Значения резисторов цепи PNP и NPN

Регулировка резистора

Ваша нарисованная схема (а не предложенные вами значения) достаточно хороша. Регламент примерно такой:

В этом случае у вас есть четыре$2\:\text{V}$светодиоды, значит$V_{_\text{LED}}=8\:\text{V}$в приведенном выше уравнении. Это означает, что вы получите изменение тока на -5% при изменении суммарного напряжения светодиода на +10%. И этого, наверное, достаточно. Вот почему я сказал, что все в порядке.

Однако, если вы хотите поменять местами четыре белых$3.3\:\text{V}$Светодиоды сейчас, то это изменение +65%, и вы должны ожидать изменения тока светодиода на -33%. Так что это не так хорошо, в этом отношении. Вам придется пересчитать$R_8$и заменить его.

Нарисованная схема и записанные значения

Эти работают нормально. Твой$R_5$и$R_7$оказывается резисторным делителем напряжения с$R_{_\text{TH}}\approx 910\:\Omega$и$V_{_\text{TH}}\approx 21.8\:\text{V}$. Дайте излучатель на$24\:\text{V}$и примерное$\mid V_{_\text{BE}}\mid\approx 750\:\text{mV}$, базовый ток$\frac{24\:\text{V}-21.8\:\text{V}-750\:\text{mV}}{910\:\Omega}\approx 1.6\:\text{mA}$. И этого более чем достаточно для тока коллектора$20\:\text{mA}$.

Ваши письменные замены будут$R_{_\text{TH}}\approx 910\:\Omega$и$V_{_\text{TH}}\approx 2.2\:\text{V}$(может быть, немного выше, в зависимости от напряжения насыщения BJT драйвера выводов ввода-вывода.) Это будет означать гораздо больший базовый ток - намного больше, чем необходимо. И это потребует большего соответствия тока базового привода от вашего вывода ввода-вывода.

Это может сработать. Но я не вижу необходимости туда идти.

Текущий подход к регулированию

Если вас интересует что-то, что будет работать правильно независимо от типа светодиода, попробуйте следующее:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Вы можете заменить практически любой тип светодиода, смешивать или сочетать. Не имеет значения. И вам не нужно будет пересчитывать и заменять резистор, если вы меняете типы светодиодов.

Я бы увеличил R5 до 10 К. Его функция заключается в обеспечении четкого выключения Q3. Для этого она не должна быть такой низкой. Это низкое значение отводит ток от перехода база-эмиттер, уменьшая «устойчивость» насыщения транзистора Q3.

Кроме этого, все хорошо.

ОБНОВЛЯТЬ:

4574 упоминает «требуемый» ток в R5, но не дает обоснования этой идеи. И, честно говоря, я не знаю, о чем он говорит.

Когда Q4 выключен, через него все еще проходит очень небольшой ток утечки. Резистор R5 предотвращает прохождение этого тока через переход база-эмиттер Q3. Имейте в виду, что комбинация Q4 и Q5 дает возможный выигрыш более 10 000. Этого достаточно, чтобы очень-очень малые токи действительно что-то делали.

Кроме того, его математика поддерживает то, что называется «подвешенным смещением», когда резисторы выбираются на основе минимального тока, необходимого для начала насыщения. Это наихудший способ создания насыщенного переключателя. Проблема заключается в том, что коэффициент усиления транзистора без обратной связи значительно зависит от температуры, возраста, тока коллектора и от детали к детали до изменений производственного процесса.

Стандартное эмпирическое правило для транзистора, работающего в режиме насыщенного ключа, заключается в том, что ток базы составляет 1/10 тока переключаемого коллектора. Таким образом, для тока светодиода 20 мА вам нужен базовый ток 2 мА в Q3. Это ток коллектора в Q4, поэтому его базовый ток должен быть около 200 мкА. С этими текущими значениями и общим значением Vbe 0,6 В вы можете рассчитать R6 и R7.

Это правило родом из 1950-х годов, когда транзисторы имели гораздо меньший коэффициент усиления и большую утечку, поэтому я думаю, что это немного неуклюже для современных компонентов, поэтому я рассматриваю эти расчеты как максимальные необходимые токи. Тем не менее, это хорошо понятная отправная точка.

Отсюда вступают другие факторы. Приведение всех трех резисторов к одному значению является преимуществом в производственной среде: снижение затрат на инвентаризацию и закупку, сокращение времени настройки для роботов размещения или меньше ошибок при ручной установке и т. д. Если мощность системы является проблемой, переработка расчетов на основе соотношение 1:20 вместо 1:10 экономит ток без заметного влияния на напряжение на Q3 во включенном состоянии (Vcesat). Обратите внимание, что Q4 управляет только Q3, а не нагрузкой, поэтому он не должен быть супер-ультра-чудо-насыщенным.

Вернемся к R5. Хорошей отправной точкой является то, что это 10x R7. Однако чем он больше, тем медленнее будет отключаться Q3. Мы не знаем, что делают светодиоды и критично ли время их выключения, так что это может не быть проблемой. Точно так же R6 влияет на время включения и выключения для Q4. Большое значение для R6 может быть отличным для экономии энергии и хорошо работать для токов в цепи, но работать против вас в производительности переключения. Жизнь - это выбор.

Оригинальные значения будут работать нормально.

Если светодиоды красные (худший случай), их прямое напряжение будет около 2 вольт. Если Q3 полностью включен, с незначительным падением напряжения, светодиоды упадут на 8 вольт, оставив 16 вольт на R8. Поскольку сопротивление R8 составляет 800 Ом, ток светодиода и ток коллектора Q3 будут составлять 20 мА.

При использовании в качестве переключателя хорошая проектная цель будет предполагать коэффициент усиления 10. 20 часто будет работать, но 10 — это хорошее, солидное консервативное число. Это означает, что базовый ток Q3 должен быть около 2 мА. Если Q4 полностью включен, вы получите около 2,3 мА через R7 (23 вольта, разделенные на 10 кОм), поэтому R7 должен работать нормально.

Это, в свою очередь, означает, что базовый ток Q4 должен быть не менее 0,2 мА (коэффициент усиления 10, помните?). Если предположить, что на переходе база-эмиттер транзистора Q4 падение составляет около 1 вольта, то на резисторе R6 остается 4 вольта при токе базы 0,4 мА, что в два раза больше необходимого.

Будут ли предложенные вами изменения лучше? Определите лучше. 20 мА базового драйва сильнее включит Q3, но изменение напряжения коллектор-эмиттер просто не сильно изменится - он уже жёстко включен. Рассеиваемая мощность в R7 увеличится примерно с 0,05 Вт до 0,5 Вт, и для этого потребуется более толстый резистор, чтобы справиться с мощностью.

Ток, требуемый от порта ввода-вывода, увеличится примерно с 0,4 мА до 4 мА. Насколько я знаю, это вполне соответствует возможностям вывода PIC GPIO.

Я ожидаю, что предложенные вами изменения будут работать, но я не вижу, как вы что-то выиграете, внеся их, и вы повысите текущие уровни, связанные с драйвером. Честно говоря, я не вижу никакого практического преимущества.

Значения, которые у вас есть, будут работать.

Если предположить, что транзистор 2N2907 насыщается при напряжении около 0,4 В VCE, то ток через светодиоды составляет около ...

(24 В - 0,4 В - 4*2 В) / 800 Ом = 19,5 мА.

Таким образом, R8 = 800 Ом как раз подходит для 20 мА.

В диапазоне, в котором вы его используете, 2N2907 имеет усиление около 100. Чтобы получить 19,5 мА от коллектора, вам понадобится 19,5 мА / 100 = 195 мкА базового тока.

(СМ. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ 2N2907)
https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/p2n2907a-d.pdf

Если напряжение базового эмиттера Q3 составляет около 0,6 В, то у вас есть еще 600 мкА требуемого тока, который должен протекать через R7, чтобы включить Q3.

Напряжение насыщения на 2N2222, вероятно, будет меньше 0,3 В в диапазоне, в котором вы его используете.

(24 В - 0,6 В - 0,4 В) / (600 мкА + 195 мкА) = 29 кОм

Все, что меньше 29 кОм, подойдет для R7. Выбор чего-то немного меньшего дает некоторый запас прочности. Ваше значение R7 = 10K, вероятно, хороший выбор с R5 = 1K.

Но обратите внимание, что если R5 увеличить до 10 кОм, то требуемый ток R5 R7 упадет до 255 мкА, и вы, вероятно, могли бы использовать резистор 49,9 кОм для R7, что сэкономило бы около 50 мВт. Может показаться, что это не так уж и много, но в этой схеме эффективность увеличивается на 10%.

R6 = 10K — хороший выбор, но R6 = 100K также подойдет и сэкономит 1 или 2 мВт энергии.