meglio e' nemico del bene

Fatte queste doverose premesse vorrei fare un paio di chiose su una parte del circuito proposto dall'OP.

Osserviamo il circuito in Fig. 1a.

Come abbiamo visto nei post precedenti questo circuito impone una corrente (costante) nel(i) Led.

1) ILed= \frac{Vb - (Vbe1 + Vbe2)}{ R}

Il primo problema e' che Vbex non e' noto a priori - varia (anche) in funzione del (tipo di) transistor.

Ci piacerebbe quindi "minimizzare" tale parametro nella 1)

Un metodo sarebbe quello di poter aumentare "molto" Vb in modo che il termine

Vb - (Vbe1 + Vbe1) \sim Vb

Questo non e' sempre possibile e - in ogni caso - porterebbe a dover "sprecare" potenza su R.

Un secondo metodo e' quello di "togliere" una Vbe. In questo modo il termine (Vbe1 + Vbe2) si dimezza.

Come e' possibile raggiungere questo risultato senza diminuire il guadagno complessivo in corrente dello stadio?

Una prima risposta e' nello schema di Foto Utentestefanopc nel post [7] di cui riporto un particolare nello schema di Fig. 1b.

Come e' evidente - in questo schema - la corrente (oltre che da R) dipende da una sola Vbe (invece che da 2 Vbe) rendendo (il calcolo del)la corrente Iled piu' "precisa".
ILed= \frac{Vb - Vbe1}{ R}

Anche se non sembra, il guadagno in corrente del circuito e' uguale a quello del darlington di Fig. 1a.

Il circuito di Fig. 1b puo' essere ridisegnato in forma "piu' leggibile" come nella fig. 1c

Il transistor composito di Fig. 1c (formato da un NPN e un PNP) e' la configurazione sziklai (dal nome del suo inventore - come d'altronde per il darlington).

Questa configurazione - come detto -ha lo stesso guadagno del darlington ma presenta una sola Vbe.

Puoi trovare una descrizione approfondita dello sziklai in questi due link:

https://en.wikipedia.org/wiki/Sziklai_pair\

https://sound-au.com/articles/cmpd-vs-darl.htm

Il secondo problema, comune a tutti i circuiti delle Fig. 1a,b,c, e' che la(e) Vbe oltre ad essere "ignota" (dipende dal (tipo di) transistor) varia con al temperatura.

Per un transistor di silicio (tutti!) il coefficiente e' circa -2 mV/C, cioe' al Vbe diminuisce di 2 mV ogni grado centigrado.

Se vogliamo che - oltre che precisa - la corrente rimanga anche stabile occorre un circuito che compensi tale variazione.

Il circuito di Fig. 1d compensa la caduta di tensione Vbe2 con un "aumento" di tensione Vbe1 di valore uguale ma segno opposto.

La compensazione - sia come "caduta" sia in temperatura" - e' "perfetta" se:

- i due transistor sono perfettamente complementari (uno e' NPN e l'altro e' PNP)
- la corrente che scorre nei due transistor ha lo stesso valore (IR1 = ILed)
- i due transistor sono alla stessa temperatura.

Attenzione pero'!

Il guadagno in corrente dello stadio NON e' uguale al prodotto dei guadagni dei due transistor ma quello di un solo transistor.

Per adattare lo schema di Fig. 1d ai ns scopi ("insensibilita'" alla(e) Vbe e "alto" guadagno in corrente) occorre quindi trovare un compromesso tra far lavorare i transistor alla stessa corrente (Vbe uguali) e far "lavorare" il transistor di sx con una corrente "molto" piu' bassa di quello di dx (alto guadagno).

Occorre cioe' dimensionare la R1 in modo "acconcio".
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[28] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto UtenteTurk182 » 30 mar 2021, 8:51

Elfo sei un grandissimo. :cool:
Intanto grazie.
Hai fatto un lavoro notevole e te ne sono davvero grato, anche se per "digerirlo" mi ci vorrà un po di tempo.
Sono ancora sull'interessante sezione precedente.
Circa il circuito di Stefanopc, avrei voluto approfondirlo subito, ma non volevo deviare troppo dalle tue mirate spiegazioni e ho pensato di riparlarne alla fine, come dell'accenno alla stabilità di entrambi (i circuiti).

In ogni caso, parecchio materiale da studiare.

Tornando al blocco precedente, cercavo di fare ieri qualche rapido calcolo circa i BC547C - BC548C, che hanno entrambi una hfe minima di 420 con una Ic 2mA e Vce 5V.
Provavo a ripetere i calcoli del guadagno come da tuo post 26, ma mi pare di aver trovato un errore.

Nell'esempio appena sotto il link al datasheet del PN22222A, scrivi:

elfo ha scritto:hfe IC 10 mA Vce 10 V min 75
con 20 mA avremo una corrente di base
Ib = 0.02 /75 = 270 uA

Nel calcolo, riporti direttamente il valore in "micro Ampere", ma:
0.02 (mA) / 75 = 0,0002666 mA = 0,2666 uA (micro Ampere),
mentre il tuo risultato approssimato è 1000 volte più grande (270 uA)
...
Stavo cercando di capire come interpretare il valore corretto per rifare i calcoli.

Circa la sezione "Vietata a minori e ipersensibili", ho dato una lettura veloce e mi spiace dirlo...
è molto interessante anche questa, malgrado apra parecchie porte in più. :roll:
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[29] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto Utentestefanopc » 30 mar 2021, 11:15

Visto che Elfo è molto bravo a spiegare avrei una domandina.
Nella configurazione col condensatore tra C e B (invece che tra B e massa) c'è una fattore moltiplicativo riguardo la capacità del filtro passa basso in ingresso?
Qualche cosa di simile all'effetto Miller?
Ciao
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[30] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto Utenteelfo » 30 mar 2021, 13:49

Turk182 ha scritto:Provavo a ripetere i calcoli del guadagno come da tuo post 26, ma mi pare di aver trovato un errore.

Nell'esempio appena sotto il link al datasheet del PN22222A, scrivi:

elfo ha scritto:hfe IC 10 mA Vce 10 V min 75
con 20 mA avremo una corrente di base
Ib = 0.02 /75 = 270 uA

Nel calcolo, riporti direttamente il valore in "micro Ampere", ma:
0.02 (mA) / 75 = 0,0002666 mA = 0,2666 uA (micro Ampere),
mentre il tuo risultato approssimato è 1000 volte più grande (270 uA)


20 mA = 20 \cdot 10^{-3} A = 0.020 A

\frac{0.020 A} {75}= 0.000267 A = 267 \cdot 10^{-6} A = 267 \mu A
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