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

[Turk182]

Si, Sacrosanto.
L'unità di misura è sempre l'Ampere.

[Turk182]

Quindi nel caso dei BC547C/548C, il calcolo del guadagno dovrebbe essere:
https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/bc546-d.pdf

hfe (Ic = 2 mA, Vce = 5.0 V)
Ib = 0.02 / 420 = 476 uA
Sempre dal grafico hfe normalizzato (fig. 1) i 476 uA sono a circa 0,73
hfe = 420 * 0.73 = 306.6 (300)
hfe(c) = 420 * 300 = 126000

Come dicevi, questo guadagno elevato permetterebbe un valore della resistenza di filtro, maggiore di almeno 10 volte (fino a 50).
Quindi si potrebbe impiegare 100K con 10 uF, oppure 250K con 4,7 uF, per fare un paio di esempi.

Dando per assodato un guadagno complessivo di almeno 100000 - 120000, sceglie una combinazione oppure l'altra (10K + 100 uF, piuttosto che 250K + 4,7 uF), cambia la precisione del circuito?

perché può essere utile utilizzare un dielettrico migliore dell'elettrolitico?
Per questa applicazione non sarebbe abbastanza buono?

[elfo]

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?

Il circuito di Fig. 1a e' quello disegnato da stefanopc.

Il circuito di Fig. 1b e' la sua schematizzazione, in cui:

- l'amplificatore (non e' un operazionale) ha un guadagno (invertente) -A e corrisponde a Tr1 con annessa resistenza R1 del circuito di Fig. 1a

- la resistenza R e il condensatore C corrispondono a R2 e C del circuito di Fig. 1a

Il condensatore cosi connesso e' effettivamente una "capacita' Miller".

Si puo' dimostrare 1) che in questo tipo di circuito il valore della "capacita' equivalente" e' il valore del condensatore reale moltiplicato per il fattore (1 + A).

Vediamo adesso quanto vale il guadagno A nel circuito di Fig. 1a e il suo effetto quantitativo sul valore del condensatore.

Ci sono vari metodi per calcolare A.
Io utilizzero' un metodo naive "by inspection".

La tensione Vin in ingresso al circuito varia da 0 V a (circa) 3 V (approssimo ora e di seguito perche' non abbiamo bisogno di calcoli precisi, ma solo ordini di grandezza. Inoltre le approssimazioni derivano anche dal fatto che il circuito non viene fatto lavorare totalmente nella sua zona lineare. L'hfe dei transistor e' posto a 100)

La variazione 0 - 3V produce una variazione di corrente nei Led (e in Tr2) di 20 mA.

La corrente di base di Tr2 varia di conseguenza da 0 a



La variazione di corrente di scorre nella resistenza R1 (10 kohm) e produce nel nodo A (uscita dell'amplificatore) una variazione di tensione:



Il guadagno A dell'amplificatore vale:

(l'amplificatore e' invertente)

Il valore del condensatore equivalente vale



cioe' - con i valori dei componenti del circuito - poco piu' di 1.5 volte il valore reale.

Nota 1
La dimostrazione viene omessa per brevita' ma e' disponibile per es.

https://en.wikipedia.org/wiki/Miller_effect

o su un qualunque buon testo di elettronica.

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[stefanopc]

Mille grazie a Elfo.
Ciao

[stefanopc]

Riguardo i condensatori elettrolitici soffrono piu di tutti i componenti :
- problemi di tolleranza costruttiva notevole
- grande variazione delle caratteristiche nel tempo
- invecchiamento piuttosto rapido.
Unici vantaggi costo e dimensioni minori.
Su valori inferiori ai 47 / 22uF è facile e non troppo oneroso utilizzare i tantalio e sotto a 1 uF le dimensioni dei poliestere sono accettabili per uno stampato di quelle dimensioni (con Vmax 35V).
I tantalio sono anche loro elettrolitici ma non contengono liquido per questo la loro durata è approssimabile a quella di tutti i componenti passivi.
Riassumere tutto un libro di tecnologia elettronica in poche righe rimane complicato ma a grandi linee è abbastanza corretto ragionare in questo modo secondo me.
Ciao

[daniele1996]

perché non usare un fotoaccoppiatore e un mosfet che chiude a massa? Il pir accenderebbe solo un led, e senza troppe complicanze potresti gestire anche un carico di qualche ampere... Io ho usato gli 817B associati a degli IRFZ44 Package TO-263

[stefanopc]

Ma il mosfet col fotoaccoppiatore fanno il controllo a corrente costante dei led e accensione e spegnimento " stile luce di cortesia" ?
A me non sembrerebbe.
Ciao

[daniele1996]

puoi sempre mettere un circuito RC e sì accendono gradualmente...

[Turk182]

Parlando con sincerità, sto cercando di ritagliarmi del tempo per studiare con calma gli ultimi tre blocchi di Elfo, giusto per confrontare i calcoli necessari per dimensionare ciascun circuito e magari sistemare il foglio elettronico per calcolarli entrambi.

Ho molto apprezzato che Elfo abbia iniziato le spiegazioni dal circuito per il quale facevo domande, tenendo alla fine, quelo che probabilmente è il circuito più adatto a questa applicazione.
Un modo di procedere coerente, rispettoso e costruttivo.
Non posso non sottolinearlo.

Elfo, grazie.

Giusto per fare il punto, un breve riassunto dei due circuiti:

- Entranbi comandati da sensore PIR HC-SR501.
- Entrambi alimentati con tensione DC, scelta in funzione del carico, tra 5, 9, 12, 15 e 18V, massimo.
- Entrambi impiegano un filtro RC a costante di tempo (R1 + C1, circuito base) per un effetto soft-on, soft-off, di circa 1 secondo.
- Entrambi impiegano una coppia di transistor:
Circuito A - Configurazione coppia Darlington (2 x NPN, Post da 1 a 26)
Circuito B - Configurazione coppia Sziklai (NPN + PNP, Post 7, 27 e 33).

Come riassunto nel post 32, per il circuito con Darlington impiegherei BC547C o BC548C (hfe minimo di 420).
Circa il dimensionamento del filtro RC, abbiamo stabilitò che il guadagno permette una riduzione dei valori dei componenti, che fissiamo a 220K per R1 e 4,7 uF per C1.

Circa il circuito con coppia Sziklai, c'è una parte che mi piacerebbe approfondire:

Elfo ha scitto:
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".

Elfo, se impieghiamo un BC547C come NPN, il suo "perfettamente complementare" è un BC557C generico?
Come dire, basta che siano della stessa classe (C), per considerarli perfettamente complementari?

Ti andrebbe di spiegarmi meglio la parte finale (sopra citata), per dimensionare R1 in modo "acconcio"?

[elfo]

Turk182 grazie per le gentili parole.

Partiamo dal semplice:
qui sotto sono riportati i tre schemi presentati in questo thread:

- Fig. 1a Darlington
- Fig. 1b Sziklai
- Fig. 1c ??? non ho idea se ha un nome preciso. L'unico riferimento che ho e' che e' la meta' di un "Diamond Buffer" di Fig. 2

Il Diamond Buffer non ha pero' attinenza al ns circuito (e' "molto quotato" in ambito audio)

Veniamo al "difficile":

Dei primi due circuiti abbiamo gia detto:

Lo Szikali e' "meglio" per ns scopi perche' offre una sola Vbe in serie al segnale di pilotaggio.

Quello che capisco poco e' quando affermi:

BC547C o BC548C (hfe minimo di 420)

Dal datasheet in mio possesso risulta un valore minimo molto piu' piccolo.
Nel tuo caso ti riferisci agli esemplari in tuo possesso di cui hai misurato il guadagno?

Entrando in questo ambito occorre ritornare a quanto avevo scritto (post[16]):

Risposta "impossibile": manca l'ambito di applicazione del circuito...

Quanti esemplari devi costruire (1, 100, 10000...), che applicazione ha (civile, industriale, spaziale..., quanto deve costare, ecc.?

Finche' non si definiscono questi aspetti insieme a precisione, ripetibilita', manutentabilita', ecc. e' difficile dare risposte "sensate".

Passiamo al "difficilissimo":

Il circuito di Fig. 1c in cui

la compensazione - sia come "caduta" sia in temperatura" - e' "perfetta"

come abbiamo visto qui sopra non e' uno sziklai.

Ho scritto "perfetta" tra parentesi perche' mentivo (sapendo di mentire ).

- 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 transistor (anche quando il costruttore li dichiara tali) non sono mai "perfettamente complementari"
- La condizione di lavoro che ho imposto porta i due tranistor a lavorare in condizioni diverse

Guarda lo schema di Fig.3

e' la corrente di emettitore di Tr1 ed e' uguale a

ILed e' la corrente di collettore di Tr2

Quindi le correnti di collettore (o di emettitore) dei due transistor NON sono uguali -> condizioni di lavoro diverse.

Inoltre da una osservazione "by inspection" del circuito e' evidente che le Vce dei due transistor sono generalmente diverse.

Tutto questo porta a dire che la compensazione e' tutto meno che perfetta.

Pero' lo e' (perfetta) al primo ordine, nell'ambito del ns circuito, per come lo posso ipotizzare/valutare io.

Come si dimensiona R1 in modo "acconcio"?

Good question, direbbero gli yankee.

Si tratta di soddisfare - contemporaneamente - due esigenze contrastanti:

a) le due Vbe devo essere (e rimanere) il piu' uguali possibile se vogliamo avere una ILed calcolata precisamente e quindi IR1 = ILed

1)

b) La caduta di tensione sulla R del secondo blocco (RC che produce il "ritardo") deve essere la piu' piccola possibile e quindi la corrente di base di Tr1 deve essere a sua volta "piccola".

Da questo ne consegue

2)

Il valore di R1 puo' quindi "variare" tra quello calcolato con la 1) e quello della 2)

Qual e' il valore "giusto"?

Come vedi appena ci si sposta dal "problemino da elementari" (Nota 1) non esiste la risposta "secca" ma occorre un po' di fantasia.

Quello che ti posso proporre e':

Disegna il tuo circuito "definitivo" con la topologia che preferici e tutti i valori dei componenti che ritieni "piu' giusti" con le specifiche (il manuale) e io provo a fare una verifica indipendente di come - a mio giudizio - funziona (o dovrebbe funzionare) il tutto.

1) Conoscerai certamente quell'esempio di problema dato in un classe elementare:
Ci sono 25 soldati che devono essere trasportati da alcuni camion.
Ciascun camion puo' trasportare 8 soldati.
Quanti camion occorrono?

Risposta:

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