ola_nicolas

Diode electroluminescente (LED) alimentate de la reţeaua de curent alternativ monofazat Există actualmente o imensă cantitate de bibliografie în domeniul diodelor electroluminescente (LED). Pentru începatori, recomand aici lucrarea în format pdf Fotoemiţatoare editată de Universitatea Tehnică din Iaşi, care poate fi descărcată de la adresa web: http://rf-opto.etc.tuiasi.ro/docs/files/LED.pdf. Acolo sunt introduse şi explicate, atât caracteristicile optice, cât şi cele electrice ale unui asemenea dispozitiv. În imaginea din ataşamentul 1, se dă schema unui circuit simplu (schema a) format dintr-o rezistenţa de 15 kΩ în serie cu o dioda electroluminescenţă (LED) alimentat din reţeaua de curent alternativ monofazat (230 Vca). Diodele D1, D2 (D3, D4, D5, D6) sunt intrinseci LED-ului utilizat, adica sunt incluse in aceeasi capsula cu acesta. Ataşamentul 1 – Schema unui circuit simplu pentru alimentarea din reţea a unui LED Unii susţin că un asemenea circuit nu este viabil, datorită tensiunii inverse maxime impusă de producator pe dioda LED (în perioada de conducţie inversă) tensiune mult mai mare (în opinia lor) decât cea din fişele de date tehnice. Nu trebuie să-şi facă probleme. De foarte mult timp dispozitivele electroluminescente denumite LED, au o structură intrinsecă (interioară) de aşa natură încât aceasta tensiune să nu poată fi depaşită. Astfel, în ataşamentul 2 am ilustrat una dintre paginile unui document pdf care prezintă caracteristicile tehnice ale unui LED de culoare albă cu diametrul de 5 mm. Se poate remarca (evidenţiată cu un chenar roşu) structura interioară a dispozitivului, care conţine în derivaţie cu LED-ul propriu-zis, două diode stabilizatoare înseriate în contrasens una cu cealaltă. Ataşamentul 2 – Structura interioara a unui LED alb cu diametrul de 5 mm Acestea determină mărimea tensiunii în perioada de conducţie inversă a LED-ului şi fac inutilă orice inovaţie a utilizatorului, la alimentarea în curent alternativ. În Atasamentul 3 este prezentată şi verificarea la alimentarea în curent alternativ a tensiunii inverse pe LED. În dreapta imaginii s-a indicat şi schema de conectare utilizată, unde elementul S din schemă este un microântrerupător – cel care se vede acţionat cu şurubelniţa în fotografia din stânga. Ataşamentul 3 – Verificarea tensiunii inverse pe LED la dioda albă cu diametrul de 5 mm utilizată la experienţa descrisă în acest articol Am hotărât deci să realizez o experienţă foarte simplă, care nu mi-a luat mai mult de două ore, incluzând aici un film video, realizat pentru o demonstraţie mai eficientă, şi fotografiile ataşate acestui articol. Nu am utilizat filmul video, deoarece am o experienţă redusă în domeniu, şi nu am reuşit să-l produc de o asemenea manieră, încat să pot să-l încarc pe un sait de sharing. În final am considerat că doar adevarul stiinţific contează, şi ca atare este suficientă şi utilizarea unor simple fotografii. De altfel, cine se îndoieşte de rezultate, poate să reproducă întreaga experienţă, care este inclusiv la îndemâna unui amator începator în construcţii electronice. Circuitul din ataşamentul 1 (schema a) a fost realizat practic şi este aratat în fotografia din ataşamentul 4, iar în ataşamentul 5 este verificată tensiunea reţelei alternative. Din simularea facută anterior şi reprezentată în ataşamentul 1, se vede (din schema b) că pentru Ataşamentul 4 – LED inseriat cu o rezistenţă de 15 kΩ experienţă, era nevoie de o rezistenţă de 15 kΩ capabila să disipe o putere de 4 W. Nu am avut o asemenea rezistenţă la îndemână (nici măcar una la 1 W) şi de aceea am ales o rezistenţă de 15 kΩ la 0,5 W, şi am încercat să fac manevrele de verificare şi filmare / fotografiere într-un timp cât mai scurt posibil. Un alt motiv pentru care am utilizat o astfel de rezistenţă, a fost şi acela că intra lejer în creionul de tensiune de care dispuneam – un creion (indictor optic) de tensiune profesional, la care nu mai aveam becul cu halogeni specific acestui produs. Precizez aici şi faptul că am efectuat de fapt experienţa, în paralel pentru trei diode LED diferite – una de culoare galbenă, una roşie şi de formă rectangulară, şi cea alba, care se vede în fotografiile din ataşamentele acestui articol. Nici unul dintre aceste trei dispozitive electronice nu s-a deteriorat în urma probelor multiple efectuate. În ataşamentul 6 este reprezentat circuitul de alimentare al LED-ului, pregătit pentru conectarea la reţea, printr-un cablu de forţă bifilar, specific anumitor tipuri de radioreceptoare tranzistorizate romaneşti, produse în perioada anilor ’70... ’80. În continuare, în ataşamentul 7, s-a verificat funcţionarea sub tensiune a LED-ului în 3 reprize de maximum 10 secunde, timp în care s-au realizat şi secvenţele video împreună cu Ataşamentul 5 – Verificarea tensiunii retelei de curent alternativ fotografiile ataşate aici. Se vede că LED-ul luminează intens, fiind parcurs de un curent de 15,8 mA, destul de apropiat de curentul maxim (20 mA) înscris în fişa de date tehnice a producătorului. Asadar, după cum se vede, acelaşi LED utilizat la experienţă, a fost mai apoi montat în interiorul corpului transparent (din plexiglas) al indicatorului (creionului) de tensiune. Aşa dupa cum se vede din simularea ilustrată în ataşamentul 1 (schema a) prin alimentarea de la priza de curent alternativ cu tensiunea efectiva de 230 V (240 V în urma verificarii) printr-un rezistor de 15.000 Ω, la bornele LED-ului se aplică o tensiune efectivă de aproximativ 3,3 Ve, iar în regim de impulsuri, tensiunea instantanee la borne, nu depaşeşte 6,7 Vvv – vezi indicatiile osciloscopului XSC1. Aşa după cum această experienţă demonstrează practic, aceste tensiuni la borne, nu distrug joncţiunea diodei LED. Cu alte cuvinte, acea tensiune inversă (ca expresie tehnică accentuată mai sus pe fond galben) este tensiunea la care dispozitivul intră în zona de strapungere a caracteristicii – proces care se desfăşoară în avalanşă. Ataşamentul 6 – Circuitul de alimentare al LED-ului pregatit pentru conectarea la retea Rezistorul de protecţie de 15 kΩ montat în serie cu LED-ul, limitează însă curentul prin acesta, la cel mult 240 V / 15.000 Ω = 0,016 A, valoare care asigură o putere de disipaţie de cel mult 50 mW (vezi schema c a ataşamentului 1) faţă de cei 100 mW indicaţi de producător în fişa de date tehnice, ca putere de disipaţie maximă. În prima fază circuitul a fost în mod intenţionat subdimensionat, având în vedere că prin utilizarea LED-ului ca indicator (luminos) de tensiune el va fi înseriat cu rezistenţa corpului omenesc, avand valori de cel puţin cateva sute de kΩ. În schema c din ataşamentul 1, s-a alimentat LED-ul prin intermediul unui generator de curent constant, furnizând 0,016 A. Se vede că la bornele diodei în acest caz, există o cădere de tensiune alternativă efectivă de 3,3 Ve. Nu este deci necesar a se limita valoarea tensiunii la bornele LED-ului, prin montarea în derivaţie a unei diode redresoare (în contrasens cu acesta) aşa după cum susţin foarte mulţi teoreticieni de conjunctură. Pe baza schemei de alimentare în curent alternativ (schema a din ataşamentul 1) se poate realiza un indicator (creion) optic de tensiune. În ataşamentul 8 se văd componentele acestui dispozitiv, iar în ataşamentul 9 este prezentat dispozitivul în stare montată. În ataşamentul 10, se face o verificare a acestui dispozitiv. Ataşamentul 7 – Circuitul de alimentare al LED-ului conectat la retea Indicatorul optic de tensiune se utilizează la detectarea existenţei şi la vizualizarea tensiunilor situate la un nivel superior potenţialului electric al pămantului. Rezultă că la alimentarea diodei LED utilizată ca indicator luminos, mai intervine în serie cu rezistorul de 15 kΩ şi rezistenţa corpului operatorului, masurată între un punct de împământare şi degetul arătător al acestuia. Această rezistenţă este diferită de la individ la individ. Măsurată pentru autorul acestui articol, ea este de aproximativ 1,8 MΩ, dacă pardoseala este din beton, şi poate ajunge până la aproximativ 4,5 MΩ, dacă pardoseala este din materiale izolatoare, cum ar fi parchetul laminat. Indicaţia (slabă din punct de vedere luminos) care este ilustrata în imaginea din stanga a ataşamentului 10 se datorează tocmai faptului că verificarea a fost făcută într-o cameră cu pardoseala acoprerită de parchet. Am verificat acest dispozitiv şi în condiţiile unei încăperi cu pardoseala din beton şi s-a obţinut o indicaţie mult mai clară. Ea este reprezentată în partea dreaptă a atasmentului 10. Dacă nu se dispune de o împământare realizată în mod profesional, atunci se poate utiliza pe post de punct de împământare, borna neutră a unei prize de curent alternativ monofazat, după ce s-a verificat temeinic (cu ajutorul unui indicator optic profesionist) poziţia acestei borne. Măsurarea se poate face cu un tester care să aibă cel putin o scală de 10... 20 MΩ, poziţionat pe acea scală. Ataşamentul 8 – Circuitul de alimentare al LED-ului pregatit pentru a echipa un indicator optic de tensiune Trebuie precizat că rezistenţa operatorului faţă de pământ, depinde şi de cât de proaspăt a fost turnat betonul în încăperea în care se utilizează indicatorul optic de tensiune cu LED. Există inclusiv pericolul electrocutărilor, dacă pardoseala este proaspăt turnată. Acest lucru se datorează faptului că la diodele electroluminescente, operatorul realizează o legătură galvanică între sursa de tensiune verificată şi priza de împământare, în timp ce la lămpile cu halogeni (neon) această legatură nu este galvanică. Legatura galvanică, este caracterizată prin conducţie electrică directă din punctul de vedere al polarizărilor. Un tester care verifică rezistenţa ohmică între cele două terminale ale unui LED, indică o valoare finită a acesteia, cel puţin într-unul dintre sensuri. Dimpotrivă, un tester conectat la bornele unei lămpi cu neon, va indica o rezistenţă infinită a acesteia, indiferent de polaritatea bornelor testerului aplicate la oricare dintre terminalele lămpii, deoarece în gaze (cum sunt şi cele halogene) nu se poate stabili un curent electric, decât prin intermediul ionilor încărcaţi cu sarcini electrice ai gazului. Ataşamentul 9 – Indicatorul optic de tensiune montat şi pregatit de utilizare Din această cauză, nu se recomandă a se utiliza dispozitive indicatoare de tensiune cu LED-uri! Eu (probabil şi alţii) am fost nevoit să improvizez asemenea dispozitive, în perioada anilor ’80 şi în mod special după anul 1985, când marea majoritate a dispozitivelor electroluminiscente (printre care şi lămpile electroluminescente cu halogeni) provenind din import au dispărut ca urmare a sistării importurilor în România. Schema de alimentare reală pe care o foloseam în acele aplicaţii era cu o rezistenţă de 47 kΩ în locul celei de 15 kΩ, ceea ce făcea posibilă şi utilizarea indicatorului creionului de tensiune ca lampă de control. Adică, printr-un cordon anexă special, introdus în bucşa bornei (în locul degetului operatorului) se putea verifica existenţa tensiunii de reţea şi nu doar poziţia bornei de fază a prizei de curent alternativ, aşa după cum de altfel poate fi utilizat şi indicatorul de tensiune original, cel cu bec cu neon. În acest mod, curentul prin LED era de cel mult 5 mA. Ataşamentul 10 – Indicatorul optic de tensiune, verificat la reţeaua de curent alternativ În loc de concluzii, se poate spune că scopul acestui articol, nu a fost (de la bun început) unul care să propună spre construcţie un indicator de tensiune cu LED, ci unul care să lămurească pentru cei mai puţin experimentaţi în electronică, unele chestiuni de teoria şi practica utilizării diodelor electroluminescente semiconductoare, în special atunci când se pune problema utilizării lor în circuitele de curent alternativ.

O greşeală frecventă în electronică O greşeală tipică care se face în electronică (mai ales atunci când electronistul amator încearcă să treacă de la schemele electronice cu tranzistoare bipolare, la schemele cu tuburi electronice) este aceea de a se aplica cele trei tipuri de configuraţii ale tranzistorului (emitor comun / bază comună / colector comun) la schemele de conectare ale tuburilor. Astfel electronistul amator neavizat, are tendinţa să utilizeze noţiunile (inexistente la tuburi) de „catod comun / grilă comună / anod comun”. Pentru a evita astfel de confuzii, electronica tuburilor vidate trebuie studiată după sursele bibliografice ale epocii în care s-au stabilit aceste noțiuni. Ele, au ramas până astăzi aceleaşi, datorită faptului că între circuitele echivalente de semnal mic ale tranzistoarelor bipolare şi cele ale tuburilor electronice cu vid, există unele deosebiri fundamentale. Astfel, configuraţiile de bază ale tranzistoarelor bipolare pot fi studiate din surse bibliografice precum cea care se poate întalni pe internet, la adresa web: https://www.physics-and-radio-electronics.com/electronic-devices-and-circuits/transistors/bipolarjunctiontransistor/commonemitterconfiguration.html, şi care se pot sintetiza în acest articol prin porţiunea încadrată cu roşu a ataşamentului 1. Este doar un exemplu. Utilizatorul de internet interesat de electronică, poate găsi o multitudine de surse bibliografice, unde va întalni fără excepție aceeaşi terminologie, în ceea ce priveşte tranzistoarele bipolare. În ataşamentul 2, s-au reprezentat schemele aplicative ale amplificatoarelor de tensiune şi schemele echivalente de semnal mic ale celor trei tipuri de conexiuni definite în ataşamentul 1, pe care le-am reprodus dupa documentul de la adresa web: http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/Etaje-cu-tranzistoare-bipolare75367.php. Pentru configurațiile de bază ale tuburilor electronice, se poate studia spre exemplu sursa bibliografică de la adresa web: http://www.tubebooks.org/Books/landee_1957_electronic-designers-handbook_%281e%29.pdf, care este binecunoscută de electronistii amatori de tuburi electronice. Deoarece documentul pdf citat are 1050 de pagini, şi este greu de utilizat în acest caz simplu, am ataşat o imagine dintr-un document pdf, pe care l-am găsit întamplator pe internet şi a cărui adresă web este: http://www.radau5.ch/pdf_files/radio_1.pdf. Ceea ce reiese însă din textul de la pagina 30 a acestui document, are o aplicație generalizată la toate sursele bibliografice provenind din teoria tuburilor şi a circuitelor cu tuburi electronice. Se poate vedea în ataşamentul 3, că atunci când este vorba de tuburi, nu se mai vorbeşte despre configuraţii „catod comun / grilă comună / anod comun”, ci despre configuraţiile „catod la masă / grilă la masă / anod la masă”. Cei care au o experienţa suficienta, pot observa şi deosebirile esenţiale între configuraţiile schemelor cu tranzistoare bipolare şi cu tuburi electronice (triode) cu vid. Cei care vor întalni parteneri de discuţie care folosesc configuraţiile tranzistoarelor bipolare pentru a desemna sau caracteriza circuite cu tuburi electronice, pot fi siguri că aceştia, dacă nu sunt începători, atunci cu siguranţă încearcă să impresioneze audienţa cu vastele lor cunoştinţe despre tuburi, ei necunoscând în realitate terminologia de bază a acestor circuite. Interesant de ştiut ar fi, dacă cei care fac asemenea confuzii, au realizat şi practic montaje cu tuburi în configuraţia pe care o „declamă” – spre exemplu „... VAS (Voltage Amplifier Stage) în configuraţie catod comun ...”?! Ataşamentul 1 – Terminologiea configuraţiilor schemelor cu tranzistoare bipolare Ataşamentul 2 – Terminologiea configuraţiilor schemelor cu tranzistoare bipolare, schemele aplicative ale amplificatoarelor de tensiune şi schemele echivalente de semnal mic În esenţă, se poate observa că la schemele echivalente ale tranzistoarelor bipolare, între intrare şi masă (respectiv ieşire şi masă) există legaturi galvanice, din punctul de vedere al curenţilor continui de polarizare. Ataşamentul 3 – Terminologia configuraţiilor schemelor cu tuburi electronice, schemele de conectare şi schemele echivalente de semnal mic La schemele echivalente ale tuburilor, aceste legaturi galvanice nu există, deoarece curentii care iau naştere între diferiţii electrozi ai unui tub electronic, nu sunt curenti de conductie, ci curenţi produşi de deplasarea liberă a sarcinilor electrice în vid. Dacă conectăm un ohmmetru între oricare două terminale ale unui tub electronic (exceptând bornele filamentului de încălzire) valoarea afişată de acesta este infinită, deoarece între oricare doi electrozi ai acelui tub, nu există altceva decât vid. Rezistenţa rp figurată în aceste circuite, este rezistenţa (virtuală) internă dintre catodul K şi anodul P al tubului, măsurată într-un anumit punct static de funcţionare. În schimb, rezistenţele care apar în schemele echivalente ale tranzistoarelor bipolare sunt rezistenţe fizice (măsurabile la „rece”) rezultate din procesele de conducţie între diferitele joncţiuni. Din aceste cauze, chiar dacă s-ar dori o unificare a teoriilor între schemele cu tuburi şi cele cu tranzistoare bipolare, acest lucru nu ar fi posibil, tocmai din cauza aceastei deosebiri esenţiale între cele două tipuri de dispozitive electronice. Pentru o explicaţie mai intuitivă, hai sa consideram un tranzistor bipolar în conexiune colector comun (repetor pe emitor) versus o triodă cu vid în conexiune anod la masă (repetor catodic). Sursa de semnal, suprapusă peste polarizarea fixă bază-emitor a tranzistorului, dă naştere unui curent nenul prin circuitul de intrare (bază-emitor) al tranzistorului. Semnalul amplificat (cules între emitor şi masă) suprapus de asemenea peste tensiunea de polarizare colector-emitor, determină de asemenea un curent nenul prin circuitul de ieşire. Cei doi curenţi, se combină, în conformitate cu legile lui Kirchhoff în nodul corespunzător colectorului, care devine astfel nodul de mixaj (comun) al acestora. La trioda cu vid, semnalul util, se suprapune peste negativarea grilei şi în consecinţa nu există un curent grilă-catod nenul, precum la tranzistor. Semnalul amplificat şi preluat de pe catodul triodei, datermină în schimb un curent nenul în circuitul de ieşire, datorat rezistenţei interne a tubului electronic din etajul următor, ca parte a rezistenţei de sarcina pentru etajul considerat. Aşadar în nodul determinat de anodul triodei nu intră decât un singur curent, şi deci nu are loc un micsaj, neputând a se defini acest nod ca unul „comun”. Iata în atasamentul 4, textul original din lucrarea lui M. Berladski si R. Piringer – Culegere de probleme de tuburi electronice, aparută în anul 1959 în litografia Institutului Politehnic Bucuresti – Facultatea de Electronica si Telecomunicaţii, care atestă faptul că în cazul tuburilor electronice, nu se iau în calcul curenţii corespunzători circuitelor de intrare şi / sau ieşire recombinaţi într-un anumit nod al circuitului (care devine astfel comun) ci se ia în consideraţie potenţialul fix al masei (pământului) la care este conectat acel electrod. Astfel, prin intermediul rezistenţei fixe a sursei de alimentare, anodul este practic conectat la potentialul fix al masei. Ataşamentul 4 – Menţiuni din literatura în limba română despre schemele de conectare ale tuburilor electronice. Dincolo de glumele care s-ar putea face pe marginea unor asemenea situații, am întocmit şi publicat acest articol, spre a sluji celor în cauză, pentru a se auto-corecta în ceea ce priveşte terminologia circuitelor cu tuburi electronice, dacă vor într-adevar să abordeze această pasionantă latură a electronicii – electronica cu tuburi.