Erforderliche Steuerspannung zum Einschalten der LED über ein NPN

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Für diese Schaltung versuche ich, den Wert von herauszufinden v 1 DC, der die LED D1 einschaltet.
Da der Vorwärtsspannungsabfall der LED 1,8 V beträgt,

ICH R 3 = 5 − 1.8 220 = 14.5   M A

Um das Erforderliche zu finden v 1 , ich würde die Verstärkung des Transistors finden ICH B , Wo ICH B = ICH C β F . Dann,

v 1 = R 1 ICH B + 0,7   v

(Habe ich recht mit dem ignorieren R 2 , da es nur mit Masse verbunden ist?)

Das Problem ist, dass die Verstärkung des Transistors nicht gegeben ist. Gibt es eine andere Möglichkeit, den Wert von zu berechnen v 1 erforderlich, um die LED einzuschalten, ohne die Verstärkung des Transistors zu verwenden? Jede Hilfe wäre sehr willkommen.

Für Switch-Operationen (scheint das zu sein, was Sie diskutieren) ist dies übliche Praxis β = 10 . Sie können einen anderen Wert wählen. Aber wenn es nicht angegeben ist, dann wird das standardmäßig als beabsichtigter Wert angenommen.
Wenn Sie sagen, die Verstärkung ist nicht gegeben, ähnelt der Transistor im Schaltplan (2N3904) nicht dem echten Transistor, oder?
@Ariser ja, im ursprünglichen Schaltplan ist das Transistormodell nicht angegeben
Ich dachte, Sie betrachten dies als zuverlässiges Schalterdesign. Fragen Sie stattdessen nach dem Moment, in dem Sie die LED beim Erhöhen der Spannung möglicherweise gerade noch sehen, und suchen Sie NICHT nach einem zuverlässigen Schalterdesign?

Antworten (4)

Wenn gewinnen β unbekannt ist, sollten Sie eine Worst-Case-Annahme treffen. Wie andere gesagt haben, ist 10 eine gute Schätzung. Sie sollten in Ihren Berechnungen auch einen gewissen Spielraum (+20 % werden üblicherweise verwendet) für den Kollektorstrom berücksichtigen.

Meist wird das Problem anders herum formuliert: Welchen Basiswiderstand soll ich wählen, um sicherzustellen, dass der Basisstrom einen bestimmten Transistor bei einer bestimmten Eingangsspannung auch im ungünstigsten Fall (niedrigster β ) Bedingungen. Vielleicht möchten Sie Ihre Berechnungen mit diesem Ansatz durchführen.

Hüten Sie sich auch vor R 2 . Üblicherweise wird ein deutlich höherer Widerstand gewählt, um davon ausgehen zu können, dass der gesamte Strom durchgeht R 1 geht zur Basis. Wenn v B e R 2 vergleichbar mit dem Basisstrom ist, dann können Sie die Wirkung von R2 nicht ignorieren.

BEARBEITEN:

Genauer gesagt ist die Wirkung von R2 auf V1 wie folgt:

v 1 = R 1 ICH B A S e + ( 1 + R 1 R 2 ) 0,7

Also vorausgesetzt β = 10 :

v 1 = 1   k Ω · 14.5   M A 10 + 2 · 0,7 = 2,85   v

In meinem Fall sind sowohl R1 als auch R2 1K. Bedeutet das, dass ich die parallele Kombination von R1 und R2 berücksichtigen muss, dh V1 = ((R1||R2)*(Ibase)) + 0,7 V?
Nein, sie sind nicht parallel. Allenfalls könnte man glauben, dass sie einen Spannungsteiler bilden, aber das stimmt auch nicht. Der Spannungsabfall in R2 ist an Vbe gebunden.
Die gesuchte Formel lautet V1 = R1*Ibase + (1+R1/R2)*0,7
Danke, aber wie bekommt man den Teil (1+R1/R2)*0.7?
Seien I1 und I2 die Ströme durch R1 bzw. R2. Dann ist V1-0,7 = R1*I1 und I1=Ibase+I2. Sie setzen I1 in die erste Gleichung ein und isolieren dann V1. Wie ich in der Antwort sagte, können Sie R2 nur dann sicher ignorieren, wenn sein Wert viel höher als R1 ist, denn dann haben Sie ungefähr V1 = R1 * Ibase + 0,7. Andernfalls können Sie R2 nicht ignorieren.
Stellen Sie sich das so vor: Wenn R2 zu niedrig ist, "stiehlt" R2 einen Teil des vom BJT benötigten Stroms in die Basis. Die einzige Möglichkeit, dies zu kompensieren, besteht darin, V1 zu erhöhen. Wie viel? Nun, wenn R1 = R2, dann ist V1 = R1 * Ibase + 1,4, dh Sie benötigen zusätzliche 0,7 V in V1 aufgrund der Wirkung von R2.

Ich versuche, den Wert von V1 DC herauszufinden, der die LED D1 einschaltet.

etwa 1,4 V: Der Spannungsabfall an R2 beträgt 0,7 V, sodass die Mindeststrommenge, die durch R1 fließt, 0,7 V / R2 beträgt. Da R1 = R2 ist, beträgt der minimale Spannungsabfall über R1 0,7 V / R2 * R1 = 0,7 V. also die antwort.

Der Schlüssel hier ist, dass der Transistor eine ausreichende Stromverstärkung hat, so dass sein Basisstrom ignoriert werden kann. Wenn nicht, müssen Sie das nur zum Strom hinzufügen, der durch R1 fließt, und neu berechnen.

Aber konzeptionell ist es dasselbe.

Bearbeiten: Hier ist Ihre Schaltung in Spice.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Strom durch die LED geht von 1 mA @ V1 = 1,3 V bis 14 mA @ V1 = 1,5 V.

Wenn der Emitter von Q1 mit Masse verbunden ist, können Sie davon ausgehen, dass die Basisspannung etwa 0,7 Volt betragen muss, um die LED einzuschalten. Dies bedeutet, dass an R1 etwa 1,4 Volt anliegen. Machen Sie sich keine Gedanken darüber, in Bezug auf hFE oder Stromverstärkung für diese Art von Schaltung zu denken. Um die LED leicht einzuschalten, wird jedoch nur etwa 1 Volt benötigt, da hFE unter diesen Bedingungen groß ist, aber zu fallen beginnt, wenn mehr Kollektorstrom entnommen wird. Es gibt keine Schwarz-Weiß-Antwort, sondern eine Reihe von Unsicherheiten.

Das macht Sinn, danke! Hatte ich in dem Fall, in dem die Verstärkung angegeben ist, Recht, R2 zu ignorieren, während ich V1 mit Ibase berechnete?
Hast du vergessen R 2 , die etwa sinken wird 750 μ A ?
@abruzzi26 Nein, das kannst du nicht ignorieren R 2 . Es sinkt eine Menge des benötigten Stroms.
Nein, Sie können R2 nicht ignorieren, da der Basis-Emitter-Übergang eine in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode ist und R1 und R2 einen Potentialteiler bilden - Sie benötigen möglicherweise 0,5 Volt an der Basis, um ein wenig Licht zu erzeugen - der Basisstrom ist im Vergleich zu R2 winzig Strom, also ist R2 relevant.
@jonk "Hast du vergessen ..." war das für mich oder das OP?
@ Andyaka Beides. Ich glaube nicht, dass 1,4 V reichen.
@jonk bei 10 mA für Ic beträgt hFE für den 2N3904 ungefähr 200. Es ist natürlich keine exakte Wissenschaft.
@ Andyaka Hmm. Vielleicht denke ich nur an den BJT als einen Schalter mit einem Pulldown-Geschenk und suche nach Leistung β = 10 In diesem Fall. Ich habe die Frage möglicherweise falsch verstanden und diesen Wunsch impliziert.
Das heißt, V1 = ((R1||R2)*(Ibase)) + 0,7 V ?
@abruzzi26 adressierst du das an mich oder jonk?
@Andyaka jeder, der helfen kann
"Das heißt...." ist kein Hilferuf. Fragen Sie nach, was Sie nicht verstehen. Was ist V1, das Sie erwähnen?
@Andyaka hinter "Das bedeutet ..." steht ein Fragezeichen. Ich suche jemanden, der diese Aussage bestätigt.
@Andyaka Ich habe mir endlich die Mühe gemacht, den Simulator zu benutzen. 1,4 V ergibt ca 14 μ A in einem 2N3904 Spice-Modell und ergibt ca ICH C = 4 mA . Genug zu sehen. Aber nicht 14.5 mA . Auch, 3 v produziert fast genau ICH B = 1.45 mA , wie ich dachte. Ich kann aber immer noch nicht sagen, was der OP will.

Für Switch-Operationen (scheint das zu sein, was Sie diskutieren) ist dies übliche Praxis β = 10 . Sie können einen anderen Wert wählen. Aber wenn es nicht angegeben ist, dann wird das oft standardmäßig als der beabsichtigte Wert genommen.

Sie haben also diese Ersatzschaltung:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Angesichts des hohen Stroms würde ich schätzen v B E = 700 mV + ln ⁡ ( 14.5 mA 4 mA ) ≈ 740 mV . Daraus würde ich vorschlagen v 1 2 = 740 mV + 14.5 mA 10 ⋅ 500 Ω ≈ 1.47 v . Dieser Wert muss dann mit 2 multipliziert werden, um ihn zu erhalten v 1 .

Sie können damit herumbasteln, um zu bekommen, was Sie wollen, was die Präzision betrifft. Aber angesichts der Variabilität in allem denke ich v 1 = 3 v wäre der richtige Wert für einen angenommenen gesättigten Schalter BJT mit β = 10 .

Erforderliche Steuerspannung zum Einschalten der LED über ein NPN
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