Alcune domande sui transistor

[aldofad]

non ha senso che la porta di pilotaggio della base del transistor vada in sovracorrente quando il motore rallenta.

[MarkyMark]

Quando il motore decelera il verso della tensione si inverte, ed è allora che dovrei preoccuparmi di introdurre un dispositivo di protezione, no? Invece arduino si scollegava all'improvviso

[Hotz]

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Ho dovuto ridisegnarlo perché avevo ingiustamente accollato il motore all'emittore

Per quanto riguarda il dimensionamento della corrente di base, ho utilizzato l'equazione alla maglia

5V - Rb * Ib - Vbe (circa 0.7V) = 0

E ho ottenuto una resistenza di circa 220Ohm per una corrente di 19mA, tuttavia i valori erano discordanti da quelli ricavati dal taster che in quella configurazione segnava una corrente di 9.2mA

[claudiocedrone]

Il tuo ragionamento è leggermente errato ma non sono in grado di esporti quello corretto (ci penserà qualche vero elettronico), tuttavia posso affermare che il tuo timore che la corrente possa scorrere al contrario, dalla base verso l'out del micro è infondato; il resistore in serie serve solo a limitare la corrente assorbita dalla base; in ogni caso, nell'uso come switch è più adatto un mosfet e, nel caso specifico di pilotaggio tramite tensioni di "livello logico" (out di un micro), il componente adeguato è un mosfet logic-level.

[MarkyMark]

19 mA di corrente di base sono necessari per far saturare il transistor o ne bastano meno? Se stai usando una scheda Arduino Uno sei al limite dato che la massima corrente erogabile dalle uscite digitali è 20 mA.

L'equazione che hai scritto alla maglia di base va bene ma devi scegliere una Ib che faccia andare il transistor in saturazione. Di solito si fa in questo modo:
-Capire quanto vale la corrente di collettore (quella che assorbe il motore)
-Decidere di far lavorare il transistor con un per farlo andare in saturazione. Per tenere conto delle tolleranze dei componenti, variazione dei parametri ecc. si sceglie di solito (il 2 può anche diventare un 3 o 4 ma si rischia di avere una ccorrente di pilotaggio elevata)
-Si calcola la corrente di base
-Se la corrente di base è inferiore alla massima corrente di uscita del pin digitale allora calcoli la resistenza di base usando l'equazione alla maglia di ingresso, altrimenti bisogna prendere un transistor che abbia un più alto.

[Pixy]

Vedo che già in parte ti hanno risposto, comunque se posso qualcosa ti dico anch' io sperando di avere interpretato bene i tuoi dubbi.

- la corrente rilevata sul collettore è sempre uguale ad Hfe * Ib?
Nel caso normalmente in quella maglia fosse presente una corrente > Hfe * Ib il transistor interverrebbe limitandola sino appunto al valore di Hfe * Ib, ma qualora la corrente fosse più bassa, essa rimarrebbe semplicemente tale?

Come fa la corrente di collettore ad essere maggiore di Hfe x Ib ?
In che senso !?
Nel senso che tutta la tensione di alimentazione cadesse sul carico ( chiamiamolo R ) darebbe una corrente maggiore di Hfe x Ib ?
Se così fosse, la corrente nella maglia di uscita sarebbe Hfe x Ib e la tensione sul carico ( che indichiamo con R ) varrebbe R x Hfe x Ib e la rimanente tensione cadrebbe fra collettore e emettitore del BJT

- Quale strada prenderà? L'stinto mi suggerisce che la ripartizione sia perfettamente equa (in arduino si richiude la Ib da esso fornita e nella batteria la Ic). Chi mi corregge?

La corrente Ib sarà fornita dalla batteria dei 5 V e la corrente Ic da quella da 9 V

- La documentazione dei transistor ksp42BU è decisamente scarna. Come faccio a capire quando è iniziata la zona attiva e quando invece il transistor è completamente in saturazione?

Non è scarna. IL datasheet non può dirti dove finisce la zona attiva e inizia la saturazione !
Tu devi sapere a priori qual è la corrente massima che avrà bisogno il motorino !
Al limite nel datasheet c' è il grafico di curve che riporta la Vce di saturazione ad un valore di Ic rispetto ad un rispettivo valore di Ib e che va interpretato )
Però puoi fare a meno di quelle curve.
Ammettiamo che la corrente che ti serve siano al max 100 mA mA ( mi sembra che si stia parlando di un piccolo motorino )
Dalle curve che riportano l' Hfe in funzione della corrente di collettore, guardi qual è il valore di Hfe a quella corrente massima che ti serve
Ma non hai bisogno di fare una cosa precisa.
Prendi come riferimento Hfe = 70 ( all' incirca è questo il valore medio, se guardi il datasheet, anche se per correnti alte forse è molto minore, il grafico si ferma a valori di Ic molto bassi, Il BJT è di piccola potenza... )
Dividi Ic per Hfe
Ib= Ic/Hfe e moltiplichi questo valore per 3 o 5 volte
Così sei sicuro che il BJT andrà in saturazione anche se Hfe fosse molto minore di quello che hai supposto ( cioè anche se fosse 3 volte, 5 volte minore )

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Per quanto riguarda il dimensionamento della corrente di base, ho utilizzato l'equazione alla maglia

5 V - Rb * Ib - Vbe (circa 0.7V) = 0

E ho ottenuto una resistenza di circa 220Ohm per una corrente di 19mA,

Qui non si capisce bene , perché manca la spiegazione.
Perché hai deciso di mandare 19 mA in base ?
Hai fatto il calcolo della massima corrente che pensi che il motore assorba ? ed hai moltiplicato i 19 mA per l' Hfe ?
Spiegati bene, altrimenti è difficile aiutarti.

tuttavia i valori erano discordanti da quelli ricavati dal taster che in quella configurazione segnava una corrente di 9.2mA

Quelli ricavati dal tester sarrebbero una tensione di poco più di 2 V che hai misurato ai capi della resistenza da 220 ohm ? e perciò una corrente di base di solo 9 mA ?
E' così ?
Spiega come hai montato il circuito ( momentaneamente su bread board ? )
Così, sarà molto più semplice spiegati come mai i valori misurati differiscono dai valori calcolati teoricamente.

[aldofad]

Sara' perche' il transistor scalda e tutti i conti vanno a farsi benedire

[MarcoD]

Servono dati in più per il dimensionamento dei componenti:

Conferma che il motorino ha l'induttore a magneti permanenti.

Rileva la corrente media assorbita ( quando gira a vuoto ) dal motore quando è connesso direttamente ai 9 V.
Per esempio 100 mA

Tenendo il motore bloccato per qualche secondo, rileva la corrente massima assorbita.
Per esempio 1 A Si ricava R avvolgimenti = 9 / 1 = 9 ohm

Misura la resistenza ai morsetti del motore, in teoria sarebbero i 9 ohm calcolati sopra, ma non è costante, varia ruotando il motore, dipende dalla posizione delle spazzole sulle lamelle del motore.

[claudiocedrone]

... Per raggiungere il potenziale di terra, la corrente proveniente dall'emittore (Ic + Ib) deve scegliere se richiudersi in Arduino o tornare nella batteria. Quale strada prenderà? L'stinto mi suggerisce che la ripartizione sia perfettamente equa (in arduino si richiude la Ib da esso fornita e nella batteria la Ic). Chi mi corregge ?...

Alt ! Stop ! Forse ho capito l'origine del tuo dubbio... (ma se ci avessi azzeccato devi rivedere i principi di funzionamento dei transistor dalle basi elementari )... mi pare di capire che tu stia ragionando come se la corrente iniettata in base uscisse dal collettore del BJT moltiplicata per il suo Hfe... attenzione che non è affatto così; la corrente iniettata nella base, "da ovunque essa provenga", regola per così dire la corrente proveniente dalla alimentazione che scorre tra collettore ed emettitore, sono due cose distinte e separate (tranne ovviamente per il riferimento comune altrimenti non funzionerebbe nulla) quindi la corrente "proveniente dall'emettitore" è impossibile che esca dalla base per richiudersi nell'Arduino...

[Hotz]

Grazie mille a tutti ragazzi. Ho trovato il vostro aiuto decisamente prezioso.

Concludo con qualche prova realizzata sostituendo al motore una resistenza da 220Ohm e ponendo sulla base una resistenza variabile. La Ie, da un mero bilancio sulla maglia di sinistra, e ipotizzando che la Vce sia 0.7V, ovvero Vcb = 0, dovrebbe valere circa 34.5mA (ovvero, è il valore che vorrebbe raggiungere se non fosse limitata dal transistor)

Rb = 3kOhm
Ib = 0.12mA
Ie = 2.05mA
__________
Rb = 2kOhm
Ib = 0.18mA
Ie = 25mA
__________
Rb = 1kOhm
Ib = 0.18mA
Ie = 30.6mA
__________
Rb = 220Ohm
Ic = 33.9mA

Quest'ultimo valore è sostanzialmente quello asintotico.
Aumentando la Ib la Ic oscillava intorno a quella cifra.

Direi che il transistor funziona :)

... Per raggiungere il potenziale di terra, la corrente proveniente dall'emittore (Ic + Ib) deve scegliere se richiudersi in Arduino o tornare nella batteria. Quale strada prenderà? L'stinto mi suggerisce che la ripartizione sia perfettamente equa (in arduino si richiude la Ib da esso fornita e nella batteria la Ic). Chi mi corregge ?...

Alt ! Stop ! Forse ho capito l'origine del tuo dubbio... (ma se ci avessi azzeccato devi rivedere i principi di funzionamento dei transistor dalle basi elementari )... mi pare di capire che tu stia ragionando come se la corrente iniettata in base uscisse dal collettore del BJT moltiplicata per il suo Hfe... attenzione che non è affatto così; la corrente iniettata nella base, "da ovunque essa provenga", regola per così dire la corrente proveniente dalla alimentazione che scorre tra collettore ed emettitore...

Certo Claudio! La Hfe * Ib regola il limite massimo di corrente che può attraversare il collettore, giusto?

Ovvero, se nel collettore volesse scorrere una Ic > Hfe * Ib, il transistor la riporta al valore massimo di Hfe * Ib.

E' corretto il ragionamento?


P.S.: mi sembra di aver compreso due cose:

- L'elettronica è molto aleatoria, quando i circuiti iniziano a complicarsi più del previsto le equazioni dell'elettrotecnica cominciano ad assumere una funzione ausiliaria, ma la progettazione vera e propria avviene in modo piuttosto empirico.

- Data la così elevata sensibilità dei transistor ai parametri ambientali e alle piccole oscillazioni di corrente o tensione, come può un computer funzionare tanto precisamente in condizioni ambientali così disparate?