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Aiuto calcolo switch con Transistor

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Ciao a tutti, apro questa discussione perché vorrei controllare l'accensione/spegnimento della retroilluminazione di un display LCD (datasheet) alimentato a 5V da un RPI3 B+ tramite un GPIO a 3.3V.

 

Secondo il datasheet del display LCD, il led della retroilluminazione necessita di una tensione di 3.4V e 20mA di corrente, avrei quindi pensato di utilizzare 2 transistor che ho a casa: il PNP 2N4403 (datasheet) e il NPN 2N4401 (datasheet), entrambi supportano una Ic max di 600mA, più che sufficiente per questo utilizzo.

 

Lo schema ipotizzato è il seguente: 

Circuito_PNP_backlight2.PNG.43b270a8682c160dd6859c107e22a7b6.PNG

 

Dovendo porre il transistor dal lato dei 5V (per come è fatto il mio circuito non posso metterlo tra il Led e la terra), credo sia necessario ricorrere and un secondo transistor npn, perchè altrimenti non sarei in grado di spegnere il pnp a causa della differenza di potenziale.

 

Detto ciò, ho una grande confusione su come dimensionare le resistenze correttamente... 

R1 = 100Ohm dovrebbero essere sufficienti per proteggere il led (probabilmente LCD ne ha anche una interna di sicurezza... ma dal datasheet non l'ho capito)

 

R2,R3,R4... il calcolo è più complesso.

I transistor dal datasheet hanno le seguenti caratteristiche (ma sentitevi liberi di verificarle voi stessi.. perché potrei avere preso i valori errati):

 

Vce(sat)=0.75V

Vbe(sat)=1.3V

Hfe= 100

 

Quindi 

Ib = Ic/Hfe = 0.02/100 = 0.0002 = 2mA

R2 = (5-0.75)/0.0002= 21250Ohm ~ 22kOhm (a casa ne ho da 27KOhm, dovrebbero andare bene uguale)

è corretto il ragionamento?

 

Per quanto riguarda R4, che Ic devo usare per il calcolo?

 

Grazie a tutti coloro che mi leggeranno... e perdonate gli sfondoni 😅!

 

P.S. l'ho omesso dallo schema perché al momento mi sembra irrilevante, ma il mio circuito finale avrà anche un potenziometro da 10k Ohm per regolare l'intensità della luminosità. 

 

Edited by asp

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andreacappellazzo

Già R1 come dimensionata ora non quadra. Partendo dall'assunto di una I di alimentazione di 20mA, la cadura di tensione dovrebbe essere oltre 2V !

 

...non è molto chiaro qual'è il fine del funzionamento : se all'inizio viene identificato in accensione/spegnimento (come stato logico) i calcoli andrebbero fatti tenendo conto di lavorare in zona di saturazione nei transistor. Diversamente se si intende "modulare" la tensione al pannello LCD, i transistor lavoreranno in zona lineare, in linea di principio.Da tali presupposti verranno calcolati i valori idonei.

Edited by andreacappellazzo

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asp

Ciao @andreacappellazzo, grazie per la risposta. 

 

Lo scopo è quello di utilizzare il transistor come interruttore per accendere/spegnere il Led, il transistor deve essere pilotato dal GPIO che può essere a 3.3V (high) o 0V (low).

Può darsi che stia sbagliando tutto (altrimenti non avrei scritto la parola "aiuto" :) ), ma ero appunto andato a vedere i valori di saturazione nel datasheet.

 

R1, l'ho messa come limitatore di corrente per proteggere il led R1=(5-3,4)/0.02=80Ohm ~100Ohm.

Edited by asp

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Livio Orsini

Oltre alle osservazioni di Andrea Capplezzo.

 

COn 20mA di corrente ti conviene usare un solo transitor. Ricorda tutto quello che non c'è non può rompersi.

R1 = (5 -3.4 - 0.3)/0.02 = 65 ohm ===> valore commerciale più vicino 68 ohm.

Colleghi R3 tra emettiore e base, il valore non è critico: 5k6 è un buon valore.

Il transistor deve lavorare in saturazione. Anche considerando un Hfe di 50 ed hai Ib = 0.4mA; si sovrapilota polarizzando con IB >>0.4mA, quindi metti R2 = a 1000 ohm e sei sicuro che il trnasistors satura bene e velocemente.

Se vuoi che il transistor si interdica più velocemente diminuisci il valore di R3, però non credo sia necessario per accendere e spegnere un LED da retro illuminazione.

 

 

30 minuti fa, andreacappellazzo ha scritto:

la cadura di tensione dovrebbe essere oltre 2V !

 

Dipende dal tipo di diodo, infatti ha ipotizzato 3.4V

 

 

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andreacappellazzo
12 minuti fa, asp ha scritto:

Lo scopo è quello di utilizzare il transistor come interruttore per accendere/spegnere il Led, il transistor deve essere pilotato dal GPIO che può essere a 3.3V (high) o 0V (low).

Può darsi che stia sbagliando tutto (altrimenti non avrei scritto la parola "aiuto" :) ), ma ero appunto andato a vedere i valori di saturazione nel datasheet.

Ora con queste informazioni è piu corretto dimensionare i componenti. Non ti preoccupare, l'aiuto arriva...sei in un forum dove girano molti professionisti e menti eccelse 🙂

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andreacappellazzo
9 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

R1 = (5 -3.4 - 0.75)/0.02 = 42 ohm circa ===> valore commerciale più vicino 47 ohm.

adjusted

Edited by andreacappellazzo

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andreacappellazzo
8 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

COn 20mA di corrente ti conviene usare un solo transitor. Ricorda tutto quello che non c'è non può rompersi.

Concordo pienamente

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Livio Orsini
14 minuti fa, andreacappellazzo ha scritto:

RNo1 = (5 -3.4 - 0.75)/0.02 = 42 ohm circa ===> valore commerciale più vicino 47 ohm.

 

No se il transistor è saturo non deve superare 0.3V di Vce, altrimenti non è saturo.

 

Quindi ripeto 5-3.4=1.6-0.3= 1.3/0.02 = 0.65 ohm.

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andreacappellazzo
5 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

 

No se il transistor è saturo non deve superare 0.3V di Vce, altrimenti non è saturo.

 

Quindi ripeto 5-3.4=1.6-0.3= 1.3/0.02 = 0.65 ohm.

Conosco perfettamente la cosa ma partiamo dai dati di progetto riferiti al primo post dall'autore.

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andreacappellazzo

Ho la sensazione che questo era un'esercizio (o un compito per casa ) e non un progetto vero e proprio...spero di essere smentito dall'autore

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asp

Inanzitutto grazie ad Andrea e Livio per le risposte! 🙂

 

11 minuti fa, andreacappellazzo ha scritto:

Conosco perfettamente la cosa ma partiamo dai dati di progetto riferiti al primo post dall'autore.

Avete ragione, mi ero dimenticato di sottrarre la caduta di tensione del transistor! Ma mi state dicendo che ho sbagliato a prendere la Vce?

image.png.1744c2628aac8cf47af37e90470574fa.png

 

45 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

COn 20mA di corrente ti conviene usare un solo transitor. Ricorda tutto quello che non c'è non può rompersi.

R1 = (5 -3.4 - 0.3)/0.02 = 65 ohm ===> valore commerciale più vicino 68 ohm.

Colleghi R3 tra emettiore e base, il valore non è critico: 5k6 è un buon valore.

Il transistor deve lavorare in saturazione. Anche considerando un Hfe di 50 ed hai Ib = 0.4mA; si sovrapilota polarizzando con IB >>0.4mA, quindi metti R2 = a 1000 ohm e sei sicuro che il trnasistors satura bene e velocemente.

Quindi il circuito finale semplificato verrebbe così:

Circuito_PNP_backlight3.PNG.cee1edf5ae34a554ecf216ceeb4af47d.PNG

Mi sorge però una domanda, così facendo, non lascio passare della corrente verso il GPIO quando il transistor è spento? è trascurabile? è inefficiente?

 

15 minuti fa, andreacappellazzo ha scritto:

Ho la sensazione che questo era un'esercizio (o un compito per casa ) e non un progetto vero e proprio...spero di essere smentito dall'autore

Ahah, no no ho finito la scuola da un po'... semplicemente sono ignorante e arrugginito in un campo dove voi siete molto competenti :)  

Questo LCD dovrà stare acceso 24/24h (la retroilluminazione no però) quindi voglio che il circuito sia fatto bene e non solo che "si accenda". 

 

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andreacappellazzo

Con stato logico GPIO (1) o meglio a + 3,3V, il pannello LCD si deve accendere ? se sì và usato NPN e cambiata posizione R3

Edited by andreacappellazzo

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andreacappellazzo

Poi R3 và ricalcolata...Anche qui parto dall'assunto che hai citato al primo post "Dovendo porre il transistor dal lato dei 5V (per come è fatto il mio circuito non posso metterlo tra il Led e la terra)..."

Edited by andreacappellazzo

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andreacappellazzo

Attendiamo lumi dal mitico...

Comunque ora che hai postato il datasheet del transistor (è lo stesso sia per PNP che NPN ?!?), riesci ad osseervare che con I di 20mA, la VCE in zona saturazione si avvicina più al consono valore di 0,2-0.3 🙂

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asp
18 minuti fa, andreacappellazzo ha scritto:

Con stato logico GPIO (1) o meglio a + 3,3V, il pannello LCD si deve accendere ? se sì và usato NPN e cambiata posizione R3

 

per me è indifferente perché lo decido via software, però in questo caso con il GPIO a 0V mi aspetto che si accenda, sbaglio?

Che sia necessario usare un transistor PNP per un interruttore "high side" era una delle poche certezze avevo 😅

 

20 minuti fa, andreacappellazzo ha scritto:

Poi R3 và ricalcolata...Anche qui parto dall'assunto che hai citato al primo post "Dovendo porre il transistor dal lato dei 5V (per come è fatto il mio circuito non posso metterlo tra il Led e la terra)..."

 

Corretto, rimane valido questo assunto.

 

10 minuti fa, andreacappellazzo ha scritto:

Attendiamo lumi dal mitico...

Comunque ora che hai postato il datasheet del transistor (è lo stesso sia per PNP che NPN ?!?), riesci ad osseervare che con I di 20mA, la VCE in zona saturazione si avvicina più al consono valore di 0,2-0.3 🙂

Pensavo di essere ignorante, ma mi va bene anche essere mitico! 😎

 

I datasheet li avevo postati anche tramite link nel primo messaggio della discussione, forse vi sono sfuggiti (o vi siete fidati dei miei numeri).

Sì, la Vce è uguale per entrambi, comunque hai ragione mi ero confuso!

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andreacappellazzo
20 ore fa, asp ha scritto:

per me è indifferente perché lo decido via software, però in questo caso con il GPIO a 0V mi aspetto che si accenda, sbaglio?

Corretto

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andreacappellazzo
22 ore fa, asp ha scritto:

Mi sorge però una domanda, così facendo, non lascio passare della corrente verso il GPIO quando il transistor è spento? è trascurabile? è inefficiente

In questo caso, in configurazione PNP, quando sarà presente +3,3 dal GPIO, il transistor sarà interdetto.... E' in linea di massima dell'ordine dei mA,confrontare le specifiche tecniche anche della porta GPIO è la cosa migliore da fare

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ilguargua
2 ore fa, andreacappellazzo ha scritto:

In questo caso, in configurazione PNP, quando sarà presente +3,3 dal GPIO, il transistor sarà interdetto....

No, nella base continua a scorrere abbastanza corrente da mantenerlo in conduzione :

 

Screenshot_20200520_192755.thumb.png.4bd8c8ed36d914560bf483d899e458b5.png

 

Ciao, Ale.

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gabri-z

Ma ci voleva tanto ? 

Conduce in entrambi casi,. Diventa complicato usare un solo transistor, conviene (per quel che riesco a vedere adesso) usare il primo schema. 

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ciccioilgrande

fai cosi e vai tranquillo(la base del Q2 meglio non lasciarla flottante ecco perché ho aggiunto una resistenza tra la sua base ed il negativo):

 

GPIO1.png

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gabri-z
1 ora fa, ciccioilgrande ha scritto:

meglio non lasciarla flottante

:thumb_yello:Potrebbe anche non servire , ma di certo non guasta , direi.

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Livio Orsini
11 ore fa, gabri-z ha scritto:

Conduce in entrambi casi,. Diventa complicato usare un solo transistor, conviene (per quel che riesco a vedere adesso) usare il primo schema. 

 

Basta mettere 2 diodi in serie e con 3.3V non conduce. Anzi migliora la commutazione perchè è più decisa.

Quando pilotavo circuit simili alimentati a 12V, con segnali 0 - 5V, usavo mettere uno zenere da 6v8 in serie.

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ciccioilgrande

ragazzi io penso che nel circuito con un solo transistor c'è qualcosa di sbagliato ,non può condurre in quanto se alla base gli diamo un positivo va in interdizione :

    

trspnp.png

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ciccioilgrande

se vogliamo usare un solo trs questa è la configurazione:

 

    

trspnp.png

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Livio Orsini
4 ore fa, ciccioilgrande ha scritto:

ragazzi io penso che nel circuito con un solo transistor c'è qualcosa di sbagliato ,non può condurre in quanto se alla base gli diamo un positivo va in interdizione :

 

Forse non conosci bene come funziona un transistor.

Per entrare in conduzione è sufficiente che scorra una corrente di base che, moltiplicata per beta, corrisponda alla corrente di collettore. Se questo prodotto è maggiore eguale alla massima corrente circolante in collettore il transistor è saturo.

Se tu al circuito con transistor PNP mostrato in figura, alimentato a 5v e con corrente di collettore di 20mA fai circolare in base una corrente >=0.4mA sicuramente il transistor satura.

ilguargua lo ha anche dimostrato con la simulazione che, ancora con tensione di 3.3V sul parttore di base, il transistor conduce, figuriamo ci con tensione prossima allo zero.

Se metti in serie 2 diodi o, meglio, uno zener da 2.1V sei tranquillo che passi dalla completa saturazione alla interdizione.

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