Guido Bertolotti (GuidoB)

ESPERIMENTI CON I LED TREMOLANTI

4 December 2011

Salve a tutti,

da un po' di tempo volevo dare un'atmosfera più suggestiva al presepe di famiglia(in realtà ridotto all'essenziale, cioè alla sola stalla della Natività). Pensavo a unaluce calda e tenue, con un lieve tremolìo che imitasse una lanterna. Questa luce misarebbe servita per evidenziare al buio le statuine e soprattutto i volti di Giuseppe eMaria, con la loro espressione di stupore e gioia davanti al mistero dell'Incarnazione.

Avevo già buttato giù uno schema con un CMOS 40106 e mi apprestavo a costruirloquando mi sono imbattuto nei LED tremolanti in modo casuale ("randomlyflickering LED"). Sono venduti su eBay a meno di due dollari il sacchetto da 5,spedizione inclusa, e così mi sono affrettato a provarli.

Che cosa sono i LED tremolanti

I LED tremolanti emettono una luce che varia "casualmente" di intensità, imitandoabbastanza bene la fiamma di una candela. L'involucro trasparente, del tutto similea quello di un comune LED da 5 mm, contiene, oltre al LED vero e proprio, unmicroscopico circuito elettronico che si occupa di ridurne la luminosità da una a trevolte al secondo, di volta in volta a un diverso livello e con diversa durata. Vistoche il datasheet di questi LED siglati FY5 è introvabile, ho dedotto quasi tutte lecaratteristiche presentate nel seguito con prove.

Vanno alimentati con una corrente massima di 20 mA, limitata per esempio con unaresistenza, e prudenzialmente non superare i 9 V di tensione di alimentazione. Lacaduta di tensione ai capi di questi LED è di circa 2,8 V nei momenti in cui sonoaccesi alla massima luminosità, ma arriva quasi alla tensione di alimentazione negliistanti in cui il circuito interno al LED limita la corrente che lo attraversa per ridurnela luminosità.

Mettendo una capsula piezoelettrica in parallelo al LED, ho potuto ascoltaredifferenti brevi suoni (stonati), a frequenze acustiche basse, intervallati da brevisilenzi (durante i quali il LED è acceso alla massima luminosità). Da questo deducoche la riduzione di luminosità è ottenuta variando il duty-cycle della corrente dipilotaggio del LED. Non ho un oscilloscopio, l'avete capito, ma mi sono arrangiato, eheh...

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Un altro modo per vedere la modulazione on/off del LED è quello di muoverlovelocemente al buio, per esempio in circolo: quando la luminosità viene limitatasi vede una scia luminosa tratteggiata anzichè continua. Quando è fermo non ciaccorgiamo di questi rapidi spegnimenti a causa della persistenza delle immaginisulla retina: li percepiamo come abbassamenti della luminosità totale.

Altre particolarità non menzionate nella pagina del venditore sono il colore ambra,simile al giallo-arancione di un semaforo e non al giallo puro, e il fatto che il chip delLED non si trova al centro ma spostato vicino a un bordo, per cui la luce non vienesparata dritta in avanti ma lievemente inclinata (poco male).

Effetto candela o lanterna

Avendo a disposizione un LED tremolante diventa semplicissimo imitare una candela:basta mettere in serie al LED una resistenza, calcolata per far passare da 5 a 20 mAsecondo la luminosità desiderata, inserire il LED in un tubetto di plastica traslucidoper un migliore effetto (nascondere il LED ma non la sua luce), e il gioco è fatto. Laluminosità non è entusiasmante, ma è comunque accettabile.

Tuttavia a volte desidereremmo una luce più potente, di diverso colore, dal tremolìomeno accentuato, oppure vari LED che tremolino in modo sincronizzato perilluminare un'area più grande simulando un sola lanterna, oppure due LED chetremolino in modo alternato per simulare una fiamma che si muove costantemente.Mentre sperimentavo per trovare una soluzione all'illuminazione del mio presepe hoprovato i circuiti che presento di seguito, semplicissimi perchè la parte più difficile,la generazione del tremolìo, la fa il LED tremolante.

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Effetto fuoco

Il fuoco di legna ha un colore arancione, non giallo ambrato, tranne qualche lingua difuoco ogni tanto. Le braci sono di colore arancione tendente al rosso. Per un effettopiù realistico ho utilizzato due LED, uno tremolante e uno ambra, arancione oppurebianco caldo.

I led bianchi hanno una luminosità più alta. Se non diversamente specificato laloro luce è fredda, tendente all'azzurrino. Ma si trovano anche i LED di colorebianco caldo (warm white), che danno una buona resa cromatica e fanno unaluce simile a quella di una lampadina a incandescenza. Se usate un LED biancocaldo per simulare un fuoco di legna dovrete comunque correggerne il colore. Unfiltro fatto con cellophane arancione spesso non riesce a eliminare una componenteverdastra dovuta allo spettro di emissione non uniforme del LED bianco caldo. Ilrisultato migliore l'ho ottenuto colorando il LED per immersione in apposita vernicearancione per lampadine, una lacca liquida reperibile in boccette nei negozi dibelle arti. Il colore riduce un po' la luminosità del LED bianco caldo, che comunqueresta più luminoso di un LED arancione.

Il circuito che utilizza un LED tremolante e uno bianco caldo è semplicissimo.Essendo collegati in parallelo con la corrente limitata da una resistenza in comune,quando il LED tremolante è acceso al massimo il LED bianco emette poca luce,perchè la sua caduta di tensione è più alta (circa 3,3 V a 20 mA contro 2,8 V del LEDtremolante). Quando invece il LED tremolante riduce la sua luminosità, aumenta lacaduta di tensione ai suoi capi e la corrente si riversa nel LED bianco, accendendolodel tutto. Si ha l'impressione che la luce si sposti casualmente dal LED tremolante albianco e viceversa.

Se al posto del LED bianco caldo se ne utilizza uno giallo, arancione o ambra,bisogna inserire in serie a quest'ultimo un piccolo diodo al silicio come indicato

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nello schema seguente, che aumenti la caduta di tensione totale. Infatti il LEDgiallo, arancione o ambra ha una caduta di tensione più bassa del LED tremolante,e collegato semplicemente in parallelo resterebbe sempre acceso, prendendo persè praticamente tutta la corrente disponibile e impedendo al LED tremolante diemettere una luce decente. Con alcuni LED rossi possono essere necessari due diodial silicio in serie.

Per ottenere un buon effetto visivo, oltre a correggere il colore quando necessario,non bisogna vedere direttamente i LED ma piuttosto la loro intensa luce che trapelafra stecchetti o paglia e si riflette su piccole pietre o altri oggetti.

Il fuoco simulato da questo circuito appare abbastanza tranquillo, perchè laluminosità totale non cambia molto, muovendosi la luce da un LED all'altro. Perottenere fuochi più vivi consiglierei di costruire due circuiti, e poi accoppiare ogniLED tremolante col "compagno" dell'altro LED tremolante: in questo modo siottengono due fuochi più vivi e variabili, visto che la luminosità dei due LED non èpiù correlata. Oppure potete provare a utilizzare ogni LED in un fuoco separato.

A me non piace molto un fuoco multicolore, per cui anche se meno aderente allarealtà preferirei unire un LED ambra anzichè arancione al LED tremolante. Oppure,realizzando due fuochi, accoppiare i due LED tremolanti in un fuoco e gli altri due inun altro fuoco.

Per recuperare anche la luce emessa o riflessa verso il basso e diffonderla meglio,potete mettere i LED sul fondo di un riflettore a "scodellino", fatto per esempio confoglio di alluminio da cucina rivestito previamente con nastro adesivo trasparente perrenderlo più resistente e soprattutto isolante.

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Effetto lanterna e stelle

Vari LED che tremolano in modo sincronizzato si possono utilizzare per simulare unasingola lanterna o candela che illumina una scena quando la luce di un solo LED èinsufficiente o lascia indesideratamente zone in ombra. Si possono inserire i LED indiverse posizioni e puntarli in varie direzioni per illuminare un ambiente più vasto,evidenziando con la luce i particolari più importanti (per esempio i volti). Da alcuneprove effettuate ho notato che se i LED che illuminano una singola scena non hanno itremolii sincronizzati, l'effetto all'osservarla disorienta un po' (si notano troppe fontidistinte di luce provenienti da varie direzioni).

Per riprodurre la temperatura di colore della fiamma di una candela consigliodi utilizzare LED bianco caldo, colorati per immersione nella già menzionata vernice(lacca) arancione per lampadine, diluita al 50% con lacca incolore. La lacca dicolore giallo ambrato, che sembrerebbe più adatta, non mi ha dato buoni risultati,perché lascia una componente verdastra nella luce dei LED. Invece i LED di coloregiallo/ambra li vedo un po' troppo gialli e meno luminosi.

LED miniatura di colore bianco (freddo) dal diametro di 2 o 3 mm, con la lorocomponente azzurrina e un lieve tremolìo possono simulare le stelle nel cielo. Si puòsmerigliare con carta vetrata la punta dei LED: si riduce la luminosità, ma la luce sidiffonde molto meglio e le stelle sono visibili da più direzioni. In alternativa si possonoutilizzare LED a testa ribassata ("straw hat") o ancor meglio piatta ("flat top") chehanno un angolo di emissione intorno a 120º anziché a 25º come i LED trasparenti apunta emisferica più comuni.

Inoltre è consigliabile avvolgere ogni LED, tranne la punta, in cartoncino nero tenutostretto con nastro isolante anch'esso nero, per evitare sbavature laterali della lucedella stella. Sconsiglio l'uso di nastro isolante direttamente sull'involucro trasparentedel LED perché l'intimo contatto dell'adesivo modifica le proprietà ottiche diriflessione verso l'interno della superficie laterale del LED e può provocare perdite diluminosità.

Conviene avere un tremolìo lieve sincronizzato a gruppi o strisce di stelle, per meglioimitare questo effetto atmosferico.

Per questi effetti ho provato due tipi di circuiti: circuiti serie e pilotaggio contransistor.

Circuiti serie

Per ottenere tremolii sincronizzati si possono mettere in serie al LED tremolante altriLED. Superando i 15 V di tensione di alimentazione, il LED tremolante comincia adassorbire una corrente significativa anche nello stato "spento" (indizio che stiamo

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superando i limiti costruttivi) e gli altri LED non tremolano più (o tremolano poco).Per ovviare a questo limite si può porre in parallelo al LED tremolante un diodo zenerda 3,9 - 9,1 V. E' possibile sostituire questo zener con un LED bianco caldo (oppuredi un altro colore, a patto di porgli in serie uno o anche due diodi al silicio se la suacaduta di tensione è troppo bassa, come già visto nell'effetto fuoco): si illumineràin modo complementare al LED tremolante e a quelli da lui comandati. Se di coloreadatto si potrà utilizzare per un effetto fuoco insieme al LED tremolante. Con lo zenere ancor più col LED in parallelo, il tremolìo dei LED in serie viene ridotto, tantopiù quanto più è bassa la tensione dello zener. Comunque questa riduzione spesso èdesiderabile per simulare meglio luce ambiente o stelle. Si può regolare l'intensitàdella luce emessa con il trimmer previsto allo scopo.

Si possono pilotare con un solo LED tremolante anche 2-3 serie di LED miniatura da2-3 mm, se si necessita una luminosità più debole, per esempio per simulare dellestelle. Nel circuito seguente opera anche una riduzione della profondità di tremolìograzie alla presenza di un diodo zener da 4,7 V anzichè da 9,1 V.

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Questi circuiti serie sono semplicissimi ma hanno alcuni limiti. La tensione massimadi alimentazione non deve superare i 50 V per motivi di sicurezza. La minima non puòessere inferiore a 6-7 V (per via delle almeno due cadute di tensione in serie), e sipossono controllare solo una o poche serie di LED. Con una tensione di alimentazionesuperiore a 9 V si possono pilotare più led in serie, ma a profondità di tremolìo ridottaper via della presenza dello zener o del LED in parallelo (a volte comunque questoeffetto è desiderabile).

Per ovviare a questi inconvenienti ho realizzato il circuito seguente.

Pilotaggio con transistor

Questo circuito permette di comandare molte serie di LED, e col massimo di tremolìose lo si desidera. La corrente che attraversa il LED tremolante nei momenti incui è acceso entra nella base di un transistor, utilizzato come interruttore. Questoè possibile in quanto, come già spiegato, i vari livelli di luminosità del LED sonoottenuti variando il duty-cycle della corrente che lo attraversa.

La tensione di alimentazione massima dipende dalla Vce di breakdown del transistor,che nel caso di un BC 337 è di 45 V (meglio stare un po' sotto, per esempio a 40 V,che bastano per una serie da 11 LED bianchi).

La tensione minima di alimentazione è di soli 3 - 3,6 V, se si utilizza un solo LED perserie. La caduta di tensione ai capi dei LED diminuisce, anche se non linearmente,al diminuire della corrente che li attraversa, per cui il circuito continua a funzionareanche abbassando la tensione di alimentazione al di sotto della caduta di tensionedei LED a 20 mA. Di fatto perchè i LED bianco caldo smettano completamente diemettere luce bisogna scendere a 2,4 V di tensione di alimentazione.

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Le serie di LED possono essere più d'una e ciascuna con diversa corrente (ad esempio20 mA per le serie di LED da 5 mm per le luci delle case, e 5 - 10 - 20 mA per leserie di LED miniatura da 2-3 mm per stelle più o meno luminose). Il numero di seriedi LED comandabili, dato che il transistor lavora on/off e praticamente non dissipa, èteoricamente la corrente massima di collettore (nel caso del BC337, 800 mA) divisola corrente di ogni serie (circa 20 mA per LED da 5 mm), cioè 40 serie. È megliocomunque stare ben al di sotto di questo limite, o usare un transistor più potente.

Lo zener DZ1 serve a limitare la tensione sul led tremolante. Se l'alimentazione non èsuperiore ai 9 V, questo zener si può eliminare. E' possibile sostituire lo zener con unaserie di uno/due diodi al silicio e un LED bianco caldo, arancione, ambra o giallo, chesi potrà utilizzare per un effetto fuoco insieme al LED tremolante, senza impatto sullaprofondità di tremolìo dei LED comandati. La profondità dell'effetto di tremolìo deiLED comandati e la loro luminosità sono regolabili globalmente con i trimmer previstiallo scopo. E' preferibile regolare prima la luminosità e poi la profondità di tremolìo,dato che quest'ultima è anche influenzata dalla regolazione di luminosità. Il trimmerdi regolazione della profondità di tremolìo si può sostituire anche con una serie didiodi al silicio, per esempio un diodo per ogni 6 V di tensione di alimentazione,per avere una profondità di tremolìo ridotta e meno dipendente dalla regolazione diluminosità.

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La realizzazione definitiva - Dettagli pratici

Dopo tutte le mie prove, per il mio caso ho scelto una variante del circuitoprecedente, dove ho messo una resistenza da 22 Ohm al posto del trimmer diregolazione della profondità di tremolìo.

Ho utilizzato quattro LED bianco caldo posti sul soffitto e dietro la colonna dellastalla. Prima di fissare i LED ho incollato al supporto un pezzo di foglio di alluminioadesivo, ricoperto di nastro adesivo trasparente per isolarlo, come riflettore dellaluce dispersa lateralmente dal LED, per aumentare il flusso luminoso verso la scena.

Ho puntato i LED sui visi di Gesù, Giuseppe e Maria, e anche verso le gambedel bambino che erano un po' in ombra. Il resto della scena viene illuminatoadeguatamente dalla luce dispersa lateralmente dai LED e riflessa dall'alluminio.

Dove era necessario ho provveduto a un'ulteriore schermatura delle fonti di luce,in modo che non fossero visibili allo spettatore. Per questi schermi ho usato un"sandwich" formato da nastro adesivo trasparente incollato su foglio di alluminioadesivo a sua volta incollato (nelle parti non attaccate al sostegno) a carta da pacchimarrone. Ho ritagliato gli schermi con forme arrotondate, e ripassato i bordi conpennarello indelebile nero per fermare la luce che esce dai fini bordi del nastroadesivo.

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Ho divaricato leggermente i terminali dei LED e li ho piegati per far puntare i LEDnella direzione voluta. Ho fissato i LED con viti che premono rondelle di cartoneplastificato (ottenute dalla robusta copertina di un blocco note) sui terminali. Leviti sono avvitate tra le due gambette (reófori) di ciascun LED. Possono toccare unreoforo, ma non entrambi per non cortocircuitare il LED.

Come ulteriore precauzione ho usato un riflettore di alluminio separato per ogni LED:anche se incollato parzialmente sovrapposto a un altro, in questo modo un contattoaccidentale di un terminale con l'alluminio di un riflettore non può coinvolgere piùdi un LED e non può provocare cortocircuiti. Ho saldato ai terminali dei LED delfilo rigido sottile, marrone affinché sia meno evidente, e l'ho fatto passare nei luoghimeno visibili, anche sotto il pavimento della stalla (proteggendo poi il filo che passasotto con del nastro adesivo telato).

Ho sfruttato il LED tremolante per simulare la luce di una lanterna che la miastatuina di S. Giuseppe tiene in mano, nascondendo il LED tra il vestito e la lanternae facendo passare i due fili di collegamento, marroni, nella parte posterioreoccultandoli dove possibile tra le pieghe del vestito. In mancanza della lanterna, avreiusato il LED tremolante per simulare un fuoco nella stanza attigua alla stalla.

Tutti i fili saldati ai terminali dei LED raggiungono il retro della stalla. Ho volutoevitare di collegarli a anodo comune anche se avrei risparmiato un po' di filo, peravere la possibilità di illuminare i LED con diversi circuiti pilota.

Illuminazione ambiente - Sono evidenziati i LED e uno degli schermi riflettori

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Ho fissato il circuito di comando dietro la parete della stalla, montato su un ritagliolungo e stretto di basetta millefori. Ho tenuto fermi i fili con strisce di cartoneplastificato avvitate al legno della parete. Ho fissato con viti alla parete il coperchiodi un portapile da tre elementi stilo (AA) completo di interruttore, a cui ho agganciatoil portapile.

Le resistenze di limitazione sono calcolate per una tensione di alimentazionemassima di 5 V. Una tensione adeguata di 4,5 V è ottenibile con tre pile alcaline osaline. Tuttavia anche inserendo tre pile ricaricabili al NiMH, che danno una tensionetotale di 3,6 V, la luminosità era ancora fin troppo alta e l'ho regolata a un po' menodel massimo. Con un consumo totale di circa 50 mA, le pile ricaricabili da 2500 mAhdovrebbero durare oltre 50 ore.

Il retro della stalla con fissati il portapile AA a tre posti e il circuito di pilotaggio deiLED

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In questo video, in cui la luminosità dei LED bianco caldo è regolata bassa, si puòmeglio apprezzare il tremolìo del LED tremolante (utilizzato per la lanterna retta daS. Giuseppe). Data la regolazione bassa della luminosità generale, il tremolìo dei LEDbianco caldo è appena percettibile dal vero, e nel video non si apprezza:

Il risultato finale

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Flash

In quest'altro video, in cui la luminosità dei LED bianco caldo è regolata al massimo,si possono vedere le posizioni di montaggio dei vari LED. Tutti i LED tremolano, quellibianco caldo di illuminazione hanno un tremolìo volutamente ridotto. Purtroppo èappena apprezzabile nel video, probabilmente il controllo automatico dell'esposizionedei fotogrammi ne riduce l'effetto nella registrazione:

Flash

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Osservazioni sulla sicurezza elettrica dei presepi

Prima di realizzare questi circuiti ho fatto un giro su diversi fori di discussionededicati ai presepi per cercare informazioni e consigli. Tutto bene, trannel'attenzione alla sicurezza elettrica. In alcuni casi c'è da mettersi le mani nei capelli.Infatti ogni tanto qualche presepe va a fuoco, anche questo è riportato in un foro. C'èancora molta strada da fare, e questo mio articolo vuole anche essere anche un aiutoper migliorarla.

1) Usare sempre materiali conformi (marcatura CE o meglio marchio IMQ - piùdettagli qui);

2) usare la tensione di rete in un presepe al massimo per l'illuminazione generale(o alba e tramonto) con le lampade fissate solidamente, adeguatamente separate damateriali infiammabili, meglio se chiuse in gusci, mantenendo in tutti i punti il doppioisolamento; in presenza di umidità, effetti pioggia, presepe all'aperto, racchiuderetutte le lampade e i collegamenti in contenitori per esterni, con indice di protezioneadeguato (per esempio IP55);

3) Quello che mi fa più paura sono lampade di illuminazione a 230 V, lampade al neonalimentate da rete a 230 V attraverso una resistenza per simulare il fuoco, LED fattitremolare con un circuito elettronico collegato ai 230 V attraverso un alimentatore "acondensatore" che non isola dalla rete, il tutto con fili di alimentazione senza doppioisolamento, adatti a tensioni inferiori, magari piattina rossa e nera per altoparlanti,che spesso passano tra materiali altamente infiammabili, o magari vicino a unruscelletto di vera acqua;

4) Le lampadine, anche a bassa tensione, scaldano e possono danneggiare i materialitroppo vicini, in casi estremi anche incendiarli. Oggi ci sono i LED ad alta luminosità,di tanti colori incluso il bianco caldo simile alla luce di una candela o una lampadina,che non scaldano, consumano molto meno, durano 100 volte di più, costano poco,sono piccoli (2, 3, 5, 8, 10 mm di diametro) e si nascondono meglio... usiamoli!

5) I LED si possono alimentare a pile, anche ricaricabili, o con dei piccoli alimentatoria spina o alimentatori per computer portatili. Probabilmente ne avrete qualcunod'avanzo per casa. Questi alimentatori abbassano la tensione e nel contempo isolanodalla rete. Controllate che diano corrente continua (non alternata) tra 4 e 50 V, eaggiungete in serie all'uscita un fusibile rapido per corrente leggermente superiorealla massima corrente che preleverete (che non dovrà comunque essere superiorealla massima corrente di secondario, indicata sull'etichetta dell'alimentatore). Anchese molti alimentatori hanno un lento fusibile termico interno, è meglio metternecomunque uno rapido esterno, così fonde quello e salvate l'alimentatore. E'necessario che l'alimentatore sia di tipo switching (tutti gli alimentatori per computerlo sono, gli altri switching meno potenti "a spina" si riconoscono perchè sono molto

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leggeri e accettano in ingresso un ampio intervallo di tensioni, generalmente da 100a 240 V) o lineare stabilizzato. Questi alimentatori forniscono in uscita una tensionestabile e indipendente dalle variazioni della corrente di carico. Misurate sempre latensione di uscita, non fidatevi ciecamente dell'etichetta. Se la tensione misurata avuoto è superiore di vari volt a quanto riportato in etichetta, si tratta probabilmentedi un alimentatore lineare non stabilizzato, pertanto dovrete aggiungere unostabilizzatore (ad esempio basato su un integrato LM317) se vorrete evitare dannosipicchi di corrente ai vostri LED. Collocate tutte le resistenze di limitazione dellacorrente dei LED possibilmente sullo stesso polo di alimentazione, per esempio sulnegativo, così limiterete la corrente non solo in caso di contatto accidentale tra iterminali dei LED, ma anche tra diversi circuiti di LED. Racchiudete le resistenzein una scatola di derivazione elettrica insieme al fusibile e ai circuiti di comando, emandate ai LED distribuiti nel presepe fili che portano corrente già limitata da questeresistenze. In caso di contatti accidentali si spegnerà temporaneamente qualche LED,ma la corrente, già limitata a monte, non potrà fare grossi danni, e probabilmentenon fonderà neanche il fusibile. In caso di serie di vari LED, potrà però surriscaldarsio bruciarsi la resistenza di limitazione, e forse anche qualche LED della serie. Potreteusare fili molto fini e facilmente occultabili, senza necessità di doppio isolamento, etoccare i fili nudi con le mani durante il funzionamento senza pericolo.

Come calcolare le resistenze di limitazione

Premesso che l'utilizzo di una resistenza in serie non è l'unico modo per limitare lacorrente che circola nei LED (vedere a proposito gli articoli di IsidoroKZ I, II e III),è però adeguato quando si ha una tensione di alimentazione stabilizzata, e che hopreferito per essere il più semplice ed economico.

Le resistenze si calcolano con la legge di Ohm: si prende la tensione di alimentazionee si sottraggono le cadute di tensione di tutti i LED presenti nella serie. Nonnecessariamente tutti i LED dello stesso colore hanno la stessa caduta di tensione,infatti ad esempio per i LED rossi normali è di 1,8 V e per quelli ad alta efficienza è di2,1 V a 20 mA. Le cadute di tensione che ho misurato su alcuni LED ad alta efficienzacon una corrente di 20 mA sono riportate nella tabella seguente. E' comunqueconsigliabile misurarla sugli specifici modelli di LED che utilizzerete, a 20 mA o ancormeglio alla corrente a cui li vorrete utilizzare.

Tensioni dirette a 20 mA misurate su diodi LED ad alta efficienza di diversi colori:

Colore Caduta di tensione (V)Rosso 2,1

Arancione 2,0Ambra 2,0Giallo 2,0

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Verde 3,1Blu 3,1

Bianco freddo 3,1Bianco caldo 3,3

Rosa 3,3

La tensione risultante dalla sottrazione, che non deve essere inferiore a un 15% dellatensione di alimentazione (se non è così, eliminate un LED dalla serie), va divisa perla corrente (per LED da 3 o 5 mm calcolate 15-20 mA, 3-7 mA se volete una lucefioca). Otterrete così un valore di resistenza, che arrotonderete al valore commercialeimmediatamente superiore.

Esempio: abbiamo una tensione di alimentazione (da pile o da alimentatore switchingo stabilizzato) di 12 V e vogliamo alimentare una serie di LED di colore bianco caldo.La caduta di tensione di questi LED è di circa 3,3 V. Se ne mettiamo in serie 3, lasomma delle loro cadute è 3 x 3,3 V = 9,9 V.

12 V - 9,9 V = 2,1 V. 2,1 V / 12 V = 0,175, cioè 2,1 V è il 17,5% di 12 V, abbastanzaper ottenere una regolazione sufficientemente stabile.

Calcoliamo quindi la resistenza: decidiamo di far passare 20 mA attraverso i LED,per cui 2,1V / 0,02 A = 105 Ohm, che arrotonderemo al valore commerciale dellaserie E12 immediatamente superiore, che è 120 Ohm. Se non stiamo cercando difar funzionare il LED alla sua massima corrente (generalmente 20 mA per LED da 3e 5 mm di diametro), potremo alternativamente arrotondare la resistenza al valorecommerciale più vicino.

Dopo aver operato l'arrotondamento, calcoliamo la corrente che effettivamenteattraverserà la serie: 2,1 V / 120 Ohm = 17,5 mA (anzichè i 20 mA inizialmenteprevisti). La differenza di luminosità è pressoché impercettibile tra 15 e 20 mA, percui tanto vale risparmiare un po' di corrente e non far lavorare i LED vicino al limite.

La potenza che deve avere questa resistenza è data da 2,1 V * 0,0175A = 0,037 W.Una piccola resistenza da 0,25 W sarà perciò perfettamente adeguata.

Come ulteriore esercizio, proviamo a vedere che cosa succederebbe se la serie di3 LED andasse in corto. Sulla resistenza verrebbe applicata tutta la tensione dialimentazione, e la corrente che vi scorrerebbe sarebbe di 12 V / 120 Ohm = 100mA. La potenza dissipata sarebbe di 12 V * 0,1 A = 1,2 W. Quindi, o usiamo unaresistenza da 2 W e ci assicuriamo in questo modo che non si surriscalderà neanchein caso di cortocircuito dei LED, oppure più semplicemente lasciamo quella da 0,25W, racchiusa insieme alle altre, ai circuiti di pilotaggio e al fusibile in una scatola diderivazione elettrica, e accettiamo che si surriscaldi e si bruci in caso di cortocircuitoprolungato.

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Un cortocircuito parziale della serie (per esempio solo su due LED) porterebbe conogni probabilità alla distruzione del terzo LED per eccesso di corrente. Se le serie diLED sono pilotate da un transistor, sarà opportuno lasciare un margine di corrente dicollettore disponibile, per essere assorbita in caso di cortocircuito di una delle seriedi LED.

Per ulteriori spiegazioni ed esempi sul calcolo delle resistenze di limitazione dei LEDpotete leggere qui.

Calcolatrici per le resistenze di caduta sono presenti in questa e quest'altra pagina.

Dove trovare il materiale

Io ho trovato praticamente tutto il materiale su eBay, ma, tranne i LED tremolanti,è comunque facilmente reperibile in negozi di elettronica anche on-line. Per trovareogni articolo che non avevo, ho scritto nella casella di ricerca quanto riportato intabella:

Articolo Testo da inserire nella casella di ricercaLED tremolanti Randomly flickering LED

LED da 5 mm bianco caldo 5mm warm white LEDLED 5 mm ambra 5mm amber LED

LED 5 mm arancioni 5mm orange LEDLED 5 mm colori assortiti 5mm red yellow green blue white LED

LED 3 mm bianchi a testa piatta 3mm flat top white LEDPortapile AA a 3 posti con interruttore 3 AA battery holder switch

Futuri sviluppi

Ho una mezza idea di progettare una semplicissima centralina per presepe con uno odue integrati di porte logiche CMOS, espressamente pensata per illuminare con LEDun presepe casalingo, alimentata a pile o con un alimentatore a spina.

Dovrebbe avere due uscite per illuminazione giorno e notte che si alternano indissolvenza, due o tre uscite per fuochi, luci case e simili. Forse anche un effettotremolìo per stelle, luci case e fuochi. Il tutto dando priorità alla semplicità eeconomicità, pertanto non programmabile. Per prestazioni superiori ci sono giàcentraline professionali anche open-source e lo standard DMX. Io non intendo fareconcorrenza a queste, ma permettere di autocostruirne una semplicissima a chi sausare un saldatore ma non vuole programmare microcontrollori.

Compatibilmente col tempo preparerò lo schema e lo pubblicherò. Poi qualcun altro(io ho proprio poco tempo) potrà realizzarlo e mettere a punto per esempio i valori

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dei componenti, il disegno dello stampato ecc, e condividere poi con tutti il risultato,nello spirito open-source.

EDIT: ho pubblicato lo schema elettrico qui. Se c'è qualcuno interessato arealizzarlo me lo faccia sapere.

Tanti saluti e Buon Natale a tutti.

Estratto da "http://www.electroyou.it/mediawiki/index.php?title=UsersPages:Guidob:n-a"

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