Wozu dient dieser Widerstand in dieser Schaltung?

Die 10K- und 1K-Widerstände in der Schaltung bilden einen Spannungsteiler, wenn der Schalter geschlossen gedrückt wird. Mit der +12-V-Versorgung stellt dieser Teiler nominell eine Transistor-Basisvorspannung auf etwa 1 Volt ein. Aufgrund der Tatsache, dass der Emitter des NPN-Transistors über Masse gehalten wird, fließt sehr wenig Basisstrom, und daher wird die NPN-Basis-Emitter-Spannung nie hoch genug, um den Transistor einschalten zu lassen. In einer Simulation einer solchen Schaltung mit einem 2N3904-Transistormodell zeigt sich, dass das Vorhandensein des 1K-Widerstands eine gewisse Vorspannung über der LED von etwa 0,7 V aufgrund von sehr niedrigen Strömen im Transistor aufrechterhält. Wenn der 1K-Widerstand entfernt wird und der Schalter auf GND geschlossen wird, fällt die Vorspannung über der LED im Wesentlichen auf Null, da der Transistor vollständig ausgeschaltet wird.

Aus funktionaler Sicht ist es nicht erforderlich, den 1K-Widerstand zu haben, um eine LED vom Schalter ein- und auszuschalten, was nur diese einfache Schaltung betrifft. Wenn diese Schaltung andererseits in einem komplexeren System verwendet wurde, das eine Überwachungsschaltung über der LED hatte, die nach der oben genannten Vorspannung suchte, könnte dies ein Indikator dafür sein, dass die gesamte Verkabelung vom Schalter zur LED intakt und vorhanden war. In einem echten Einbruchmeldesystem, wo der Schalter und die LED weit voneinander entfernt angeordnet sein können, kann diese Restvorspannungserkennung eine Rolle spielen, um sicherzustellen, dass die Verdrahtung nicht manipuliert wurde.

Du hast recht, der 1 kΩ Widerstand ist sinnlos. Wenn der Schalter geschlossen ist, wird die Basis des Transistors niedrig genug, um ihn auszuschalten, aber ein direktes Kurzschließen der Basis mit Masse würde eindeutig den gleichen Effekt erzielen.

Ich mag diese Schaltung nicht wirklich. In diesem Fall sehe ich keinen Sinn darin, die LED in das Emitterbein zu stecken. Es scheint eine komplizierte Art zu sein, Dinge ohne wirklichen Nutzen zu tun.

In Anbetracht all dessen würde ich nichts in diesem Buch als Beispiel für gutes Design betrachten.

Wenn der Schalter geöffnet ist, wird die Basisspannung durch die Vorwärtsspannung der LED bestimmt, zum Beispiel 2 V + 0,7 V = 3,7 V. Dann ist der Basisstrom (12 V - 3,7 V)/ 10 kΩ = 0,83 mA.

Wenn Sie den Schalter schließen, wird der Strom durch den 10-kΩ-Widerstand geteilt, um teilweise durch den 1-kΩ-Widerstand und teilweise in die Basis zu fließen. Wir wissen, dass die Basis 3,7 V benötigt, bevor der Transistor zu leiten beginnt. Um dort 3,7 V zu haben, muss der Strom durch die 1 kΩ aufgrund des Ohmschen Gesetzes 3,7 mA betragen. Wenn also der Transistor leiten würde, wäre sein Basisstrom 3,7 mA kleiner als der Strom von der 12-V-Versorgung durch den 10-kΩ-Widerstand.

Aber wir haben gesehen, dass dieser Strom nicht höher als 0,83 mA sein wird, also wird alles durch die 1 kΩ gehen und der Transistor wird überhaupt nicht leiten. Da es nicht leitet, können wir es vorerst ignorieren und die Basisspannung aus dem Widerstandsteiler berechnen:

$V_B = \dfrac{1 k\Omega}{1 k\Omega + 10 k\Omega} \times 12 V = 1.09 V$,

was tatsächlich niedriger ist als die erforderlichen 3,7 V.

Was wäre, wenn die 1 kΩ weggelassen würden? Dann würde der Massestrom von 1,09 mA auf 1,2 mA ansteigen, das ist alles. Dieser Unterschied von 0,1 mA wird die Bank nicht sprengen, also können Sie ihn genauso gut weglassen.

Ehrlich gesagt glaube ich nicht, dass dies eine gute Strecke ist. Sie schließen den Schalter, um die LED auszuschalten, anstatt sie einzuschalten, was in Ordnung ist, aber es bedeutet, dass bei ausgeschalteter LED immer noch ein Strom von 1,1 mA fließt, umsonst. Es wäre eine bessere Idee, den Schalter auf der 10-kΩ-Seite zu platzieren. Zugegeben, seine Funktion wäre umgekehrt (das Schließen würde die LED einschalten), aber Sie werden keinen Strom haben, wenn die LED ausgeschaltet ist. In diesem Fall können Sie immer noch einen Widerstand gegen Masse hinzufügen, aber sein Wert sollte viel höher sein: 4,5 kΩ ziehen 0,83 mA bei 3,7 V Basisspannung. Diese 0,83 mA waren der Strom, der von der 12-V-Versorgung kam, also ist das der Punkt, an dem der Transistor gerade erst zu leiten beginnt. Der Wert muss also höher sein. Ein 100-kΩ-Wert zieht 37 µA, wenn der Transistor leitet, sodass die Basis 830 µA - 83 µA = 750 µA erhält. Wenn Ihnen die 10 % Verlust egal sind, können Sie den Widerstand platzieren. Sie können es dort auch weglassen (nicht durch einen Draht ersetzen!), dann schwimmt die Basis, wenn der Schalter geöffnet ist. Für einen Bipolartransistor ist das kein wirkliches Problem, zumal Sie hohe 3,7 V benötigen würden, um ihn leitend zu machen, aber für einen MOSFET wäre dieser Widerstand erforderlich.

Der Strom findet den Pfad mit dem niedrigsten R. Beim Ausschalten klemmt der Teiler die Basisspannung auf 1 V, was nicht ausreicht, um den Transistor einzuschalten. Einschalten, der Strom fließt in den Transistor und schaltet Vbe und Diode ein.

Ich habe aus Ihrer Frage gelesen, dass die Schaltung ein Beispiel für Einbruchalarm ist.

Daher denke ich, dass die Funktion dieses Widerstands darin besteht, zu verhindern, dass ein Eindringling Ihren "sehr raffinierten" Alarm durchbrennt, indem er eine 9-V-Batterie direkt zwischen die Schaltkontakte legt.

Eine andere Funktion dieses Widerstands (vielleicht wird in dem Buch später erklärt, um einen solchen Einbrecher zu verbessern) ist, dass er möglicherweise in den Schalter eingebettet ist. Wenn ein Eindringling auf diese Weise nur die Drähte kurzschließt (dh er/sie macht einen direkten Kurzschluss zwischen Basis und Masse), ist der Widerstand tatsächlich 0. Daher können Sie einen Komparator hinzufügen, der die Basisspannung überwacht. Wenn es zu niedrig wird, sollte sich der Alarm trotzdem einschalten, da ein Eindringling versucht hat, Ihren Alarm zu manipulieren.

Abgesehen davon hat der Widerstand keine anderen praktischen Funktionen: Er hätte weggelassen werden können.

Warum diese seltsame Anordnung (NPN-Transistor, LED auf der Emitterseite). Nun, wenn Sie den Schalter und den Widerstand als eine einzelne Komponente betrachten, werden Sie feststellen, dass beide die Masse mit einem Anschluss verbunden haben. Vielleicht ist das unter Umständen sinnvoll?