Stromsenke für Mikrocontroller-Port nicht konstant

Was vermisse ich hier?

Sie haben vergessen, den Vorwärtsspannungsabfall der LED zu berücksichtigen. Sie kann je nach Technologie zwischen 0,8 Volt und 3 Volt liegen.

Wenn Ihre Versorgungsspannung 2,6 Volt beträgt, empfängt der "Stromsteuerkreis" möglicherweise nur (vielleicht) 1,5 Volt, und da die beiden Transistoren möglicherweise mindestens 1,4 bis 1,6 Volt an ihrem Stromkreis benötigen, um eine angemessene Leitung zu beginnen, Sie stehen kurz davor, gerade erst mit dem Dirigieren zu beginnen.

Wenn Ihre Versorgungsspannung höher steigen würde, würde sie sicher um die 5- oder 6-mA-Marke herum mit der Strombegrenzung beginnen. Hier ist eine leicht verbesserte Version Ihrer Schaltung: -

Beachten Sie, dass Rb direkt mit der positiven Schiene verbunden ist - dies hilft jedoch nur ein wenig, da Sie zum Leiten beider Transistoren immer noch 1,4 Volt bis 1,6 Volt vom Kollektor von Q2 zur Masse (Ihrem IO-Port) benötigen.

Bilder von hier .

Lassen Sie mich eine etwas detailliertere Version von Andys Antwort versuchen.

Gehen Sie zunächst davon aus, dass die Schaltung ordnungsgemäß funktioniert und der Emitter von Q1 geerdet ist. Dann liegt die Basis von Q1 bei etwa 0,7 Volt und die Basis von Q2 bei etwa 1,4 Volt. Es sollte offensichtlich sein, dass der Kollektor von Q2 größer als die Basis sein MUSS, da die Spannung über R2 den Basisstrom für Q2 bereitstellt. Wie viel größer?

Nun, da die Kollektor-Emitter-Spannung größer als die Basis-Emitter-Spannung ist, arbeitet der Transistor im linearen Modus, und nehmen wir eine Verstärkung von 100 als Ausgangspunkt. Da der Emitterstrom 5,8 mA beträgt (denken Sie daran, dass wir davon ausgegangen sind, dass die Schaltung ordnungsgemäß funktioniert), beträgt der Basisstrom für Q2 58 uA. Wenn wir das Ohmsche Gesetz anwenden, erhalten wir eine Widerstandsspannung von etwa 2,7 Volt für eine Kollektorspannung von (1,4 + 2,7) oder 4,1 Volt. Fügen Sie eine LED-Vf von etwa 1,2 Volt hinzu (für eine IR-LED), und die minimale Versorgungsspannung beträgt etwa 5,3 Volt.

Kein Wunder also, dass die Schaltung bei 2,6 bis 3,3 Volt nicht gut läuft.

Wenn Sie eine aktive Ein-/Aus-Steuerung der LED haben möchten und die Richtung Ihres MCU-Ausgangs anpassen können (mit anderen Worten, es ist Ihnen egal, ob es sich um aktives HI oder aktives LO handelt, um es einzuschalten), dann ist das Folgende wahrscheinlich was du willst:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Ihre ursprüngliche Schaltung (ohne Berücksichtigung der Fehler) erforderte, dass Ihr E / A-Pin den gesamten LED-Strom senkte. Das ist angesichts des relativ geringen Stroms machbar. Es macht jedoch keinen Sinn, diesen Strompegel in den Stromkreis einzubauen, wenn dies nicht erforderlich ist. Die obige Schaltung entspannt die Belastung des E / A-Pins erheblich auf vielleicht$200\:\mu\text{A}$.

Ich bin davon ausgegangen, dass da deine Schienenspannung war$3\:\text{V}$, dass dies auch Ihre I / O-Pin-Ausgangsspannung war, wenn HI. So$R_2$wird auf dieser Grundlage berechnet.

In dieser Schaltungstopologie$Q_2$'S$V_\text{BE}\approx 700\:\text{mV}$Und$Q_1$'S$V_\text{BE}\approx 650\:\text{mV}$. Die vom I / O-Pin gesehene Basisspannung ist also ungefähr$1.35\:\text{V}$. Wenn der Ausgang des I/O-Pins ist$3\:\text{V}$bei geringer Strombelastung also$R_2=\frac{3\:\text{V}-1.35\:\text{V}}{200\:\mu\text{A}}\approx 8.2\:\text{k}\Omega$. (Das gehe davon aus$Q_2$geht bis dahin in die Sättigung$\beta_2\approx 30$.) Ich machte$R_2$noch mehr, näher zu bieten$250\:\mu\text{A}$, nur um ganz sicherzugehen.

Fast jeder I/O-Pin kann Quelle sein$250\:\mu\text{A}$Ohne Schwierigkeiten. Und die Last ist leicht genug, dass der E / A-Pin fast seine darstellt$V_\text{CC}$ohne großen Tropfen.

Seit$Q_2$beginnt in die Sättigung zu gehen, wenn sein Kollektor an ist$1.35\:\text{V}$(was in Ordnung ist, da viel Basisstrom verfügbar ist - also kann er bei Bedarf noch niedriger werden), gibt es$1.65\:\text{V}$verfügbar für die IR-LED. Ohne das Datenblatt kann ich Ihnen nicht sicher sagen, ob dies bei dem von Ihnen verwendeten Strom in Ordnung ist. Aber wahrscheinlich ist dies angesichts der Tatsache, dass es sich um eine IR-LED handelt. Dennoch kann der Kreislauf sättigen$Q_2$und fügen Sie ein paar zehn Millivolt über die IR-LED hinzu, ganz gut. Also denke ich, dass es dir gut gehen sollte.

HINWEIS: Ein konstanter Strom durch eine ungetestete LED ist keine Garantie für eine stabile Intensität oder gleiche Intensität zwischen zwei verschiedenen LEDs. Ich möchte nur sicherstellen, dass Sie verstehen, dass die Verwendung einer IR-LED als "Standardkerze" viel mehr erfordert, als nur einen relativ festen Strom durch sie zu pumpen. (Dies ist eine IR-LED, daher sind die logarithmischen Reaktionen des Menschen auf die Intensität eindeutig auch nicht Teil des Bildes.) Da Sie jedoch sowieso keine genaue Stromquelle verwenden, ist dies vermutlich kein Problem für Ihre Bewerbung.