Warum leuchtet die D2-LED nicht, wenn der Transistor eingeschaltet ist?

LED D2 ist grün und benötigt etwa 2,0 V zum Aufleuchten. LED D1 ist rot und benötigt ca. 1,6 V zum Aufleuchten.

Und wenn der Transistor eingeschaltet ist, hat er einen Vce-Abfall von etwa 0,2 V.

Wenn man die Spannungsabfälle des Transistors und der roten LED D1 hinzufügt, ist das immer noch weniger als das, was die grüne LED D2 zum Arbeiten benötigt, sodass die grüne LED D2 nicht genug Spannung zum Einschalten hat.

LEDs (alle Dioden) sind nichtlineare Geräte. Wenn Sie sich eine Spannungs-Strom-Kurve ansehen, werden Sie feststellen, dass die Beziehung keine gerade Linie ist, wie es bei einem Widerstand der Fall ist:

Ab 0 V passiert mit steigender Spannung nicht mehr viel, bis die Durchlassspannung (Vf) der Diode erreicht ist. Danach steigt der Strom exponentiell an. Bei zu viel Strom fällt die LED aus.

Aus diesem Grund muss der Strom durch eine LED begrenzt werden. (Zum Beispiel mit Strombegrenzungswiderständen.)

Der Vf-Punkt für LEDs ist unterschiedlich. Auch bei zwei identischen LEDs kann dieser Punkt aufgrund von Fertigungstoleranzen geringfügig abweichen. Der mit einem etwas niedrigeren Vf hat zwangsläufig einen höheren Strom. Langfristig wird der mit dem höheren Strom vor dem anderen ausfallen und einen Kaskadenausfall auslösen.

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

Stellen Sie sich im obigen Schema vor, dass die LEDs eine Vf von 2 V haben. Der gewünschte Strom durch sie beträgt 20 mA. Wenn sie 2 V abfallen, bleiben 3 V übrig, die über einen Widerstand abfallen. Der Strom durch die parallelen LEDs wird im Widerstand kombiniert, daher werden 75 Ω berechnet, um den Strom auf 40 mA zu begrenzen.

In diesem Szenario könnte es der Fall sein, dass D2 eine etwas niedrigere Vf hat und tatsächlich mehr als sein Maximum von 20 mA erhält. Während dies kurzfristig möglicherweise keinen offensichtlichen Schaden verursacht, führt ein anhaltender Strom, der seine Grenze überschreitet, schließlich zum Ausfall. In diesem Fall "sieht" D1 alle 40 mA und fällt viel schneller aus.

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Dies ist eine bessere Möglichkeit, den Strom auf zwei LEDs zu begrenzen. Wenn D2 aus irgendeinem Grund ausfällt, begrenzt R1 den Strom für D1 immer noch angemessen.

Dieser Effekt sollte noch deutlicher werden, wenn Sie zwei verschiedene Dioden haben, bei denen die Vf zwischen ihnen viel weniger ähnlich ist. Parallel dazu leitet die Diode mit der niedrigsten Vf leichter und der Strom durch sie steigt schnell an.

Stellen Sie sich vor, dass in Ihrem Schaltplan D1 Vf 1,8 V und D2 Vf 2,1 V beträgt. (Der Einschaltwiderstand von Q1 ist nicht 0, aber der Einfachheit halber behandeln wir ihn so.) Bei angelegten 5 V fällt D1 um 1,8 V ab. R2 hat 3,2 V und begrenzt den Strom auf 14,5 mA. Unter der Annahme, dass 14,5 mA für D1 kein Problem darstellen, leuchtet es. Die von D2 "gesehene" Spannung beträgt jedoch nur 1,8, was nicht ausreicht, um sie zum Leuchten zu bringen.

Wenn Sie die Spannung erhöhen, erhöhen Sie effektiv nur den Strom durch D1, warum? Weil es immer noch einen Vf von 1,8 hat. Stellen Sie sich vor, Sie hätten die Versorgungsspannung auf 10 Volt erhöht. R2 hat jetzt 8,2 V und begrenzt den Strom auf 37 mA. Wenn der maximale Strom von D1 20 mA beträgt, wird es sehr bald ausfallen. Sobald dies geschieht, steigt die Spannung auf die 2,1 V, die zum Aufleuchten von D2 erforderlich sind. Jetzt beträgt die Spannung an R2 7,9 V und der Strom ändert sich geringfügig auf 36 mA. Wenn der maximale Strom von D2 20 mA beträgt, können Sie sehen, dass es auch ausfällt.

Dies ist eine zu starke Vereinfachung, aber hoffentlich wird es zeigen, warum parallele LEDs sich so verhalten, wie sie es tun.

Gab es eine Vorgabe für den Spannungsabfall der LEDs und die Transistorkurven/Verstärkung? Sie benötigen diese, um die Schaltung vollständig zu analysieren.

Aber im Allgemeinen, wenn der Transistor gesättigt ist, ist die Spannung an D1 etwa 0,2 V niedriger als D2 (die Vce bei Sättigung). Wenn die LEDs nicht unterschiedlich sind, sehe ich nicht, wie D2 ausgeschaltet wäre.

LEDs sind wie Zener und es muss eine ausreichende Spannungsdifferenz vorhanden sein, damit dies funktioniert, wie das Umschalten von D1, D2 erwartet wird.

Problemstellung

Wenn der Transistor "EIN" schaltet, muss der Kollektor um mehr als 25 % tiefer fallen als wenn D1 "AUS" war, damit D2 vollständig "AUS" geht und D1 "EIN" schaltet. Hier waren beide gleichzeitig eingeschaltet, also wurde der falsche "Typ" von LEDs verwendet.

ROT und GELB haben ungefähr die gleiche Spannung und unterscheiden sich nicht wesentlich vom alten GaP Green, sodass das nicht gut funktioniert.

LEDs mit 30-jähriger alter Technologie verwendeten GaAs und GaP , die im Vergleich zu heute sehr schwach waren und eine höhere Spannung für Grün, Blau und Weiß haben, aber bis zu 1000-mal heller sind.

Ultrahelle LEDs, die aufgrund von Änderungen in der Chemie und einem transparenten Substrat mit einem Reflektor bei 2,1 oder 3,1 V mit einer breiten Toleranz je nach Qualität und Strom arbeiten. Aber dieser Unterschied von 1 V sorgt dafür, dass diese Schaltung mit den richtigen verschiedenen LEDs funktioniert.

für 5 mm Rnd oder 2020 SMD LEDs bei 10 mA

Weiß, Blau, Grün, 3 V Nennspannung, geht auf Kollektor
Rot, Gelb 2 V Nennspannung, geht auf Emitter

Daher muss der Transistor hier versuchen, den gesamten Strom zu senken, den D2 zieht, und dies bedeutet einen Spannungsabfall von 3 auf 2 V, um D2 auszuschalten.

Beweis durch Simulation

Hier habe ich eine bei 2,5 VDC zentrierte Sinuswelle und einen Eingangs-Sinus-Schieberegler von 0 bis 2,5 V angeboten, damit der Eingang von 0 auf 5 V schwingen kann, damit Sie den Übergang reibungslos sehen können.