Semplici domande, da nubbio, sui transistor

[nik57]

premetto che pasticcio un po' con l'elettronica da qualche anno per curiosità e divertimento (sono in pensione) 

vorrei comandare/regolare semplici led bianchi con un sensore PIR HC-SR501 (con l'aggiunta di una fotoresistenza per avere anche l'effetto crepuscolare) tramite un transistor e senza relè e dissipatore...

 

i led sono banali lampade usb (alcune con 2 led altre con 4 o 6) con un assorbimento dai 400 a 900 mA, il tutto alimentato con un normalissimo alimentatore/caricabatterie da 5V/1A (con un tester usb leggo valori tra i 400-700 mA-3.7V)

 

tra i vari transistor a disposizione, quelli con una Ic adeguata (credo) sono alcuni BC-639 (Ic 1A), BC-517 (Ic 1.2A), BC-32740 (0.8A), BD-139/140 (1.5A);
vorrei preferibilmente usare i BC-517 o 139/140 (solo perchè sono i più numerosi: 20..) se sono adatti;

ho letto qualcosa in rete ma non mi è chiaro se in questo caso è necessaria la resistenza sulla base, visto che di suo il PIR HC-SR501 ha un livello di uscita uscita di 3.3V ed una corrente di 10mA

 

inoltre volendo usare due transistor meno potenti in parallelo (stesso lotto), è necessaria la resistenza tra emettitore e massa visti i valori in gioco?

se si da quanti ohm?

grazie
  nik

[Livio Orsini]

12 ore fa, nik57 ha scritto:

inoltre volendo usare due transistor meno potenti in parallelo (stesso lotto), è necessaria la resistenza tra emettitore e massa visti i valori in gioco?

 

Questa è una soluzione che ti sconsiglio vivamente!

 

I LED si pilotano in corrente  e non in tensione, quindi se vuoi avere l'effetto crepuscolo e alba devi regolare la corrente che assorbono le lampade ma, da quanto scrivi, sembra che queste abbia giù il proprioregolatore interno.

Dovresto scrivere i dati delle lampade di cui disponi, marca e modello.

 

13 ore fa, nik57 ha scritto:

PIR HC-SR501 (con l'aggiunta di una fotoresistenza per avere anche l'effetto crepuscolare) tramite un transistor e senza relè e dissipatore...

 

La foto resistenza al più misura la luce, in quanto a non voler il dissipatore per i transistor non mipare tanto possibile, viste le correnti in gioco.

 

Dovresti spiegare un poco meglio quello mche intendi fare.

La fotoresistenza da un valore variabile in funzione della luce che riceve, se vuoi modulare la luce usandola come resistore, devi per pima cosa, misurarla, quindi pilotare i LED in funzione del riferimento e della misura.

Il PIR serve solamente per rilevare la presenza di un oggetto in movimento, di una persona in movimento, di un animale in movimento.

 

Ripeto, spiega meglio e dettagliatamente quello che vorresti realizzare perchè credo che il dimensionamento dei transistori sia l'ultimo dei problemi da risolvere.

[NovellinoXX]

Qui trovi diversi schemi per l'utilizzo dell' HC-SR501

Il fotoresistore fa da crepuscolare, cioè con la luce del giorno inibisce il sensore di movimento.

[Claudio F]

16 hours ago, nik57 said:

quelli con una Ic adeguata

 

È mica così semplice... Devono avere anche una bassa tensione di saturazione, altrimenti con correnti così importanti la temperatura va alle stelle. E per questo non possono essere darlington (come il 517), serve una corrente di base ben maggiore, e devono avere un conteniore in grado di smaltire il calore. Come minimo serve un transistor pilota. Con lo schema seguente possiamo aspettarci un innalzamento della temperatura del BD140 (senza dissipatore) di circa 35 gradi.

 

 

[nik57]

come al solito ho chiaro in mente quello che voglio fare, ma altra cosa è esprimerlo correttamente....cerco di spiegarmi meglio

vorrei alimentare (accendere e spegnere), tramite un normalissimo alimentatore/caricabatterie da 5V/1A (un alimentatore per ogni led), piccole lampade led (tipo quelle  in foto) utilizzando un transistor comandato dal  PIR HC-SR501 che ha un livello di uscita uscita di 3.3V ed una corrente di 10mA;

 

il PIR HC-SR501 è anche predisposto per alloggiare una fotoresistenza (sulla scheda c'è la piazzola su cui saldarla), in questo modo potrei regolare la sensibilità del PIR ed i tempi di uscita del segnale per accender/spegnere i led, e tramite la fotoresistenza sfruttare la funzione disable imput in modo da attivare lo HC-SR501, alimentare con i suoi 3.3V la base del transistor ed accendere la lampada led al buio;
il tutto alimentato con i 5V 1A dell'alimentatore

 

marca/modello dei led non li conosco, gli unici dati che ho sono quelli misurati con il voltmetro/amperometro usb in foto e quelli (foto 3) indicati dal venditore 

 

i miei dubbi riguardano (ma forse sbaglio) la "gestione" del transistor...
dal Datasheet del BD139/140 mi sembrava di aver capito che potesse reggere una Ic di 1.5A; visto l'assorbimento di circa 600 mA dei led, perchè dovrebbe scaldare tanto? centrano forse i 900 (1500-600) mA rimanenti?

 

**********

peraltro ho anche a disposizione relè a 3V che (solo per motivi di spazio, se possibile) preferirei non usare, e dissipatori

di diversa misura recuperati da alimentaori cannibalizzati....

 

voglio sperimentare, senza rischiare di mandare a fuoca casa....
in ogni caso mi leggerò altro sui transistor; pensavo che visti voltaggio e corrente simili a quelli dei led, bastasse fornire alla base una piccola corrente (i 15mA del PIR) per farlo funzionare senza problemi come interruttore (Ic più che abbondante)...

  

 

grazie

  nik

 

******** N. d. M. ********

 

Le citazioni della concorrenza non sono gradite.😀

Modificato: 10 febbraio da Livio Orsini

[ALLUMY]

Prima di bruciare un transistor, fai questa semplice prova: al posto del transistor colleghi un semplice diodo tipo 1N4007 e una resistenza in serie da 10ohm 1/4W, così simuli una giunzione BE. Dopodiché misuri la corrente e verifichi anche se la tensione in uscita dal modulo rimane a 3,3V.

Se la tensione rimane a 3,3V allora è altamente consigliabile mettere una resistenza sulla base del transistor che userai per accendere i led, altrimenti lo bruci. 

Spero di esserti stato utile. 🌃 

Modificato: 10 febbraio da ALLUMY

[nik57]

ti ringrazio, domattina ci provo...

[NovellinoXX]

Il modulo PIR ha già una resistenza da 1Kohm in uscita.

Modificato: 10 febbraio da NovellinoXX

[Livio Orsini]

7 ore fa, nik57 ha scritto:

dal Datasheet del BD139/140 mi sembrava di aver capito che potesse reggere una Ic di 1.5A; visto l'assorbimento di circa 600 mA dei led, perchè dovrebbe scaldare tanto? centrano forse i 900 (1500-600) mA rimanenti?

 

Ora è chiaro cosa intendi fare.

 

Devi leggere il data sheet, specialmente le curve di dissipazione e massima èotenza, per comprendere meglio.

Osservsa il grafico della figura 2e capirai meglio.

Inoltre il valore di -1,5A è il valore di corrente massimo assoluto, questi valori sono praticamente teoricie non per impieghi pratici.

 

Consiglio mio: osa lo schema di Claudio F e metti un piccolo dissipatore al BD140, lavorerà meglio edin sicurezza.

 

[nik57]

15 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

 

Ora è chiaro cosa intendi fare.

 

Devi leggere il data sheet, specialmente le curve di dissipazione e massima èotenza, per comprendere meglio.

Osservsa il grafico della figura 2e capirai meglio.

Inoltre il valore di -1,5A è il valore di corrente massimo assoluto, questi valori sono praticamente teoricie non per impieghi pratici.

 

Consiglio mio: osa lo schema di Claudio F e metti un piccolo dissipatore al BD140, lavorerà meglio edin sicurezza.

 

infatti... 1.5A, oltre il doppio di quelli utilizzati dai led...pensavo fossero abbastanza per farlo lavorare in sicurezza; ho iniziato a leggere/capire i grafici...purtroppo non conosco l'inglese e devo aiutarmi con google 

 

lo schema di Claudio F va bene considerando che la base del BC547 sarà alimentata dai 3.3V-10mA? 

Modificato: 10 febbraio da nik57

[Livio Orsini]

48 minuti fa, nik57 ha scritto:

lo schema di Claudio F va bene considerando che la base del BC547 sarà alimentata dai 3.3V-10mA? 

 

Facciamo 2 conti secondo l'algoritmo della collaboratrice domestica.🙂

 

Ipotizziamo che la corrente di collettore, che circola nel BD140, sia pari a 0,6A.

Il valore minimo di H_fe è pari a 25, quindi la correispondente Ib sarà di circa 24mA. Il BC547 ha una resitenza di collettore di 100 ohm; la 470 tra emitter e base del BD140 è ininfluente perchè la tensione di base si attesta a circa 0,7V meno di quella di emettitore, quindi siamo a 4,3V. La corrente di collettore del BC547 sara quindi pari a circa 43mA, di cui 24mA deivano dalla base del BD140 e 19mA dalla tensione di alimentazione.

Il guadagno di corrente del BC547, per quella corrente di collettore, è di circa 120, quindi in base scorreranno circa 0,36mA.

Il transistor lavora come interruttore quindi, per garantire un'ottima e veloce saturazione, deve essere sovra pilotato; empiricamente dovremmo fornire una corrente maggiore di10 volte, quindi 3,6 mA.

Se la tensione di pilotaggio è 3,3V, considerando i canonici 0,7V di tensione di base, avremo Rb = (3,3 - 0,7) / 3,6mA ==> 2600/3,6 = 722 ohm.

Quindi il resitore da 1kohm previsto assicura un valore di corrente anche più basso: 2,6mA.

 

Attenzione. Se il modulo ha gia un resistore di limitazione pari a 1kohm, devi collegare la base direttamente all'usicta del modulo.

Ti consigli di fare una semplice verifica poni in serie alll'uscita un resistore da 1kohm ed un diodo qualsiasi verso lo zero volt, il diodo con il catodo sullo zero volt simula la giunzione base emitter. Poi misuri la tensione sai capi del resistore. Se c'è già un resistore di limitazione all'interno del modulo misurerai all'incirca 1,3 V.

[Ctec]

Piccoli calcoli con semplificazioni: dato lo schema di @Claudio F e i dati del led (4V 0.6A circa), si vede che il BD140 ha una Vce(sat) massima di -0.5V, per cui non ci sono problemi per avere in uscita 4V partendo da 5, data una Vce di -1V. Dato il suo guadagno in continua hFE dal grafico si ottiene un valore, per -0.6A, di poco più di 65, facciamo hFE=60 per stare sicuri.

Per saturare sicuramente il transistor, con una Ic=-0.6A si vede che devo avere Ic=20*Ib almeno, e otterrei una Vce di circa -0.25V

Dalla SOA vedo che con una Vce di -0.25V posso tirare almeno Ic=-1A senza danneggiarlo. Quindi, in definitiva dovrei avere Ib=Ic/20=-0.6A/20=-30mA almeno e una Vbe di almeno -0.9 o -1V, e in tal caso dissiperei:

P=Pc+Pb=(Vce*Ic) + (Vbe*Ib)=(-0.25V*-0.6A) + (-1*-0.03A)=0.15+0.03=0.18W che non sono tantissimi. Guardando il grafico, non avresti derating fino a temperature superiori a 125°C.

Da questo, in linea teorica e semplificando, si ottiene che per pilotare il carico va bene, purché tu abbia una Ib di -30mA, altrimenti esci dalla saturazione e dissipi un monte, bruciando il transistor.

Ora, guardando il pilota con il BC547, usando almeno un BC547B che ha una Vce(sat)=0.8V per Ic=30mA e un guadagno di almeno hFE>110, si ottiene che in ingresso dovremmo avere Ib=30mA/110 cioè circa 0.27mA per pilotarlo in saturazione. Con circa 30mA di collettore si ha una Vbe=0.77V circa. La resistenza di base fornisce Ib=(Vin-Vbe)/R= (3.3V-0.77)/1000=2.5mA che è dieci volte il necessario, per cui è ok.

In tali condizioni, il BC ha una Vce=0.8V circa, per cui data la necessità di Ib=-30mA per il BD, si ha che la R di base del BD deve essere inferiore a R=(5V-Vbe-Vce)/0.03A=(5-1-0.8)/0.03A=107ohm, quindi va bene da 100. Mi torna che dissiperebbe intorno a 90mW, per cui anche una 1/4W andrebbe bene.

Comunque, in conclusione, il circuito proposto è ben dimensionato, probabilmente non serve neanche un dissipatore, oppure uno piccolo.

 

Battuto dal sempre efficientissimo Livio...

Modificato: 10 febbraio da Ctec

[nik57]

9 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

......

Attenzione. Se il modulo ha gia un resistore di limitazione pari a 1kohm, devi collegare la base direttamente all'usicta del modulo.

Ti consigli di fare una semplice verifica poni in serie alll'uscita un resistore da 1kohm ed un diodo qualsiasi verso lo zero volt, il diodo con il catodo sullo zero volt simula la giunzione base emitter. Poi misuri la tensione sai capi del resistore. Se c'è già un resistore di limitazione all'interno del modulo misurerai all'incirca 1,3 V.

piu o meno quanto suggerito  da ALLUMY....
ci provo....intanto grazie a tutti per i suggerimenti/spiegazioni della serva sempre utili!!! 

[Livio Orsini]

4 minuti fa, Ctec ha scritto:

Dato il suo guadagno in continua hFE dal grafico si ottiene un valore, per -0.6A, di poco più di 65, facciamo hFE=60 per stare sicuri.

 

Sei un po' ottimista. Dal databook SGS, ora ST, mi ritrovo per quelle condizioni operative un minimo di 25.

 

Io un piccolo dissipatore lo metterei, i 35°C di sovratemperatura del case previsti da ClaudioF possono essere più che tollerabili o no, dipende dalle condizioni ambientali. Se il tutto è inscatolato e, magari in estate, si ha un temperatura esterna >=30°C allora quei 35°C di sovratemperatura deventerebbero intollerabili.

Meglio stare "dalla parte dei bottoni"🙂

[Ctec]

L'ho preso al volo da un datasheet OnSemi, dal grafico. Era più che altro per far capire, come te, da cosa si deduce se va bene o no.

Non mi sono messo a fare i calcoli per l'aumento di temperatura a quella potenza dissipata, ma a sentimento 180mW intiepidiscono l'oggetto senza troppi problemi. Poi, ovviamente, ci sono le condizioni ambientali, che non so. Un pezzo di alluminio o uno stampato fatto bene con un piano di massa/dissipazione dovrebbe essere sufficiente.

[nik57]

28 minuti fa, Ctec ha scritto:

....condizioni ambientali.... uno stampato fatto bene con un piano di massa/dissipazione dovrebbe essere sufficiente.

da usare in casa (torino) temperature inferiori ai 30°; stampato fatto bene...molto improbabile, più facile un piccolo dissipatore!

proverò, per curiosità/cercare di capire calcoli e funzionamento dei transistor, lo schema di Claudio F; anche se forse all'atto pratico l'uso di un micro relè (15x9x7 mm) semplificherebbe l'accrocchio (un solo transistor, meno resistenze?) ed eliminerebbe il problema termico

 

a proposito dello schema di Claudio F, se il modulo (il PIR) ha già il resistore da 1kohm in uscita, va ovviamente (ma meglio chiedere) collegato alla base del BC547 (eliminando le due resistenze da 1-10k=), il resto rimane uguale?

Modificato: 10 febbraio da nik57

[Livio Orsini]

1 ora fa, Ctec ha scritto:

Un pezzo di alluminio o uno stampato fatto bene con un piano di massa/dissipazione dovrebbe essere sufficiente.

 

Concordo.

 

Io di BD139/140 nne ho usati parecchi in passato, sono i ricordi che mi hanno fatto scrivere quello che ho scritto (sono un po' permalosi questi transistors😛)

[nik57]

sto leggendo qualche datasheet;...nel frattempo solo per capire, a spanne: 

con led tipo quelli indicati, 5V 600mA, e BD139/140 (ne ho anche altri se possono andar meglio, li elenco alla fine), se non ho capito male:

Ic sufficiente, quindi se in qualche modo (PIR o altro) riesco a mandare sulla base una corrente sufficiente ad attivarlo, perchè scalda? 

- Ic teorica valida, ma in pratica troppo vicina al consumo effettivo? se quindi (per ipotesi) uso un transistor con una Ic di 2 o più A o scalda ancora?

- se scalda tanto dipende da una qualche "resistenza interna al transistor" troppo elevata rispetto alla corrente assorbita dal led? se riduco di poco la corrente assorbita dal led (piccola resistenza in serie) riducendo di poco la sua luminosità, il transistor scalderà meno?  

 

inoltre, sempre a grandi linee, l'uso del transistor pilota (BC547) perchè è necessario? cosa riduce?

sono certo che le risposte sono già nei datasheet e nei post precedenti, ma un ulteriore aiutino, con "l'algoritmo della collaboratrice domestica" come dice elegantemente Livio Orsini, mi sarebbe utile...
chiedo scusa in anticipo se ho scritto cavolate... 
 

transistor disponibili

2N2222-2N1711-2N3906

BC: 107-302-32740-517-547B-550C-557C-639

BD: 139-140-911-W93C-X53C

BT:137/800-138/600-151/800

Modificato: 10 febbraio da nik57

[Ctec]

30 minuti fa, nik57 ha scritto:

- Ic teorica valida, ma in pratica troppo vicina al consumo effettivo? se quindi (per ipotesi) uso un transistor con una Ic di 2 o più A o scalda ancora?

 

Certo. Assimilalo a un dipolo (componente a 2 terminali, come una resistenza) dato che la corrente di base è piccola (quindi la tralasciamo), per cui la potenza da lui dissipata è P=V*I, dove V è la tensione ai suoi capi e I la corrente che circola. Da ciò, se guardi la mia spiegazione, La potenza di collettore Pc=Vce(sat)*Ic indipendentemente da quale è la Ic massima. Nel nostro caso era Pc=(-0.25V*-0.6A)=0.15W, cui poi per precisione ho aggiunto anche la dissipazione di base (30mW) che fa un totale di 0.18W

Per scaldare meno, bisogna avere un Vce(sat) ancora più bassa, un carico (Ic) minore, ed essere sicuri di mandare il transistor in saturazione, altrimenti lavora in regione lineare e scalda parecchio di più (Vce più alta).

37 minuti fa, nik57 ha scritto:

- se scalda tanto dipende da una qualche "resistenza interna al transistor" troppo elevata rispetto alla corrente assorbita dal led? se riduco di poco la corrente assorbita dal led (piccola resistenza in serie) riducendo di poco la sua luminosità, il transistor scalderà meno?

Sposti la dissipazione (calore) dal transistor alla resistenza aggiuntiva. Potrebbe essere un bene per il transistor, ma aumenti le dimensioni del circuito. 

 

38 minuti fa, nik57 ha scritto:

l'uso del transistor pilota (BC547) perchè è necessario? cosa riduce?

Serve ad amplificare la corrente di pilotaggio. Siccome il guadagno in corrente Hfe del transistor BD140 non è un gran che (vedi calcoli e datasheet), devi pilotarlo con una certa corrente, che mi tornava essere intorno a 30mA. Questa è troppo alta per utilizzare direttamente il tuo PIR (che eroga max 10mA), che quindi non saturerebbe il transistor finale, che quindi potrebbe allegramente friggere. Inoltre, essendo il BD140 un PNP, per cui la base deve essere negativa rispetto all'emettitore altrimenti non conduce. Il BC agisce anche da invertitore di segnale oltre che da amplificatore di corrente per far funzionare il tutto. Anche lui viene fatto lavorare in saturazione, dato il tipo di circuito (interruttore).

 

PS: i BT sono triac, non transistor

[nik57]

chiarissimo...grazie

effettivamente leggendo meglio i datasheet e ragionamdo sui tuoi calcoli ci sarei dovuto arrivare...provo a vedere i datasheet degli altri transistor...

ps.so che i BT sono triac, ho fatto un copia/incolla della lista che ho sul pc

[Livio Orsini]

4 ore fa, nik57 ha scritto:

, perchè scalda? 

 

Perchè dissipa potenza e perchè il movimento caotico degli elettroni che costituiscono la corrente elettrica generano calore.

La potenza dissipata non è molta, ma va rapportata con le dimnsioni fisiche del "chip" che costituisce il transistor.

Chiarisco con un esempio. Poniamo un resistore da 50 ohm ai capi di un alimentatore che eroghi 5V con limite di corrente >1A. Nel resistore scorreranno 100mA che, per la legge di ohm, generano una potenza pari a 500mW. Se la capacità dissipativa del resistore è pari a 0,5W questi, nel g? le dimensioniiro di qualche decina di secondi diventerà rovente anche se la temperatura ambiente fosse prossima a 0°C. Se invece il resistore avesse una capacità dissipativa di 5W l'incremento della sua temperatura sarebbe trascurabile.

Sono due resistori di identico valore alimentati con la medesima tensione, in cui scorre identica corrente; quale è la differenza significativa che impedisce al secondo di surriscaldarsi? le dimensioni fisiche molto maggiori nel resistore che non si riscalda in modo significativo.

 

Le dimensioni del chip del BD140 sono parecchio inferiori a quelle, per esempio, del 2N3055.

 

Inoltre se ben pilotato il BD140 quando satura avrà una Vce di 0,5V che corrispondono a circa 300mW se la corrente di collettore è di 600mA.  Secondo il data sheet questo comporterebbe un differenziale di 30°C tra la temperatura ambiente e la temperatura di giunzione, ovvero se la temperatura ambiente fosse di 30°C, la temperatura di giunzione sarebbe pari a 60°C, meno della metà della temperatura limite pari a125°C.

 

 

Il transistor pilota serve perchè il guadagno di corrente del BD140 richiederebbe una corrente un po' troppo elevata per il pilotaggio.

Sempre dal datasheet per avere una saturazione sicura, con Ic = 500mA, la corrente di base richiesta (caso pessimo) è 50mA.

Io sono stato un poco più ottimista perchè anche se pilotato con corrente inferiore, saturerà egualmente bene solo che impiegherà più tempo per passare dall'interdizione alla saturazione. Però in questa applicazione anche se aumenta la dissipazione durante la transizione non è il caso di preoccuparsi.

 

Mi sono reso conte ora che Andrea Ctec ha risposto immediatamente prima di me.

Va bene: 2 risposte al prezzo di una.😜

 

Modificato: 10 febbraio da Livio Orsini

[nik57]

Melius est abundare quam deficere...

grazie ancora...continuo a leggere!

 

[Claudio F]

Si è già detto tutto o quasi. Aggiungo che ho cercato di considerare il caso peggiore, ma la Vce(sat) reale potrebbe anche essere più bassa e il risultato allora si avvicinerebbe a quello calcolato da Ctec. Che siano 200 o 400 mW, basta un'alettina di pochi cm²

 

Altrimenti si entra nel magico mondo degli array di mosfet e ci si dimentica del calore. Nel seguente circuito la loro temperatura non aumenterà neanche di tre gradi, mettendone uno solo salirebbe di circa 11 gradi, sempre senza dissipazione. Con l'ulteriore vantaggio che non c'è una corrente di base semplicemente "sprecata" come nel caso del BD140.

 

 

Ho considerato le seguenti caratteristiche, seconda curva a partire dal basso:

 

 

 

 

 

[nik57]

di quei mosfet ne ho trovati alcuni... a questo punto risparmio il BD140+aletta ed uso il mosfet, provo con uno solo magari su un quadratino di alluminio;

per la base del BC107, che peraltro  da Datasheet credo posso sostituire con il BC547B, se alla base faccio arrivare (tramite  HC-SR501)

3.3V 10mA, le due resistenze da 10k  sono necessarie? perchè?
volendo inserire un mini relè con relativo diodo (ne ho da 3-5-12 V), ovviamente va messo al posto del carico?

 

Modificato: 11 febbraio da nik57

[Claudio F]