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

Messaggioda Foto UtenteTurk182 » 23 mar 2021, 13:47

Per Stefanopc, grazie per il chiarimento.
Per il momento preferisco rimanere sul circuito principale, ma terrò comunque conto delle tue indicazioni.
Breve nota OT, dopo la tua prima risposta avevo la sensazione che il tuo nickname mi fosse famigliare.
Ieri ho capito. Negli anni devo aver visto delle pregevoli foto tue, su juzaphoto (forse associate alle recensioni di obiettivi Canon) e mi sarà rimasto impresso. ;-)
(Scusate, fine OT)

Buongiorno Elfo,
Ti sono grato per molte dettagliate risposte. Spero di poter ricambiare, prima o poi.
Sembra tutto chiaro, tranne forse la parte finale del tuo ultimo intervento, con il calcolo della potenza dissipata dal transistor.
Intendi dissipata complessivamente dalla coppia Darlington, oppure dal transistor TR2?

Nell'esempio che segue, con la formula VR = 3.3 - 1.4 = 1.9V, cosa intediamo per VR?

E nella formula successiva, sei sicuro che il parametro sia: "Vce" = 20 - (3.4 + 1.9) = 14.4V ?
Non avevi detto che la Vce va posta a circa 1V, come valore "ballpark", adatto al Darlington imiegato?
Solo questo.
Mi dirai... (spero) :cool:


A beneficio di quelli che potrebbero voler provare il circuito, allego un paio di immagini del PCB.
Dopo un paio di prove su carta, ho capito che poteva stare in 20 x 20 mm., piccolo abbastanza da collegarlo direttamente al PIR, attraverso il suo connettore dil a 3 poli.

PIR_LED_Lamp_brd__01.PNG

PIR_LED_Lamp_pcb__01.PNG

Il circuito è disegnato con i componenti rivolti verso l'esterno (rispetto al PIR).
Il PCB è in griglia 2,54 mm., lo stesso passo di una millefori, che è poi il modo in cui assemblerò questo circuito. Unica eccezione il footprint del TO-92 con i pin ad angolo retto (con passo 1,27 mm), piuttosto che con i pin in linea, con passo 2,54 mm.
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[12] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto Utentestefanopc » 23 mar 2021, 16:49

Ottimo sei già allo stampato.
Se avrai tempo prova anche l'altra versione.
Hai buona memoria complimenti , purtroppo mi tocca dividere il tempo tra alcune passioni e la fotografia è piuttosto ferma in questo periodo.
Ciao
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[13] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto Utenteelfo » 23 mar 2021, 16:51

VR e' la tensione sulla resistenza R (vedi schema qui sotto)
La Vce minima che puoi avere con un darlington @ 20 mA e' circa 1 V (nessun calcolo, e' una stima)
La tensione sul Led e' 3.4 V

La somma

VR+Vce+VLed= 1.9+1+3.4 = 6.3 V

e' la tensione minima di alimentazione Val.

Cosa succede se la tensione di alimentazione "sale": es. 20 V?

L'eccesso di tensione viene "assorbito" dal darlington e la sua Vce sale a

Vce=20-1.9-3.4= 14.7 V

La ILed scorre (quasi esclusivamente) nel transistor di dx del darlington e quindi la sua dissipazione (con Val=20 V)vale

PD= Vce \cdot ILed = 14.7 \cdot 0.02 = 294 mW
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[14] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto UtenteTurk182 » 26 mar 2021, 10:43

Per Stefanopc, ti capisco bene.
Fotografo anch'io e nell'ultimo anno avrò usato la fotocamera un paio di volte, malgrado le intenzioni.
E si, cercherò di provare anche il tuo circuito.

Grazie ancora Elfo,
Per aiutarmi con i calcoli ho riportato le formule in un foglio elettronico (che allego), in modo da avere i risultati in automatico. Al momento è solo una bozza, credo si possa organizzare anche meglio.

Per quanto riguarda le formule, penso di averle impostate correttamente ma ho ancora qualche dubbio.

Nel tuo intervento precedente (risposta 10), ricordi che nella formula "A", per il calcolo della Vcc minima...: "è valida solo se si ritene trascurabile la tensione che "casca" sulla resistenza da 10 k (vedi poi)".
C'è un motivo per cui non abbiamo calcolato questa caduta di tensione con una formula specifica?

- Nella formula "C" per il calcolo del guadagno minimo del Darlington, c'è di nuovo il valore Caduta-di-tensione.
Segue la condizione: Caduta-di-tensione << 2*Vbe (se vogliamo "vera" la A)
Penso significhi che deve essere molto minore di 2*Vbe, ma come faccio a sapere se lo è e di quanto, senza calcolarlo?

Ma il parametro che mi confonde di più è il valore della Vce, più avanti nello stesso intervento, quando parli della potenza dissipata dal transistor con un calcolo di esempio.
In questo caso la Vce è un valore altamente variabile e basta che l'alimentazione "Val" impiegata sia di poco superiore alla Val (minima) calcolata, perché la Vce salga a valori molto alti.
Mi confermi che parliamo di Vce diverse?
In ogni caso il calcolatore usa una Vce di 1 per la formula "A" e riporta in una cella separata la Vce risultante dal calcolo di "C".
Sto facendo confusione? :-|

L'ultima considerazione riguarda la scelta dei transistor.
Nel confronto tra un BC547/BC548 e un PN2222A, quest'ultimo ha una maggiore capacità di gestione della corrente (500MA contro i 100mA dei BCxxx), ma per questo uso specifico, dove la corrente è sempre relativamente bassa (ILed) e la Pmax è sostanzialmente uguale per entrambi, scegliere di impiegarne un tipo o l'altro è indifferente?

LED-Lamp_Calculator_rev_01.zip
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[15] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto UtenteTurk182 » 26 mar 2021, 12:54

Ho dimenticato di dire che il Calcolatore è un foglio elettronico in formato ".ods" (OpenOffice).
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[16] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto Utenteelfo » 26 mar 2021, 13:31

Turk182 ha scritto:Salve a tutti,
Vorrei realizzare delle piccole lampade LED per uso notturno, attivate dal movimento, impiegando LED standard da 5 mm. e basse tensioni DC regolate, diciamo comprese tra 5 e 12 volt (15V massimo).

Tra i molti circuiti disponibili in rete, ne ho scelto uno in particolare, questo:

Richiesta legittima.
Variabile indipendente.
Turk182 ha scritto:
Purtroppo ho una limitata conoscenza teorica dell'elettronica e vorrei un aiuto per capire come adattare il circuito a differenti combinazioni di LED o a una diversa tensione di alimentazione, facendo in modo che lavori nelle condizioni ottimali e per quello che il circuito permette, sprecando meno corrente possibile. Questo, mantenendo comunque il filtro RC (R1 + C1).

Naturalmente non cerco qualcuno che faccia i calcoli per me, ma piuttosto che sia disponibile a spiegarmi il giusto approccio al circuito, i ragionamenti, le formule e passaggi necessari per calcolare il valore corretto dei componenti e verificare che funzioni correttamente

Richiesta legittima.
Risposta "impossibile": manca l'ambito di applicazione del circuito e della conoscenza da acquisire.

Turk182 ha scritto:Suppongo che utilizzare valori di guadagno effettivamente misurati possa portare a risultati più precisi e forse semplificare i calcoli. E' così?

elfo ha scritto:Un buon progetto non si basa sul guadagno dei transistor: e' sufficiente specificare il guadagno minimo

Fatta questa lunghissima premessa provo a dare una risposta, ma procederemo per singoli passi (un passo, un post).

Partiamo dal <giusto approccio al circuito>.

Il mio metodo e' quello di suddividere il circuito in blocchi.
Un blocco e' una parte di circuito che:

a) ha una funzione propria definita
b) il suo funzionamento NON e' influenzato (ma deve processare il segnale che viene) dal blocco che lo precede e (ma deve consegnare il segnale a) da quello che lo segue.

Nello schema qui sotto sono individuati tre blocchi: B1, B2, B3

Qual e' il criterio di individuazione di blocchi?

Ti rispondo con una domanda:

Quando vedi una (bella) ragazza, cosa guardi per prima cosa: occhi, mani, gambe, lato B... e perche'?

Nel blocco B3 - scelti arbitrariamente il transistor, il tipo e il numero dei LED e dati la corrente nel(i) LED e la tensione di uscita di B1 - l'unico parametro da calcolare e' il valore della resistena Re.

Questo e' vero se e solo se B3 non e' influenzato da B2.

Se questo e' vero il guadagno del transistor NON entra nella formula per il calcolo di Re.

Se fin qui concordi su quanto scritto, nel prox post passeremo al passo successivo.
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[17] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto UtenteTurk182 » 26 mar 2021, 14:52

Elfo, susami...
Grazie per la pazienza.

Va benissimo.
(Ri)Partiamo pure dal giusto approccio al circuito.

- Chiaro il motivo per dividere il circuito in blocchi.
- Chiaro che nel blocco B3, l'unico parametro da calcolare è il valore di Re.
E si, sono d'accordo che il calcolo del guadagno transistor non entra nella formula per il calcolo di Re.
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[18] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto Utenteelfo » 26 mar 2021, 16:30

Riassunto della puntata precedente.
- Abbiamo un circuito che non possiamo/vogliamo modificare
- Abbiamo individuato un blocco (B3) di cui conosciamo il funzionamento e sappiamo calcolare

Proseguiamo con il secondo punto.
Consideriamo di nuovo il blocco B3 nello schema qui sotto
elfo ha scritto:il suo funzionamento NON e' influenzato (ma deve processare il segnale che viene) dal blocco che lo precede

Il segnale che deve processare B3 (i 3.3 V della formula)

Re= \frac{3.3 - 1.4}{ILed}

e' quello generato da B1 (punto A) e deve arrivare "intonso" all'ingresso di B3 (punto B).

Qui si pongono problemi filosofci del tipo:

E' nato prima l'uovo o la gallina?

Quando scrivo <il suo funzionamento NON e' influenzato> devo:

- dimensionare B3 in modo che non sia influenzato da B2

oppure

- dimensionare B2 in modo che non influenzi B3

e ancora

- devo progettare il circuito dello schema sottostante

oppure

- verificare che con i valori dei componenti dati il circuito si comporti come mi aspetto

Cioe' qual e' la "causa" e qual e' l'"effetto"?

La risposta e': "un po' tutte queste cose insieme"

Partiamo dai dati di fatto:

- abbiamo assodato il funzionamento e dimensionato (al primo ordine) il blocco B3
- sappiamo valutare il guadagno minimo del darlington hfe_m leggendo il datasheet del componente
- vogliamo che la caduta di tensione Vmin (differenza di tensione tra i punti A e B) sia "minima"

Stabiliamo arbitrariamente quanto "minima" deve essere la caduta di tensione Vmax(differenza di tensione tra i punti A e B)

***** INCISO
Quando scrivo:
Caduta-di-tensione << 2*Vbe (se vogliamo "vera" la A)

"voglio" rendermi indipendente dal guadagno del transistor

la formula "vera per il calcolo della ILed e':

ILed=\frac{3.3 - Vmax-1.4}{R}

ma Vmax dipende (anche) dal guadagno del transistor e per tale motivo cerco di imporla "minima" per poterla trascurare nella formula.

Questo e' possibile realizzarlo:

- agendo sul valore della resistenza
- imponendo un guadagno minimo per il transistor

Se entrambi i parametri sono fissati calcolo Vmax e decido se il valore risulante "mi piace"

In altre parole, hai una sola equazione e tre variabili (R, hef_m, Vmax) per cui puoi sceglierne 2 a piacere e calcolare la terza.

- calcoliamo la massima caduta di tensione Vmax tra i punti A e B con i componenti del circuito dato
- verifichiamo che tale caduta sia < di quella voluta

Vmax= \frac{Iled}{hfe_m} \cdot R

Occorre che:

Vmax < Vmin
Turk182 ha scritto:- Nella formula "C" per il calcolo del guadagno minimo del Darlington, c'è di nuovo il valore Caduta-di-tensione.
Segue la condizione: Caduta-di-tensione << 2*Vbe (se vogliamo "vera" la A)
Penso significhi che deve essere molto minore di 2*Vbe, ma come faccio a sapere se lo è e di quanto, senza calcolarlo?

Domanda "uovo/gallina" :D

Vogliamo calcolare il guadagno minimo del darlington?

hfe_m=\frac{Iled}{\frac{Vmax}{R}}

oppure la tensione Vmax?

Vmax= \frac{Iled}{hfe_m} \cdot R

oppure il valore della R

R=\frac{Vmax}{\frac{ILed}{hfe_m}}

Se fin qui e' tutto chiaro (non ci credo , ma lo spero :D ) proseguiremo con il terzo punto nel prox post.
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[19] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto UtenteTurk182 » 26 mar 2021, 18:48

Elfo, meno male che hai pazienza (finché non la perdi... ;-) )
Credimi, faccio il possibile per capire.

Forse il punto che mi metteva ( o mi mette) in difficoltà è:
Stabilire arbitrariamente quanto minima deve essere la caduta di tensione tra il punto A e B (...perché "vuoi" renderti indipendente dal guadagno del transistor), piuttosto che adattare il blocco B3 al segnale in uscita dal Blocco B2, che essendo composto dal filtro RC fisso, non è soggetto a modifiche dei componenti come non lo è il PIR, quindi la caduta di tensione che provoca, dovrebbe essere prevedibile come lo è l'uscita del PIR (on/off - 0-3.3V).
In altre parole, non sarebbe come considerare B1 e B2 come un unico blocco e adattare quello che viene dopo di conseguenza?
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[20] Re: Mini lampada LED con PIR - Guida al calcolo dei parametr

Messaggioda Foto Utenteelfo » 26 mar 2021, 20:24

Turk182 ha scritto:In altre parole, non sarebbe come considerare B1 e B2 come un unico blocco e adattare quello che viene dopo di conseguenza?

A mio modo di vedere il blocco B3 e' quello da cui partire (insieme al B1 - PIR) e di conseguenza si dimensiona B2.

In realta' il problema e' stato posto inizialmente come "calcolo e verifica" di un circuito con una topologia e valori dei componenti gia' definiti.

Se guardi il circuito di Foto Utentestefanopc post [7] ti accorgi che il blocco B2 e' stato completamente "stravolto" da cui la necessita' di considerare R e C un blocco a se stante.

Nei prox giorni analizzeremo il punto che tanto ti perplime :D
Turk182 ha scritto:Ma il parametro che mi confonde di più è il valore della Vce
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