Transistoren auf einer LED-Streifenplatine

Hier ist der Schaltplan, der vielleicht etwas verständlicher ist:

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

Die LEDs sind in einer Reihenkette am Kollektor angeordnet$Q_1$. Dadurch ist gewährleistet, dass die Ströme in allen drei LEDs identisch sind, da sie alle in Reihe durchflossen werden müssen. Ein BJT-Kollektor funktioniert ähnlich wie eine "Stromquelle / -senke", also der Kollektor von$Q_1$passt seine Spannung an das an, was erforderlich ist, um einen bestimmten Stromfluss zu erzeugen. Der Rest der Schaltung dreht sich darum, dies einzurichten$I_{LED}$aktuell.

Um das zu erreichen,$Q_1$benötigt eine Basisstromquelle.$R_2$liefert diese.$R_2$sollten jedoch so eingerichtet werden, dass sie mehr als nötig bereitstellen . Denn wenn es weniger wäre, würde das Ganze nicht funktionieren. Und wenn es genau richtig wäre , würde es davon abhängen, alle genauen und genauen Details über alle Teile zu kennen. Das würde bedeuten, jeden einzelnen von ihnen zu testen und zu kalibrieren. Und dann hoffend, dass sie nicht mit der Zeit oder der Temperatur driften. Also der Strom rein$R_2$sollte immer so angeordnet werden, dass es viel mehr ist , so dass ein zusätzlicher Kreislauf eine gewisse Kontrolle bieten kann, und zwar unabhängig von Teilevariationen und Temperatur.

Das ist der Zweck von$Q_2$. Durch Platzieren eines kleinwertigen Widerstands im Emitterschenkel von$Q_1$, muss nun auch der gesamte LED-Strom durchfließen$R_1$. Dieser Strom erzeugt einen Spannungsabfall$R_1$. Durch die Platzierung der$V_{BE}$von$Q_2$jetzt auch darüber hinweg$Q_2$wird hier nun für etwas Action sorgen .

Angenommen, der LED-Strom ist zu groß. Das bedeutet den Strom in$R_1$verursacht nun einen Spannungsabfall, der den stark übersteigt$V_{BE}$von$Q_2$, zu. Was bedeutet$Q_2$bewegt sich sofort und schnell in Richtung Sättigung, indem er seine Kollektorspannung stark herunterzieht. Und das bedeutet auch, an der Basis nach unten zu ziehen$Q_1$. Dadurch sinkt natürlich die Emitterspannung$Q_1$auch nach unten bewegen. Und das senkt den Strom in$R_1$wieder zu einem vernünftigen Wert bringen$Q_2$an einen bequemeren Platz zurück und stoppt weitere Versuche, den Kollektor nach unten zu ziehen.

Kurz gesagt, dies richtet sich ein$I_{SET}=\frac{V_{BE}}{R_1}\approx 150 \:\text{mA}$. Dieser Strom muss herkommen$Q_1$'s Sammler. So$Q_1$passt seine Kollektorspannung nach Bedarf an, um dies zu erreichen. Und die LEDs erfahren jetzt auch diesen Strom.

In der Zwischenzeit,$Q_2$sinkt etwas Strom. Da der Spannungswert an der Basis von$Q_1$Ist$V=2\cdot V_{BE}\approx 1.5-1.6\:\text{V}$, wir können den Strom in erwarten$R_2$sein$I_{R_2}=\frac{12\:\text{V}-1.6\:\text{V}}{4.7\:\text{k}\Omega}\approx 2.2\:\text{mA}$. Wenn die$\beta$von$Q_1$kann mindestens gezählt werden$\beta=100$dann bedeutet das etwa$1.5\:\text{mA}$geht in die Basis von$Q_1$, etwa verlassen$700\:\mu\text{A}$für den Sammler von$Q_2$.

So wie ich das jetzt sehe, habe ich das Gefühl, dass dies als etwas schüchtern angesehen werden könnte$Q_2$Kollektorstrom von . Aber vielleicht haben sie hier Dissipation und Leistung in Betracht gezogen (siehe auch den hinzugefügten Hinweis unten).$Q_1$) hätte in diesem Zusammenhang vielleicht Sinn gemacht. Hauptsache es reicht hier extra damit$Q_2$wird immer gut funktionieren, unabhängig von den spezifischen BJTs, die angewendet werden.

Es besteht immer noch das Risiko, dass sie über alle Teile hinweg das kaufen$\beta \ge 100$für$Q_1$. In einer Schaltung wie dieser möchte ich wahrscheinlich die Analyse aller vernünftigen Variationen von sehen$\beta$Und$I_{SAT}$für die BJTs und führen Sie dann Simulationen über einen weiten Bereich von Umgebungs- und Betriebstemperaturen durch. Die LEDs selbst erfahren auch Schwankungen in Bezug auf ihren eigenen Spannungsabfall bei Temperaturänderungen, genau wie die BJTs. Und dies kann eine Erhöhung bedeuten$V_{CE}$für$Q_1$, was zu mehr Dissipation mit führt$Q_1$, wodurch es effektiv von den LEDs zu verschoben wird$Q_1$. Alle Grenzfälle hätten geprüft werden müssen.

Insbesondere der BC847 ist wahrscheinlich keine so gute Wahl. Schaut man sich die an$\beta$Kurven dafür, es beginnt ziemlich genau über einigen zehn Milliampere zu klopfen. Bis Sie ankommen$150\:\text{mA}$, zeigen vielleicht die typischen Kurven$\beta=50$oder etwas weniger (übertemp.) Teilabweichung bedeutet, dass Sie wahrscheinlich nicht mit mehr als rechnen können$\beta=35$oder so, bei diesen Strömen.

Und das ist ein Problem. Weil dann$R_2$wird die Begrenzung sein und die LED-Ströme werden wahrscheinlich auf etwa begrenzt sein$80\:\text{mA}$in manchen Fällen. Auch dann$Q_2$tut nichts. Also keine Kontrolle mehr.

Das lässt mich also denken$Q_2$ist da eher ein Überstromschutz in Fällen, in denen sie "gute" BC847's mit zu viel bekommen$\beta$und dass es ihnen sonst egal ist. Eine Art Sicherheitssache, eher als eine Kontrollsache. Nun ja.

Abgesehen von der obigen Frage zum Design ist die Temperatur wahrscheinlich ein Hauptanliegen für eine Schaltung wie diese. Der$V_{BE}$eines BJT wird variieren und etwa verlieren$2\:\text{mV}$pro Grad Celsius Temperaturerhöhung. Bei diesen Strömen können Sie hier ziemlich sicher sein, dass hier viel Dissipation stattfindet und daher die Temperatur steigt.

Als die$V_{BE}$sinkt, sinkt auch bei dieser Schaltung der LED-Strom. Temperaturerhöhungen wirken sich also auf den Strom und damit auch auf die Verlustleistung aus. In dieser Anwendung, in der ein präziser Strom nicht das Ziel ist, ist dieses spezielle Verhalten eigentlich eine gute Idee, da es bedeutet, dass die Schaltung im Laufe der Zeit ein Gleichgewicht findet und sich beruhigt. Gute Sache.

Dein Schaltplan ist richtig. Die Transistoren bilden eine Konstantstromquelle.

Wikipedia listet das Schema in seinem Artikel "Stromquelle" unter "Konstantstromquelle mit thermischer Kompensation" auf.