Elettronica applicata. L'uso dei led.

Il sistema tradizionale di gestione locomotive e plastico.

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Elettronica applicata. L'uso dei led.

Messaggio da roy67 » dom apr 21, 2013 4:30 pm

Cari amici, con questo post penso di farvi cosa gradita parlando e spiegando, in modo un po' approfondito (ma comprensibile - spero), l'utilizzo dei led nel ferrmodellismo. Tante volte mi capita di leggere post, oppure parlare di persona (o al telefono) con amici, che vogliono utilizzare i led per illuminare zone del plastico, l'interno delle carrozze o i semplici fari delle locomotive. Ma li applicano in modo errato, oppure non considerano alcuni fattori fondamentali per il buon funzionamento e durata dei semiconduttori interni del led.
Soprattutto, spesso (quasi sempre), vengono acquistati a casaccio, pensando solo al colore che devono emettere, senza pensare al tutto il resto. Ma è quel "tutto il resto" che crea il buon funzionamento e l'ottima riuscita del nostro lavoro.
Poi, inevitabilmente, il led brucia, oppure si rilevano assorbimenti abnormi in linea. E si comincia ad imprecare perché dobbiamo smontare il lampione, aprire il modello, etc.

Ho quindi pensato di spendere due parole per spiegarvi quel "tutto il resto", fondamentale per l'applicazione di uno o più led. Non mi dilungo sulla forma ed il colore, ma solo sulla tipologia e peculiarità dei led da utilizzare (ed acquistare) e la corretta applicazione. Ci tengo a sottolineare che l'elettronica non è una branca della "falegnameria".. Ma una materia scientifica, branca della fisica. Quindi non dovremo applicare resistenze a caso (calcolate come se piallassimo un assa), condensatori a casaccio (calcolati come se forassimo del multistrato), etc., ma tutto è stato, ed è tutt'ora, studiato ed è materia universitaria. Vi sono leggi matematiche e scientifiche ben precise da tenere sempre in considerazione. Tutto per un "quasi" eterno funzionamento (micro batteri a parte).
P.S. La faccenda dei micro batteri è storia lunga e complessa, da analizzare in altra sede, che mette in gioco la serietà professionale dei costruttori della componentistica, ma ripeto, è cosa da discutere in altra sede.....

Buona lettura:

Cos'è un led:

Un led è un diodo ad emissione luminosa, luminosità che viene emessa solo se viene percorso dalla corrente nel senso corretto del diodo, non si accende se percorso in senso contrario, peculiarità dei diodi. La parola "Led" è l'acronimo, dall'inglese, Light Emitting Diode.

Quali led acquistare e come:

Quando acquistiamo i nostri led è fondamentale tenere conto del "datasheet" del produttore.
Cos'è il datasheet?
E' il foglio che contiene tutte le caratteristiche tecniche interne dei semiconduttori che il costruttore ha utilizzato. Questo foglio non viene mai fornito dai commercianti.. Perché sarebbe (per loro) un'inutile spesa. Ma è fondamentale all'installatore. Quindi.. Se il commerciante (o chi vende) non fornisce il datasheet, fatevi dare la marca ed il modello del led. Inserendo quei dati in rete, potete trovare e scaricare il pdf con il datasheet che vi occorre.

Nel datasheet sono elencate tutte le caratteristiche tecniche del led in nostro possesso. Sono un lungo elenco di caratteristiche tecniche, grafici, etc, ma a noi servono solo alcuni di quei dati (sono sempre in inglese):

-1- Forward Voltage: Voltaggio di alimentazione dei semiconduttori interni in alimentazione corretta (dritta)
-2- Reverse Voltage: Voltaggio massimo tollerato se alimentato in modo inverso
-3- Continuous Forward current: Ampere minimi e massimi tollerati dai semiconduttori in regolare alimentazione
-4- Soldering Temperature: Temperatura massima tollerata alla saldatura. Sottointendendo 5 secondi di esposizione.
-5- Luminous intensity: Intensità luminosa emessa, espressa in mcd (millicandele, millesimale di candele. Una candela è equivalente a 4 "pigreco" Lumen).

Ora. Al punto "-5-" del mio elenco (non sarà così elencato nel datasheet) è riportato il dato di "Luminous intensity". Questo significa l'emissione luminosa del led a parametri ordinari, cioè, con alimentazione corretta, in tolleranza, in rispetto degli altri dati.
L'emissione luminosa dei led è molto ampia. possono andare da 150 mcd (normali led rossi-verdi-gialli da 3 mm) a 7500 mcd (led ad alta luminosità bianchi-blu da 5 mm). Ma possiamo trovare una serie di vie intermedie per l'applicazione corretta al nostro scopo. Per l'illuminazione nei nostri plastici (i lampioni ad esempio) possono andare bene led da 1200-1300 mcd, mentre per l'illuminazione delle carrozze è consigliabile scendere a 500-600 mcd.

E' molto importante avere un emissione luminosa corretta, non possiamo mettere una resistenza a caso (leggasi procedura da falegname) per creare una caduta esagerata di tensione. Bisogna acquistare un led che abbia un emissione luminosa corretta. Una resistenza che crea un'anomala caduta di tensione farà uscire i semiconduttori interni dai parametri nominali di funzionamento, portando inesorabilmente alla loro rapida decaduta e deperimento del led.

Installare un led.

Prendiamo ora in considerazione il datasheet di un led da 4 mm bianco "ultrabright" (ad altissima luminosità) della "Everlight- mod 204-15/T3C2-1QSC" e vi inseriamo (nel mio elenco precedente) le caratteristiche riportate dal datasheet: http://www.msc-ge.com/download/opt/data ... 2-1QSC.pdf

-1 -Forward Voltage: 3 - 3,6 Volts
-2- Reverse Voltage: 5 Volts
-3- Continuous Forward current: 30 mA
-4- Soldering Temperature: 260° C.
-5- Luminous intensity: 7150 mcd

Ora abbiamo quasi tutti i dati che ci servono per installare il nostro led in un lampione della stazione.
Ne manca solo uno. Che tensione di alimentazione abbiamo in uscita dall'alimentatore?

E' un quesito di facile risposta.
Supponendo un alimentatore da 12 Vcc.. Possiamo ora calcolare la resistenza da applicare al led. La resistenza è necessaria per abbattere i 12 Volts continui d'ingresso ai 3,6 Vcc richiesti dal led alla voce "-1-" del datasheet. Ma attenzione. Molta attenzione. L'aumento della resistenza diminuirà l'assorbimento del led, portandolo oltre i parametri descritti di tolleranza. Bisogna che tali parametri vengano rispettati.
Il calcolo è semplice. Corrente di alimentazione, meno, corrente richiesta, diviso, milliampere erogati. E' meglio se rimaniamo nel sicuro, togliendo 0,2 volts dai massimi richiesti d'alimentazione. Portando i 3,6 Vcc a 3,4 Vcc.
Quindi (12-3,4):0,030. Ma i 30 mA sono il limite massimo tollerabile dal led. Il datasheet (dal grafico) riporta un massimo di 25 mA. E' quindi meglio stare al sicuro, calcolando 25 mA. Quindi: (12-3,4):0,025=336.
La resistenza da applicare sarà di 336 Ohm. se non dovessimo trovarla. Si può acquistare una resistenza che più si avvicini, per eccesso, al richiesto. (350 Ohm)
Se dovessimo installare 2 led in serie, la resistenza vuole ricalcolata. (12-3,6-3,6):0,025=192 Ohm (220 Ohm) e così via fino al raggiungimento, per somma, dei volts d'alimentazione del led. 3,6+3,6+3,6=10,8. Eventualmente possiamo aggiungere un'altro led. avremo 14,4 Volts di somma. ma la rensione è, e rimane di 12 Vcc. Quindi un fruibile per led di 3 Vcc. Il datasheet ci conferma che possiamo avere un minimo di 2,6 Vcc. Ci sta!
Ma un'altro led porterebbe la tensione al di sotto della soglia minima.

E' altresì possibile ridurre la luminosità emessa aumentando la resistenza, ma c'è un limite. Nei datasheet è riportato, in calce, anche la curva di capacità del led. Analizzando tale curva, scopriremo che al di sotto di essa rendiamo precari i semiconduttori interni. La resistenza troppo grande abbatterà notevolmente la tensione di alimentazione, portando il led in stallo. Nel caso del nostro led, non possiamo scendere sotto i 2,6 Volts e scendere con l'assorbimento oltre gli 0,015 mA. Quindi: (12-2,6):0,015= 626 Ohm circa.

Per avere un emissione luminosa inferiore... Abbiamo sbagliato led. Un led "Ultrabright" non va bene. Ha appunto un'emissione luminosa massima di 7150 mcd. Dobbiamo optare per un led con un emissione luminosa inferiore.

Sfogliando alcuni datasheet, il migliore è il "Everlight 204-15/T2C3-2LQA" con un intensità luminosa minima di 1425 mcd. http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet- ... -2LQA.html

Il calcolo è identico, ma avremo un 'intensità luminosa molto più realistica nella riproduzione del nostro lampione.

Collegamento dei led:

Un'altra cosa da tenere sempre in considerazione è il punto "-2-" dei dati da datasheet. Quello denominato "Reverse Voltage".
Tale voltaggio massimo ammissibile dev'essere rispettato, pena.. brucia il led.
Qualcuno, ora, dirà: Ma io il led lo collego sempre dritto. Non è vero. Se colleghiamo il led ad uso "fari direzionali" in una locomotiva a comando analogico, quando invertiremo la polarità di alimentazione, per invertire il senso di marcia..
Taaaaaac!!!!!
Reverse Voltage Inside!!!!!
Ed avremo 12 Vcc inversi. Di gran lunga superiori a quanto tollerato dal led in analisi (5 Vcc).
E' quindi consigliato inserire un diodo 1N4007 in serie al catodo (polo negativo) del led. In questo modo taglieremo di fatto l'ingresso inverso di correnti indesiderate che faranno bruciare il led.

Lo so che sono cose complicate. Ma vogliono in questo modo gestite. Non possiamo improvvisare... sempre che si voglia fare i lavori fatti bene. altrimenti...

Mettete una resistenza a caso, con un led a caso... La Sony non è diventata Sony perché metteva i componenti a caso. :wink:

Spero di esservi stato utile, se non altro, mi auguro, qualcuno abbia (od avrà) imparato qualcosa.
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Messaggio da cf69 » dom apr 21, 2013 4:48 pm

Un plauso alla tua buona volontà, di fare chiarezza in materia con una guida utile a molti.
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Messaggio da badmax28 » dom apr 21, 2013 4:54 pm

Grande Roy, questa è una di quelle lucidazioni che sicuramente serve da imparare, mi sono salvato tutta la tua lezione e la conserverò e sopratutto la applicherò per tentare di illuminare anch'io le carrozze.
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Messaggio da roy67 » dom apr 21, 2013 5:50 pm

Grazie ragazzi. Non è una lezione, solo un semplice modo per sottolineare che... Di led ce ne sono tanti. Non tutti vanno bene.

Quindi, datasheet alla mano, verifichiamo, prima dell'acquisto, la "luminous intensity" del led che vogliamo installare. In questo modo avremo la luminosità realistica che cercavamo. Poi, faremo i calcoli corretti per alimentarlo.
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Messaggio da liftman » dom apr 21, 2013 6:02 pm

Ottima guida Roberto (come sempre..) ho solo, come mio solito :wink: una domanda/appunto/obiezione [:o)]

Le mie ormai scarse facoltà mnemoniche, mi dicono che i led, al pari dei comuni diodi, introducono una caduta di tensione di .5 volts, quindi nel caso di più led in serie, non se ne deve tenere conto in fase di calcolo della resistenza di caduta?
Ciao! Rolando

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Messaggio da Docdelburg » dom apr 21, 2013 6:07 pm

Grazie Roberto, molto molto utili le tue puntualizzazioni.
Mi sono reso conto da tempo che andavo un pò a "naso" con i led. Grazie a questo tuo chiarissimo contributo farò le scelte giuste! :cool:

Se ti serve qualche dritta per l'uso delle supposte ...... io sono qua! :cool: :cool: :cool:
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Messaggio da cf69 » dom apr 21, 2013 7:11 pm

Rolando,
per i led in serie si considera la tensione di alimentazione, cioè se abbiamo dieci led con tensione di alimentazione 1,2V posti in serie, si possono alimentare direttamente a 12V.
Per chi non vuole lambiccarsi troppo il cervello con ragionamenti, può utilizzare questo calcolatore on line di resistenza per i led nelle varie configurazioni: singolo, serie, parallelo.
http://www.lgp-online.it/ebay/led/schem ... lo_led.htm
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Messaggio da roy67 » dom apr 21, 2013 7:31 pm

Esatto Fabio. Per chi non volesse "rovinarsi" il cervello in calcoli.. Il sito è corretto. Per volesse fare delle controprove.
E' sufficiente fare i calcoli a mano (come da me spiegato) e ripeterli nel sito. Si avrà la riprova dei corretti calcoli.

Rolando ricorda benissimo. Però... c'è un però, un tempo era così. Ora i led commerciali sono un tantino diversi da quelli usati negli anni '80. Per capirne bene la differenza è sufficiente aprire il datasheet (questo): http://www.msc-ge.com/download/opt/data ... 2-1QSC.pdf. E ci accorgeremo che, a pagina 2, sotto il disegno dimensionale, c'è lo schema elettrico del led. Schema che riporta un doppio zener contrapposto ad anodo e catodo, in parallelo al diodo emettitore. :wink:

@Doc: Mi piacerebbe approfondire l'argomento "clisteri"...... :cool: :cool: :cool: :cool: :cool:

P.S. Mi sono accorto ora che nel post iniziale ho parlato di led da 4 mm. E' ovvio che si tratta di un errore di battitura. I led sono da 3 mm.
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Messaggio da roy67 » dom apr 21, 2013 9:13 pm

Un'altra cosa che ho scordato di scrivere:

La voce "-4-" del datasheet (da me riepilogato) riporta la temperatura massima di tolleranza alla saldatura. E' bene tarare il saldatore a tale temperatura per saldare il led. :wink:

Vorrei anche spendere altre 2 parole.

Il mio ex capo (Mr Yoshida) un giorno (nel 1992) m'insegnò l'importanza della durata di un led.

Mentre stavo riparando un PCB di interfaccia dati per il pilotaggio di 4 motori Brushless, dotato di 4 processori matematici (del valore di allora di 12 milioni di lire). Mi disse:

<<Hai calcolato bene le resistenze dei led di allarme?>>

Tale PCB era dotato (dico "era" perché oggi hanno il display alfanumerico) di 4 led che, in codice binario, segnalavano l'anomalia rilevata dai processori.

Continuò: <<Se uno dei led brucia (per causa tua) non capiremo mai l'anomalia corretta. E impiegeremo ore ed ore per capire che c'era solo un led bruciato, cercando di riparare un anomalia che non esiste>>.
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Messaggio da carlo mercuri » dom apr 21, 2013 9:17 pm

Ottima ed utilissima guida,grazie Roberto!!! :smile: :smile:
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Messaggio da Marshall61 » dom apr 21, 2013 9:25 pm

Grazie Roy per la guida di ottima fattura, per gli esempi e per i consigli!!!! :cool:

Ciao, Carlo
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Messaggio da sma835_47 » lun apr 22, 2013 1:02 pm

Ottima la guida scritta da Roy. Vorrei aggiungere solo una cosa: attenzione ai led in serie dal momento che ricordano molto le lampade dell'abero di Natale. Quando uno si brucia la serie si spegne e la ricerca del led bruciato potrebbe diventare laboriosa. Conviene avere due, massimo tre in serie in modo da poterli alimentare con pochi volt e dissipare poca energia sulla resistenza di caduta; per esempio conviene aver in serie i due led di lampioni a doppia luce, oppure altre situazioni simili.
Ciao
Saverio
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Messaggio da liftman » lun apr 22, 2013 1:30 pm

roy67 ha scritto:

Rolando ricorda benissimo. Però... c'è un però, un tempo era così. Ora i led commerciali sono un tantino diversi da quelli usati negli anni '80. Per capirne bene la differenza è sufficiente aprire il datasheet (questo): http://www.msc-ge.com/download/opt/data ... 2-1QSC.pdf. E ci accorgeremo che, a pagina 2, sotto il disegno dimensionale, c'è lo schema elettrico del led. Schema che riporta un doppio zener contrapposto ad anodo e catodo, in parallelo al diodo emettitore. :wink:


Ok! l'importante è sapere che non sono (ancora [8]) del tutto rimbambito :wink: Io mi "baloccavo" con l'elettronica da autodidatta mooolto tempo fà, divertimento poi soppiantato dal computer + o - 30 anni fà (caspita come passa il tempo...[:0]), quindi le mie già scarse basi (perlopiù acquisite dalle riviste) si fermano grossomodo a quei periodi.
Ciao! Rolando

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Messaggio da giuseppe_risso » lun apr 22, 2013 1:39 pm

Grande lezione, della quale (come a scuola) ho capito poco... :cool: :cool: :cool: .
Ecco perché io uso piccole lampadine 12 volt: due fili, le colleghi al trasformatore e hai la luce... :cool: :cool: :cool:

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Messaggio da roy67 » lun apr 22, 2013 2:32 pm

Verissimo ciò detto da Saverio. Io non ne metto mai in serie più di 2. Proprio per tale motivo. Ma solo ad uso modellistico.
Per lavoro ogni led è indipendente e controllato catodicamente da un transistor :wink: Brucia il led... la base "N" del transistor non va in conduzione... "Process Fault Alarm" :wink:

@Rolando: Quando andavo ancora a scuola, e ci facevano studiare il circuiti logici... Non erano nemmeno parenti con ciò che oggi è utilizzato in un semplice telecomando da cancello.

Grazie per i complimenti. NOn è assolutamente una lezione. Ma solo un chiarimento, per farvi acquistare e gestire nel modo corretto i vostri/nostri amati modelli.
Diciamo... Ciò che avreste voluto sapere e nessuno vi ha mai detto.
Ciao. Roberto Alinovi - L'uomo non teme ciò che in lui non c'è. (Hermann Hesse)

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