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Autor Tópico: Dark Detector com um LDR  (Lida 344 vezes)

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Offline brunus

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Dark Detector com um LDR
« em: 15 de Dezembro de 2016, 21:55 »
Pretendia fazer um Dark Detector com um LDR baseando-me neste esquema e tenho as seguintes dúvidas:



Pretendo usar como alimentação uma pilha de 3.7V, e tenho dúvidas como dimensionar as resistências, R1 e R2.

Usando, uma pilha de 3.7V, um LDR (5K sob a Luz e >500K na escuridão) que de momento ainda não tenho disponivel, um BC547 e um led vermelho 5mm (20mA e 2 a 2.4V), a resistência R1 chegaria uma de 33Ohm certo? E na R2 se quiser meter um potênciometro na vez de uma resistência estática, para poder ajustar a fase de activação do led pela luz ambiente minima, de que valor teria de ser o potenciometro R2? 10K? 100K?

Offline Njay

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Re: Dark Detector com um LDR
« Responder #1 em: 16 de Dezembro de 2016, 00:16 »
R1 calculas pela corrente que queres no LED, e assumindo que o transístor satura ou está ao corte quando não há luz ou quando há. A tensão entre o colector e o emissor de um transístor bipolar saturado é cerca de 0.2V. Sendo a queda de tensão no LED cerca de 2.2V (meio caminho entre os teus valores) a 20mA de corrente, e sabendo que a alimentação é de 3.7V, já temos todos os dados para calcular a resistência R1. A tensão de alimentação é igual à tensão colecto-emissor de saturação do transístor bipolar (chamemos-lhe Vcesat) mais a queda de tensão no LED (chamemos-lhe Vled) mais a queda de tensão em R1 (que não sabemos, é a nossa variável, chamemos-lhe VR1), portanto podemos escrever a equação:

B1 = Vcesat + Vled + VR1, que é
3.7V = 0.2V + 2.2V + VR1

Resolvendo a equação obtemos a queda de tensão em R1. Com esse valor usamos então a Lei de Ohm para obter o valor a partir da queda de tensão e da corrente que queremos no LED; a corrente que passa no LED é a mesma que passa em R1, pois ambas estão em série:

A Lei de Ohm é por exemplo I = V / R, que aplicando à nossa resistência temos
0.02A = VR1 / R1  (só sabemos VR1 depois de resolver a 1ª equação)

Com a 1ª equação obtemos VR1 e com a 2ª obtemos R1. Escolhemos o valor comercial mais próximo do resultado que nos der, pois o valor da resistência neste circuito não é critico (se der 303, metemos 330, se der 287, metemos 270, etc etc).
Nota que a resistência original está calculada para uma corrente de LED de cerca de 11mA; com esta corrente o LED já acende bem, e consome só cerca de metade do que a 20mA. Podes usar as equações acima para calcular também 11mA ou o valor que quiseres (a tensão do LED vai variar um pouco com a corrente mas desde que sejam pelo menos vários mA não deve ser nada de relevante).

Agora em relação à outra parte, podíamos fazer "muitas" contas mas é mais fácil pensar da seguinte forma, até porque na prática o valor do LDR vai variar com aquilo que tu consideras "escuro" ou "claro".
Quando está escuro, o LDR tem que ficar com um valor "muito" mais alto que R2, para que não impeça R2 de ligar bem o transístor, e quando está claro o LDR tem que ter um valor "muito" mais baixo que R2 para conseguir impedir que R2 sequer ligue o transístor. Tendo em conta de R2 é de 100K e o LDR tem os extremos de 5K ("muito" mais baixo que R2) e 500K ("muito" maior que R2), eu diria que R2 a 100K é um bom começo. Para explorar melhor o valor exacto, adaptá-lo às condições de iluminação em que o queres usar, eu começava por meter algo que pudesse fazer variar entre um bocado menos que 100K e um bocado mais, portanto metia talvez um pot de 100K em série com uma resistência de 50K (47 ou 56), assim podia variar entre 50K e 150K. Se não chegasse passava para um pot de 220K ou 500K.

Offline brunus

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Re: Dark Detector com um LDR
« Responder #2 em: 27 de Dezembro de 2016, 22:52 »
O que faz saturar o transístor e este deixar a corrente fluir e acender os LEDs? É o deltaV entre a base do transístor e o emissor?

Se quiser adicionar mais LEDs ao circuito, só dá para adicionar mais 5, sim? O transístor só deixa passar até 100mA, e 5x20mA em cada LED=100mA

E algum simulador online que pudesse simular mais ou menos este circuito?
« Última modificação: 27 de Dezembro de 2016, 23:24 por brunus »

Offline Njay

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Re: Dark Detector com um LDR
« Responder #3 em: 28 de Dezembro de 2016, 00:38 »
A corrente entre o colector e o emissor (normalmente designada apenas "corrente de colector") é a corrente entre a base e o emissor (normalmente designada "corrente de base") multiplicada pelo ganho (beta ou hFE) do transistor bipolar. No entanto, a corrente de colector não pode aumentar "para sempre" (não há fontes de corrente infinita), portanto chega a um ponto em que se continuares a aumentar a corrente de base, a corrente de colector já não aumenta mais - o ponto em que isso começa a acontecer marca a entrada do transístor em saturação, e a partir daí ele encontra-se saturado.
Se não estivesse lá o LDR, apenas a resistência de 100K limita a corrente de base. Com alimentação de 3.7V, a corrente de base é cerca de (3.7V - 0.7V) / 100K = 30uA (micro-Ampére). A base-emissor dum transistor bipolar é como um diodo, quando tem corrente apresenta uma queda de tensão aproximada de 0.7V, é daí que vem o 0.7V na conta. O ganho dos transístores varia muito... se abrires uma datasheet dum BC547, vês que o ganho pode variar entre 110 e 800, dependendo se é um A, B ou C e da corrente de colector etc. Se assumirmos que é 110, 30uA * 110 = 3.3mA de corrente de colector, ou seja, se estiveres a usar uma R1 para ter uma corrente no LED maior do que 3.3mA, o transístor não chega a saturar com uma resistência de base de 100K no teu circuito (3.7V de alimentação). Para teres 20mA no LED com um BC547 de ganho 110 (pior caso possível) precisas de ter 20mA / 110 ~ 182uA de corrente de base, ou seja uma resistência de base máxima de (3.7V - 0.7V) / R2 >= 182uA <=> R2 <= 16.4K.
Depois o que o LDR faz é que quando iluminado ele "desvia" para o GND parte da corrente que vem de R2 para a base do transístor, e quando desvia "a suficiente", o transístor já não tem corrente de base suficiente que multiplicada pelo ganho resulte numa corrente de colector suficiente para acender o LED.

Ya, podes adicionar outros LEDs, mas cada um com a sua resistência (R1). Normalmente não se usam os dispositivos até ao limite de corrente que está na datasheet, não deverás conseguir 5 LEDs a 20mA cada um, mas se por exemplo reduzires a corrente nos LEDs para 12 ou 13mA a luminosidade não deve ficar muito afectada e a corrente total já fica aquém dos 100mA. Ou então experimenta outro transístor, por exemplo um 2N3904 (200mA segundo a datasheet).

Existem simuladores on-line mas não sei o nome de nenhum de cor, só uso o LTspice.


Um micro-tutorial que escrevi sobre LTspice:
https://troniquices.wordpress.com/2011/03/11/e-super-facil-simular-um-circuito-electronico/

Datasheet BC547
https://www.sparkfun.com/datasheets/Components/BC546.pdf