Circuito con resistore, led (diodo luminoso) e condensatore in parallelo

[topolo]

Salve, ho intenzione di realizzare un circuito con led e il suo resistore, con in parallelo un condensatore. Su Internet ho trovato molti schemi, tra cui uno in allegato. Ma mi sorge un dubbio. Vorrei sapere quali sono le formule per personalizzare il circuito, e scegliere i valori del resistore e del condensatore.

Resto in attesa.

 

Modificato: 1 marzo 2022 da topolo

[Ctec]

Per il calcolo della resistenza, dati Vc=3Vdc, Id= corrente nel led e Vd la caduta nominale del led:

R = (Vc-Vd) / Id     (se metti le V in volt e la I in A, ottieni R in ohm)

 

Come si vede, dipende molto dal led, soprattutto per bassi valori di Vc. Senza specifico datasheet, la seguente tabella è una buona guida:

Per la Ic dipende dall'efficienza del led. Una volta si dovevano dare almeno 10mA per una luminosità decente. Oggigiorno con 5mA o meno si va tranquilli.

 

Per cui, nel tuo caso, supponendo un led verde da 5mA, avremmo R1= (3-2)*0.005 = 200 ohm (valore E12 più vicino 220 ohm. Lo so, anche 180, ma meglio un po' meno corrente che di più).

Non ultimo valore da considerare è la potenza che deve dissipare la resistenza. Questa vale P = (Vc-Vd) * Id, che sempre nel caso fa 0.005W, nessun problema anche con 1/8W.

 

Poi, a mio parere, il condensatore non serve a un piffero. Non ci sono impulsi per cui è necessario abbassare l'impedenza del generatore.

[Dumah Brazorf]

Il condensatore non serve a niente, l'alimentazione è in dc ed il "carico" è costante.

Modificato: 1 marzo 2022 da Dumah Brazorf

[topolo]

Grazie per la risposta.

Il condensatore in questo caso mi è utile allo spegnimento del led, per creare un effetto di dissolvenza, togliendo alimentazione al circuito o mettendo un interruttore al +.

Allego altra immagine.

Il motivo per il quale mi servono le formule per trovarmi il valore del condensatore più adeguato.

 

 

[Ctec]

Dalla formula di scarica di un condensatore

V(t) = Vo e^(-t/RC)  dove t è il tempo,

e siccome il led si spegnerà quando la tensione ai suoi capi sarà Vd, e semplificando considerando il diodo come un carico costante, avremo V(t) = Vd e ricaviamo il tempo necessario:

t = -RC ln(Vd/Vo), dove Vo è la tensione iniziale del condensatore (pari a Vc della batteria), R la resistenza in serie (trascurando quella del led) e ln è il logaritmo naturale (base e).

Siccome vuoi trovare C, sarà

C = - t / (R ln(Vd/Vo))  con t in secondi, R in ohm e C in farad

Non sarà accuratissimo, ma è una base di partenza. Considera poi la tolleranza del condensatore, non inferiore al 20%...

[topolo]

Nella formula R*C, quale resistore devo considerare? Inoltre il tempo t, a cosa corrisponde?

 

 

[Ctec]

5 minuti fa, topolo ha scritto:

quale resistore devo considerare?

La resistenza che scarica il condensatore, nel tuo caso R1 (non considerando la resistenza interna del led per semplicità).

t è il tempo che vuoi aspettare tra quando sconnetti la pila e il led si spegne.

Ripeto, non è precisissimo, non ho considerato il comportamento del diodo led (visto come ideale), ma ti dà un buon ordine di grandezza. Poi vale la sperimentazione

[topolo]

Quindi secondo la formula t=- RC ln(Vd/Vo), e supponendo di avere un resistore da 1K ohm, un condensatore da 2200uF, un generatore da 9v e un led rosso,

t= -1000ohm*0,0022*ln(1,8/9)= -2,2*ln(0,2)=-2,2*1,6=3,52 s

Per cui il valore del condensatore sarà uguale, secondo la formula C= - t / (R ln(Vd/Vo))

C= -3,52s/(1000*ln(1,8/9)=-3,52/(1000*ln(0,2))=-3,52/(1000*(-1,6))= -3,52/-1600=0,0022F, che poi diventa 2200uF

Da ciò emerge che se voglio che il led si spenga in circa 3/4 secondi un condensatore con una capacità di 2200uF e un resistore da 1000K, saranno sufficienti.

Grazie per la risposta e per avermi tolto questo dubbio.

 

 

 

[Livio Orsini]

5 ore fa, topolo ha scritto:

Da ciò emerge che se voglio che il led si spenga in circa 3/4 secondi un condensatore con una capacità di 2200uF e un resistore da 1000K, saranno sufficienti.

 

Il problema è che con 1000k in serie il diodo non si illumina!

Devi, per prima cosa, considerare quale corrente necessita al diodo per emettere una luce sufficiente.

Nello schema che hai riportato il resistore in serioe al diodo ha una resistenza di 470 ohm; con questo valore di resistenza circolarà una corrente di circa 15mA, valore che sembra adatto a far emettere luce ad un normale diodo LED.

Già con 1000 ohm quel LED emetterà una luce piuttosto fioca.

 

Se lasci i 470 ohm di resitenza e 2200µF, spannometricamente, dopo circa 0.5" il diodo emette ancora un poco di luce.

 

 

[Ctec]

Livio, nel suo ultimo post ha scritto 

5 ore fa, topolo ha scritto:

un generatore da 9v

per cui anche 1k andrebbe bene, soprattutto coi led moderni.

 

[Livio Orsini]

12 minuti fa, Ctec ha scritto:

per cui anche 1k andrebbe bene, soprattutto coi led moderni.

 

Si,ma lui ha scritto:

5 ore fa, topolo ha scritto:

e un resistore da 1000K,

 

Non avrei certo scrittoo la precisazione per un valore di 1000 ohm in luogo di 470ohm🙂

 

Con 1000 ohm e 2200 µF si ha un costante di tempo pari a 2,2 sec.,che significa che dopo 2,2 secondi, partendo da 9V, trascurando la resistenza diretta del diodo, la tensione da 9V sarà scesa a 2.43V, poco sopra la soglia del diodo. Per questo ho scritto che 0.5", a spanne, mi sembra il tempo per cui si il diodo emette una luce apprezzabile.

[Ctec]

Minkia, non avevo letto bene... 1000k = 1M... non s'illumina un piffero...

[topolo]

Scusate il resistore era da 1K.

Comunque sono passato al lato pratico e i calcoli non corrispondono, poiché bisogna tener conto della resistenza che il led produce nel circuito. Così mi è venuto spontaneo affermare che: siccome per trovare il valore del resistore si procede a (Vc-Vd)=(9-1,8)=7,2V (nel mio caso) e poi dividerlo per la corrente (es. 0,005mA), ottengo il valore del resistore (1440ohm). Successivamente ai capi del resistore ho una tensione di 7,2V, per cui andrò a togliere 1,8V della caduta di tensione ai capi del led (7,2-1,8)=5,4V/0,005=1080 ohm (ovvero la resistenza che il led produce nel circuito). Per cui andando a sommare il resistore e la resistenza del led, otterrò: (1000+1080)=2080ohm, per cui nella formula: t= -RC ln(Vd/Vo), andrò a sostituire a R la somma delle due resistenze (del resistore e del led).

Questo è stato il mio procedimento. Il tempo effettivo coincide. Si può procedere in questo modo? O esistono altri metodi?

Resto in attesa

 

 

[patatino59]

Il Led non ha una resistenza che puoi sommare per determinare il tempo.

Da 0 a 1,8 volt è spento, ed è come se la sua resistenza fosse infinita.
Durante la conduzione, da 1,8 a circa 2,1, passerà la corrente calcolata.

Oltre i 2,1 volt la resistenza del diodo si abbassa drasticamente, ed è come se fosse un cortocircuito

 

Il calcolo del tempo lo devi fare come ha descritto Livio, con la curva di scarica del condensatore, e fino alla tensione di 1,8 volt, alla quale il Led si spegne definitivamente.

 

[Darlington]

16 ore fa, topolo ha scritto:

O esistono altri metodi?

 

si... usare un transistor e mettere il condensatore sulla sua base, visto che il transistor richiede molta meno corrente del led puoi abbassare la capacità del condensatore tenendo le stesse temporizzazioni ma per un neofita diventa complicato

[Ctec]

17 ore fa, topolo ha scritto:

Comunque sono passato al lato pratico e i calcoli non corrispondono, poiché bisogna tener conto della resistenza che il led produce nel circuito.

Infatti avevo scritto:

Il 1/3/2022 alle 11:06 , Ctec ha scritto:

Ripeto, non è precisissimo, non ho considerato il comportamento del diodo led (visto come ideale), ma ti dà un buon ordine di grandezza. Poi vale la sperimentazione

 

17 ore fa, topolo ha scritto:

O esistono altri metodi?

Un po' complicato, ma con un circuito PWM con duty cycle che va dal 100% allo 0% fa il lavoro con parecchia precisione.

[topolo]

Va bene, grazie per le risposte.

Ma esistono altre formule per calcolare precisamente il tempo di scarica del led?

 

[Livio Orsini]

25 minuti fa, topolo ha scritto:

Ma esistono altre formule per calcolare precisamente il tempo di scarica del led?

 

Non è il tempo di scarica del LED ma della capacità (condensatore).

Purtroppo no, non esistono altre formule per calcolare la tensione di carica e di scarica di un condensatore, dato che dipende da una precisa legge fisica.

La tensione ai capi del condensatore durante la carica segue questa legge:

 Vt = V_B * (1 - e ^-(t/RC) )

 

Mentre, similmente, durante la scarica segue la legge:

Vt = V₀*e ^-(t/RC)

 

R = resistenza di carica

C = capacità del condensatore

t è il tempo di carica o scarica

Vt è il valore di tensione iniziale del condensatore

V₀ è il valore di tensione a inizio carica o scarica

V_B = valore di tensione a cui tende la carica del condensatore (tensione di batteria o di alimentazione)

e è la base di logaritmi naturali e, approssimato, vale 2.71

 

Quando t è uguale al prodotto R*C significa che è trascorsa 1 costante di tempo, la tensione del condensatore, durante la carica, varrà 0.63* (V_B -Vt); Similmente durante la scarica la tensione del condesatore varrà 0.27 * V_O ovvero il 27% del valore di inizio scarica. (100-63=27)

Se, ad esempio, hai il condensatore carico a 9V con una costante di tempo pari a 2.2 secondi, dopo 2.2 secondi la tensione del condensatore sarà Vc = 9 * 0,27 = 2.43V, dopo altri 2.2secondi la tensione varrà 2.43 * 0.27 =  0.6561, e così via.

Si dice che la tensione di carica o scarica di un condensatore è assintotica perchè non raggiungerà mai il valore di batteria (carica) o zero scarica; nella pratica si considera che dopo 10 costati di tempo un condensatore sia completamente scarico o carico.

 

Quanto sopra esposto è il riassunto banalizzato della mia prima lezione di Radiotecnica, evento avvenuto nel mese di Ottobre del 1959, secondo anno di ITIS per periti elettronici. Sono trascorsi oramai quasi 63 anni ma, essendo un concetto fondamentale, non l'ho dimenticato.🤨

[topolo]

Grazie Livio per questo ulteriore chiarimento.