Jak zmniejszyć spadek napięcia Uce na tranzystorze BC337 w oświetleniu LED?

Wykonałem oświetlenie złożone z 10 taśm LED na 12V, które powinno pobierać przy pełnym zasilaniu diod tymi 12V ok.200mA, zapalane czujnikiem ruchu.
Czujnik ruchu podaje sygnał o napięciu 3,3V i prądzie max ok.1,3mA na wyjściu. Rezystor R1 opóźnia i powoduje spowolnione narastanie zaświecania oświetlenia
(w tym przypadku 1+2,5s) ładując kondensator C, rezystor R2 spowalnia wygaszanie oświetlenia do ok. 5s.
Zasilacze często mają już w stanie jałowym napięcie niższe np. 11,6V i do tego dochodzi spadek napięcia na tranzystorze Uce (tu: 0,8V), skutkiem czego na taśmie LED jest 10.8V co przekłada sie na prąd ok.120mA. Jeśli taśma jest krótka np. 2 szeregi to spadek Uce jest minimalny 0.18V.
Układ na jednym BC337 jest jeszcze mniej efektywny - spadek Uce = 1,3V.
Co można zmodyfikować w układzie aby otrzymać minimalny spadek napięcia Uce na tranzystorze? Zmienić tranzystor na o lepszej beta, Uce? Na jaki?
Podobny układ zmontowałem na 1xMOSFET i daje dobry rezultat Uds = 0,19V, ale chciałem rozwiązać problem na tranzystorach bipolarnych.

R1 = 10k R2 = 1,2k R3 = 18k C = 1000uF T1 = BC547B T2 = BD140
narastanie t1 =1.5s, wygaszanie t2 = 3s
Stały UCE = 0.85 V – nie zależy od R1 i R2, UD = 10,85 V
nie zależy od R1 i R2
LUB
R1 = 33k R2 = 5,6k R3 = 18k C = 220uF T1 = BC547B T2 = BD140
narastanie t1 =2s, wygaszanie t2 = 2,5s
UCE = 0.88 V – nie zależy od R1 i R2, UD = 10,80 V – nie
zależy od R1 i R2

tad224 napisał:

Co można zmodyfikować w układzie aby otrzymać minimalny spadek napięcia Uce na tranzystorze? Zmienić tranzystor na o lepszej beta, Uce? Na jaki?

Problemem twojego projektu nie tyle jest typ tranzystora a konfiguracja w której pracuje. Tutaj T2 pracuje jako wtórnik (OC) i aby osiągnąć pełne możliwości nasyceniowe, tj. małe Ucesat jego baza musiała by tu być wysterowana napięciem ujemnym względem minusa zasilacza, a takiego napięcia nie masz.
A dopiero drugą sprawą jest dobór takiego typu tranzystora który ma niskie napięcie Uce w stanie nasycenia. Przykładowo takie np, BD140, BD139 itp. są kiepskie w tym względzie ale przykładowo, taki pospolity BD911 typowo przy prądzie 120mA może mieć Ucesat w okolicach 50mV.

Jeśli już koniecznie upierać się na bipolarne, to wyjściowym tranzystorem (jeśli obciążenie od strony plusa) musiał by być NPN. Załóżmy na chwilę że wyrzucamy w ogóle T2 a ledy łączymy na kolektor T1. Wtedy układ prawie byłby poprawny, niestety w rzeczywistości mogło by zabraknąć prądu na bazę T2 z tego układu opóźniającego by w pełni go nasycić. A trzeba wtedy dostarczyć na bazę prądu kilkukrotnie większego niż wychodzi z prostego przeliczenia wzmocnienia prądowego (bety) i używanego prądu kolektora (szczegóły warunków nasycenia są w dokumentacjach tranzystorów).

Dlatego trzymając się wymogów projektowych że muszą być bipolarne (choć prosi się tu mosfet, sam doświadczyłeś jak dobrze spełnia swoją rolę), jest dołożenie kaskadowo drugiego tranzystora NPN (z możliwe dużą betą).
Coś tak podobnie:



R4 musi być tak dobrany by zapewniał odpowiedni prąd bazy do nasycenia Q2 a z drugiej strony by limitował prąd kolektora Q1 do bezpiecznej dla niego wartości.

W tym układzie zwiększy się (o ok. 0,7V) napięcie progowe punktu załączenia led. Dlatego potrzebna by była korekta wartości w układzie "opóźniającym" jeśli chcieć uzyskać te same czasy.

Dawne tranzystory bipolarne nie miały bardzo niskich napięć nasycenia, no chyba żeby stosować z bardzo dużym zapasem.

Współcześnie produkowane są tranzystory bipolarne mogące konkurować z MOSFETami przy niskich napięciach zasilania, mają bardzo niskie napięcia nasycenia i duże wzmocnienia, a przy tym małe obudowy, są też dosyć szybkie.

Przykładem może być PBSS4021 https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/PBSS4021NZ.pdf przy 100mA można się spodziewać napięcia nasycenia 4mV przy ic/ib=20 i 100mV przy ic/ib=100 wzmocnienie jest ok 700.

rb401 napisał:

Załóżmy na chwilę że wyrzucamy w ogóle T2 a ledy łączymy na kolektor T1. Wtedy układ prawie byłby poprawny, niestety w rzeczywistości mogło by zabraknąć prądu na bazę T2 z tego układu opóźniającego by w pełni go nasycić. A trzeba wtedy dostarczyć na bazę prądu kilkukrotnie większego niż wychodzi z prostego przeliczenia wzmocnienia prądowego (bety)

No właśnie z obliczenia mi wyszło, że prąd bazy ograniczony jest do mniej niż 3mA, a przy beta 240 wystarcza prąd bazy 900uA aby nasycić. W rzeczywistości czujnik daje 1,3 mA i to też powinno wystarczyć, choć nie jestem pewien w jakiej fazie dokonałem tego pomiaru.

rb401 napisał:

Dlatego trzymając się wymogów projektowych że muszą być bipolarne (choć prosi się tu mosfet, sam doświadczyłeś jak dobrze spełnia swoją rolę), jest dołożenie kaskadowo drugiego tranzystora NPN (z możliwe dużą betą).

Skoro wymaga to trochę czasu na eksperymenty to popróbuję jak mi przyjdzie natchnienie. Nie jestem producentem i dla celów osobistych mogę na razie stosować MOSFET - za kilka srebrników więcej

jarek_lnx napisał:

Przykładem może być PBSS4021 https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/PBSS4021NZ.pdf przy 100mA można się spodziewać napięcia nasycenia 4mV przy ic/ib=20 i 100mV przy ic/ib=100 wzmocnienie jest ok 700.

tym bardziej że w obecnych warunkach nie zakupię wspomnianych tranzystorów. A tak w ogóle to mosfety też się różnią ja użyłem IRF740, ale czy ich spadek dren-źródło ma związek z ich rezystancją Rds?
Zająłem sie tematem bo auważyłem, że 2 lata temu zrobiłem takie oświetlenie w różnych wersjach również z czujnikiem zmierzchu w parze i tam gdzie dałem więcej taśmy led diody świeciły słabiej. I dopiero teraz uświadomiłem sobie przyczyny.

Napięcie nasycenia U_CE zależy od prądu bazy - jeśli ledwie trochę przekracza I_C/beta, to jest spore. A i beta zależy od prądu i dla BC337 powyżej 100mA zaczyna szybko maleć, dla BD140 tylko nieco wolniej. W układzie z #1 możesz włączyć LED-y między kolektor T2, a minus zasilania, ale należy jakoś ograniczyć prąd T1, wstawiając opornik (może 1k, może 330R? trzeba popróbować, mniej od 330R na pewno nie, i więcej od np. 2k też raczej nie) między kolektor T1 i bazę T2.

_jta_ napisał:

W układzie z #1 możesz włączyć LED-y między kolektor T2, a minus zasilania, ale należy jakoś ograniczyć prąd T1, wstawiając opornik (może 1k, może 330R? trzeba popróbować) między kolektor T1 i bazę T2.

Próbowałem co prawda bez rezystora ale nie działało to poprawnie.

A jak zależy napięcie U_CE T2 od tego opornika? Jakie jest wtedy napięcie na samym oporniku (interesujący jest prąd = napięcie/opór)?

Cytat:

A jak zależy napięcie U_CE T2 od tego opornika? Jakie jest wtedy napięcie na samym oporniku (interesujący jest prąd = napięcie/opór)?

Nie łączyłem taśmy pomiędzy (-) a kolektorem pnp z rezystorem dodatkowym więc nie wiem, a układ musiałbym złożyć przynajmniej na płytce z "dziurkami" nie wiem jak się taka płytka fachowo nazywa.
I w ogóle wyrzuciłbym tego BD140 i zastąpił czymś innym. Mam taki S8550 nadałby się?
A zbieram informacje na przyszłość.

Chodzi o opornik między kolektorem T1, a bazą T2. Czy ten S8550 to taki? Popatrz na rysunki Static Characteristics i Saturation Voltage na stronie 3.