Использование NPN-транзисторов в качестве переключателей включения/выключения для светодиодной схемы

У меня есть очень простая светодиодная схема:

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Все D#светодиоды 3Vx0.02A. Чтобы эта схема работала, нам нужен резистор 25 Ом для каждой четверки светодиодов:

Total LEDs current = 0.02A*4 = 0.08A
Voltage drop = 5V - 3V = 2V
Resistor value = 2V/0.08A = 25Ω

У меня не было резистора на 25 Ом, поэтому я поставил резистор на 27 Ом.

Теперь я хочу добавить Arduino, чтобы иметь возможность программно включать и выключать каждый квартет светодиодов. Я не хочу перегружать Arduino, поэтому я подумал, что было бы нормально иметь внешний источник питания, который будет давать светодиодам весь ток, необходимый им для работы, не беспокоясь о том, что сам Arduino сгорит.

Я думал, что могу использовать транзисторы или МОП-транзисторы в качестве логических переключателей включения / выключения, но я выбрал транзистор, потому что они намного дешевле, чем МОП-транзисторы.

Я подумал о том, чтобы получить 2N3904, потому что он поддерживает до 200 мА, а схема требует 0,08 А на четверку светодиодов.

Насколько я знаю, схема должна выглядеть примерно так:

схематический

смоделируйте эту схему

Я определенно не эксперт в области электроники, я предположил, что так и должно быть, потому что я просмотрел сайт, на котором говорилось об управляемых Arduino светодиодах через транзистор, используемый в качестве переключателей включения / выключения. Это ничего не объясняло, просто была схема, поэтому я хочу спросить: почему резистор 10 кОм? Правильно ли выбрано значение? Мне нужен резистор 1/4 Вт 10 кОм или 1/2 Вт? Резистор 27 Ом должен оставаться 27 Ом или его следует заменить при установке транзистора?

Обычно плохая идея группировать светодиоды вместе, используя только 1 токоограничивающий резистор. Это может привести ко всем видам проблем, таких как неравномерное свечение светодиодов.
Вышеупомянутое утверждение в значительной степени FUD на данный момент. Если вы понимаете, как работают светодиоды, их параллельная работа — это нормально. Посмотрите на любую светодиодную цепочку с батарейным питанием. Все эти светодиоды включены параллельно

Ответы (2)

Ваша основная концепция верна, но есть некоторые проблемы:

  1. Параллельное подключение 4 светодиодов не лучшая идея. Было бы лучше дать каждому светодиоду свой резистор. Вы говорите, что на светодиодах падает напряжение 3 В. На рис. около 200 мВ для насыщенного транзистора остается 1,8 В на резисторе. (1,8 В)/(20 мА) = 90 Ом. Обычное значение 100 Ом будет работать нормально.

  2. Вы должны учитывать усиление транзистора при определении его базового резистора. Как вы говорите, транзистор будет пропускать 80 мА во включенном состоянии. Допустим, мы хотим запустить транзистор с током коллектор/база 20:1, так как можно рассчитывать, что он будет иметь больший коэффициент усиления. Это означает, что вам нужен базовый ток около 4 мА. Если цифровой выход достигает 5 В при высоком уровне, у вас есть около 4,3 В на резисторе. Получается (4,3 В)/(4 мА) = 1,08 кОм. У нас есть некоторая погрешность в расчетах, поэтому 1,1 кОм должно работать нормально.

    В любом случае, 10 кОм, вероятно, слишком много. В обратном направлении это обеспечивает базовый ток 430 мкА, а это означает, что вы рассчитываете на коэффициент усиления транзистора не менее 186. Это намного выше гарантированного минимума, поэтому сопротивление 10 кОм явно слишком велико.

Это означает, что вы рассчитываете на коэффициент усиления транзистора не менее 186. В техническом описании указано, что максимальное значение HFE равно 300. Полезна ли эта информация? Это что-то меняет? Что означает, что HFE@100 мА может быть от 30 до 300? Также в даташите указано, что напряжение коллектор/эмиттер транзистора равно 1В. Означает ли это, что на транзисторе будет падение напряжения 1 В, поэтому мне нужно пересчитать значение светодиодного резистора для падения 0,8 В вместо 1,8 В?
Опечатка, я думаю, в вашем последнем предложении. Вы имеете ввиду 10к, а не 1к.
@Back: максимальная жизнь здесь не имеет значения. Мы должны спроектировать схему так, чтобы она работала с наименьшим коэффициентом усиления, который может иметь транзистор. В этой схеме более высокое усиление не вызывает проблем, и она прекрасно работает с бесконечным усилением.
@OlinLathrop Как насчет вопроса о падении напряжения?
Кто бы ни проголосовал за это, что именно вы считаете неправильным, вводящим в заблуждение или плохо написанным? Я этого не вижу.
@Back: В техническом описании говорится, что транзистор будет иметь коэффициент усиления не менее 30, поэтому 20, которые я использовал для целевого отношения тока C / B, примерно правильный. Максимальное падение напряжения возможно при максимальном токе. При токе всего 80 мА и правильном насыщении оно, вероятно, будет около 200 мВ.
hFE=300 действителен только как МАКСИМУМ и менее половины тока, который вы пытаетесь переключить. Обычно мы используем МИНИМАЛЬНОЕ значение hFE в качестве консервативной политики проектирования. И мы увеличиваем базовый ток как минимум в 2 раза больше тока, необходимого для включения, чтобы перевести транзистор в НАСЫЩЕНИЕ для максимальной эффективности и избежать линейной области транзистора, чтобы минимизировать рассеивание в транзисторе = бесполезное тепло.
@OlinLathrop Я не могу найти резисторы на 1,1 кОм, как вы думаете, подойдет ли 1,2 кОм?
@Back: вернитесь к расчетам, и вы увидите, сколько шлама встроено. 1 кОм — очень распространенное значение, которое должно работать нормально.

Резистор на 10 кОм предназначен для уменьшения тока, который должен обеспечить выход Arduino. В противном случае Arduino будет «смотреть» примерно на 0,6 вольт, которые он попытается поднять примерно до 5 вольт. Что-то придется отдать, и это, вероятно, будет выход процессора Atmel.

Так вот почему вам нужно пройти через резистор. Но почему 10кОм? Наиболее распространенные транзисторы будут иметь бета-коэффициент около 100. То есть ток база-эмиттер x 100 примерно равен току коллектор-эмиттер.

Итак, ток в пути база-эмиттер составляет ((5В - 0,6В)/10000) или около 0,44мА. Умножьте это на 100, и вы получите 44 мА для тока коллектор-эмиттер. Что меньше, чем 80 мА, которые вы рассчитали, было необходимо. Так что ваша схема может не работать. Чтобы сделать схему, которая будет работать, попробуйте изменить этот резистор с 10 кОм на 5 кОм или даже на 1 кОм.

Также следует избегать группировки светодиодов с помощью общего токоограничивающего резистора. Это может привести к нескольким проблемам. Одним из которых могут быть неравномерно горящие светодиоды. Вместо этого рассмотрим следующий пример с http://playground.arduino.cc :

введите описание изображения здесь

Если вы хотите узнать больше об использовании транзисторов в качестве переключателей, прочитайте эту веб-страницу .

Спасибо! Что с резистором? Должен ли он быть 1/4 Вт или 1/2 Вт? Кроме того, в техническом описании указано, что VCE составляет 1 В: означает ли это, что я должен заменить резистор 27 Ом на резистор 15 Ом (падение напряжения 1 В вместо 2 В)?
Я еще не собирал схему, я пытаюсь понять, правильно ли это, прежде чем что-либо делать, в том числе потому, что мне все еще нужно купить некоторые детали, поэтому я хочу убедиться, что все правильно, прежде чем покупать. Вы говорите о бета-версии : я не могу найти ее в таблице данных, это HFE? Если да, в техническом описании сказано, что при токе коллектора 100 мА HFE увеличивается от минимума 30 до максимума 300. Какое значение следует учитывать и почему?
Что ж, я думаю, что ваша схема не будет работать, потому что бета (Hfe) составляет всего 100, а ток, идущий на базу, слишком мал, чтобы поддерживать передачу 80 мА от коллектора к эмиттеру. Итак, если это работает, отлично, если нет, рассмотрите возможность уменьшения резистора 10 кОм до 5 кОм или даже 1 кОм. При сопротивлении 1 кОм ток увеличится с 0,44 мА до 4,4 мА. Это все еще очень мало, и вы можете обойтись резистором очень низкой мощности.
Эти значения Hfe представляют собой диапазон, который вы можете найти в партии транзисторов. Опять же, вас в основном интересуют отсечка и насыщенность. (Мы не собираем здесь усилитель класса high end, используя транзисторы с соответствующими Hfe.) Все, что вам нужно сделать, это убедиться, что схема будет работать. Использование 10 кОм может работать или не работать, использование 5 кОм может работать, а использование 1 кОм, вероятно, будет работать.
Хорошо, это ясно. Последний вопрос (в первом комментарии): Сейчас на светодиодном резисторе падение напряжения 1,8 В; В даташите указано, что напряжение коллектор/эмиттер транзистора равно 1В. Означает ли это, что падение напряжения на транзисторе составляет 1 В, и я должен пересчитать значение резистора светодиода для падения напряжения 0,8 В вместо 1,8 В?
Хм, я все еще говорю, что вам нужны отдельные ограничивающие резисторы. В этом случае вас будет меньше беспокоить падение напряжения между эмиттером и коллектором, так как падение напряжения на резисторе будет намного больше (его будет легче контролировать). Тем не менее, я думаю, что Vec окажется близким к 0,1 В, когда транзистор насыщается. Если он не насыщен, Vec, вероятно, будет выше. Если вы хотите узнать больше об использовании транзисторов в качестве переключателей, посетите эту веб-страницу .
Использование NPN-транзисторов в качестве переключателей включения/выключения для светодиодной схемы
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v