Benötigen Sie Hilfe beim grundlegenden Verständnis der Spannungen in dieser Schaltung

Wenn ich mir das folgende Schema anschaue, wobei LED1 eine rote LED (1,7 V Durchlassspannung) und LED2 eine grüne LED (3,2 V Durchlassspannung) ist, habe ich ein paar Fragen, die wahrscheinlich das Fehlen einiger grundlegender Prinzipien von Schaltungen widerspiegeln, und ich hoffe Jemand kann mich ins Reine bringen :) [BEARBEITEN: Wenn ich sage "Q1 ist EIN", meine ich, dass ich ein 5V "hohes" Signal an Eingang IN1 liefere]

  1. wenn Q1 eingeschaltet ist, leuchtet LED1 und LED2 ist aus. Wie hoch sind die Spannungen an V1 und V2? [Meine Annahme ist, dass sie beide 1,7 V haben, da sich nur ein Widerstand (R2) im Pfad befindet.]
  2. wenn Q1 AUS ist, ist LED1 aus und LED2 ist EIN. Die Spannung an V2 beträgt jetzt 3,2 V (die Durchlassspannung von LED2). Richtig?

Stellen Sie sich nun ein Szenario vor, in dem LED1 grün und LED2 rot ist.

  1. Wenn Q1 eingeschaltet ist, leuchten sowohl LED1 als auch LED2 (obwohl LED1 nur sehr schwach leuchtet). Warum ist das? Wie groß ist die Spannung an V1 und V2? [Aus der Beobachtung, dass beide LEDs eingeschaltet sind, denke ich, dass V1 = V2 = 3,2 V, aber ich verstehe nicht, warum, da meine erste Beobachtung in Frage 1 oben zu sagen scheint, dass V1 = V2 = 1,7 V - also hätte ich 1,7 erwartet V auch hier und somit würde LED1 nicht leuchten].
  2. wenn Q1 AUS ist, ist LED1 aus und LED2 ist EIN. Die Spannung an V2 beträgt jetzt 1,7 V (die Durchlassspannung von LED2). Ist dies auch richtig?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Warum sagen Sie, dass, wenn Q1 eingeschaltet ist, die Spannung an LED1 und LED2 1,7 V beträgt? Sie hängen vom Spannungsabfall über R2 ab. Der Spannungsabfall über R2 ist I*1k, wobei I eine Summe der Ströme durch LED1 und LED2 ist. Auch V1 wird etwa 0,3 V niedriger sein als V2.
@Alex - Ich dachte, dass Sie zur Berechnung von Widerständen den erforderlichen Spannungsabfall über R2 (in diesem Fall 9 V-1,7 V = 7,3 V) und daher I = 7,3/1000 = 7,3 mA betrachten müssten. Wenn ich Ihrer Logik folge und hier annehme, dass meine LEDs eine Nennleistung von 25 mA haben, beträgt der Spannungsabfall 50 V ((0,025 + 0,025) * 1000). Oder sehe ich das falsch?
Die LEDs sind nicht linear. Daher hängt die Stromaufnahme von der V/I-Kurve für diese bestimmte LED ab. Und Ihre 25 mA / 1,7 V sind nur ein Punkt auf dieser Kurve für Ihre rote LED
@PhilB. Welchen Wert von IN1 haben Sie verwendet, als Sie ein schwaches Leuchten erhalten haben (Fall 3)?
@nidhin 5V - Ich habe dies als Bearbeitung zu meiner Frage hinzugefügt

Antworten (2)

Ich denke, was passiert ist, dass Sie LED1 grün effektiv von der Basis aus mit Strom versorgen, da die Spannung am Kollektor aufgrund von LED2 1,7 V beträgt und dies zu niedrig ist, um LED1 mit Strom zu versorgen. Wenn die Basisspannung (IN1) 5 V beträgt, dann versorgt dies LED1 über den 10k-Widerstand und den Basis-Emitter-Übergang von Q1, der Strom durch LED1 wäre (5-(0,7+3,2))/10000 = 0,11 mA, daher ein schwaches Leuchten beobachtet werden konnte.

Wenn LED1 rot ist (1,7 V Vorwärtsspannung) und LED2 grün ist (3,2 V Vorwärtsspannung), dann beträgt die Spannung zwischen Q1 und LED1 (unter der Annahme, dass Q1 gesättigt ist) 0,2 V + 1,7 V = 1,9 V, wenn Q1 eingeschaltet ist. Diese Spannung liegt auch an LED2 (sie ist parallel zu Q1 und LED1) und da LED2 grün ist, benötigt sie 3,2 V, um sie einzuschalten, daher leuchtet sie nicht.

Wenn jedoch LED1 grün ist (3,2 V Vorwärtsspannung) und LED2 rot ist (1,7 V Vorwärtsspannung), dann beträgt die Spannung zwischen Q1 und LED1 (wieder unter der Annahme, dass Q1 gesättigt ist) 0,2 V + 3,2 V = 3,4 V, wenn Q1 eingeschaltet ist. Dies wird über LED2 sein und da es viel größer als die 1,2 V ist, wird es LED2 einschalten.

Ich verstehe dies für das LED1-Rot- und LED2-Grün-Szenario. Da der Pfad über LED1 eine niedrigere Durchlassspannung hat, wird er anstelle des LED2-Pfads mit höherer Spannung verwendet. Kein Thema dort. Ich bin mir immer noch nicht sicher, ob das LED1-Szenario grün ist. Was ich beobachte, ist, dass LED1 kaum leuchtet (ein schwaches Leuchten). Dies würde entweder bedeuten, dass a) meine LED keine echte Diode ist, tatsächlich fließt bei niedrigeren Spannungen ein gewisser Strom, und da die Spannung über LED2 1,7 V beträgt, sehe ich dieselbe Spannung über LED1 und das Verhalten ohne Diode erklärt das schwaches Leuchten, oder b) die Spannung beträgt 3,2 V (oder 3,4 V), aber das verwirrt mich.
Sie sehen ein schwaches Leuchten, wenn LED1 grün leuchtet, aber Q1 aus ist?
Nein, wenn Q1 eingeschaltet ist, sehe ich das schwache Leuchten. Wenn Q1 AUS ist, egal ob LED1 grün oder rot ist, leuchtet die LED überhaupt nicht (wie erwartet).
Ok, mir ist gerade klar, dass LED2 keinen Widerstand hat. Wenn LED1 also grün ist, leuchtet sie theoretisch überhaupt nicht auf, egal ob Q1 ein- oder ausgeschaltet ist. Aber Sie erleben ein schwaches Leuchten, wenn Q1 eingeschaltet ist. Also ja, ich würde sagen, die Spannung an Q1 und LED1 wäre 1,7 V, wenn LED2 rot ist, also sollte LED1 nicht aufleuchten. Ein schwaches Leuchten kann auf die Basis-Emitter-Schaltung zurückzuführen sein, wenn IN1 größer als (3,2 V + 0,7 V) ist. Ist dies der Fall?
Ja, IN1 hat 5 V, was> 3,9 V ist. Sie sagen also, dass ich die grüne LED1 tatsächlich von der Basis aus mit Strom versorge?
Ja 5 V durch einen 10k-Widerstand, LED-Strom wäre: (5-(0,7 + 3,2)) / 10000 = 0,11 mA .... so schwaches Leuchten. Ich werde meine Antwort bearbeiten.
Und ich hatte gerade auch eine Bearbeitung vorgenommen, aber da dir der Beitrag gehört, gewinnt deiner :) Vielen Dank, das hat mein Verständnis verdeutlicht!
@dwightreid Was ich denke, ist in Fall 3, da LED2 leuchtet, sollte V2 1,7 V betragen. Habe ich etwas verpasst? Und reichen 0,11 mA aus, damit eine LED schwach leuchtet?

  1. Wenn Q1 eingeschaltet ist, leuchtet LED1 und LED2 ist aus. V1 = 1,7 V, die Durchlassspannung von LED1 und v 2 = v 1 + v C E S A T . Wo v C E S A T ist die Kollektor-Emitter-Spannung bei Sättigung, deren Wert im Bereich von 0,2 bis 0,3 V liegt. (vorausgesetzt IN1 kann den Transistor in die Sättigung bringen)

  2. Ja. wenn Q1 AUS ist, ist LED1 aus und LED2 ist EIN. Die Spannung an V2 beträgt jetzt 3,2 V

  3. LED2 wird eingeschaltet sein. Das macht also V2 = 1,7 V. Die Spannung, die an der Basis auftreten kann, liegt also bei etwa 2,4 V. Wenn also der Emitterübergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist (da Sie gesagt haben, dass LED1 leuchtet), beträgt die Spannung am Emitter ebenfalls etwa 1,7 V.
    Die Durchlassspannung 3.2 gilt für einen bestimmten Strom. Strom (kleiner als der Nennwert) kann zu fließen beginnen, bevor die Durchlassspannung erreicht wird. Und ich denke, Ihre LED leuchtet schwach, weil dieser kleine Strom fließt.

  4. Wenn Q1 AUS ist, ist LED1 aus und LED2 ist EIN. Die Spannung an V2 beträgt jetzt 1,7 V

Dies kommt der Beantwortung aller meiner Fragen sehr nahe :) Nur Fragezeichen ist Ihre Antwort auf 3 ... Ich habe empirische Beweise dafür, dass LED1 schwach leuchtet, also Strom vorhanden ist. Und woher kommen die 0,7 V (2,4 V-1,7 V Durchlassspannung von LED2) in Ihrer Antwort? Liefert Q1 möglicherweise aufgrund der Spannung an der Basis zusätzliche Spannung? Können Sie erklären?
@PhilB. Der Kollektor-Basis-Übergang wird in Vorwärtsrichtung vorgespannt. daher die 0,7 V mehr an der Basis als Kollektor.
ok - aber reicht die Tatsache, dass ich IN1 "hoch" (z. B. 5 V) mache, nicht aus, um den Transistor Q1 einzuschalten? Ich bin mir nicht sicher, ob ich verstehe, was die 2,4 V an der Basis mit der Funktion der LED zu tun haben ... Ich kann verstehen, dass 2,4 V am EMITTER für LED1 nicht ausreichen würden, aber das scheint nicht der Fall zu sein du hast gesagt.
@PhilB. Damit ein npn-Transistor eingeschaltet wird, sollte die Spannung an der Basis größer sein als die Spannung am Emitter. 2,4 an der Basis bedeutet also, dass der Transistor nur eingeschaltet ist, wenn die Spannung am Emitter 1,7 V beträgt.
Das verstehe ich ... danke. Aber warum beträgt die Spannung an der Basis 2,4 V und nicht 5 V (wenn IN1 "hoch" ist, dh 5 V)?
@PhilB. Die Spannung an der Basis beträgt 0,7 V (Durchlassspannung des Basis-Kollektor-Übergangs) mehr als die am Kollektor. Also 2,4 V an der Basis. die restlichen 2,6 V von IN1 fallen über R1 ab
@PhilB. Die Durchlassspannung gilt für einen bestimmten Strom. Der Strom kann zu fließen beginnen, bevor die Durchlassspannung erreicht wird. In diesem Fall kann die LED Licht emittieren, jedoch mit reduzierter Intensität. Ich denke, das ist bei Fall 3 der Fall.
Zusammenfassend ist es also eine Kombination aus 2,4 V, die "gerade genug" sind, um einen kleinen Strom durch Q1 zu lassen, sowie 1,7 V, wobei ein kleiner Strom ausreicht, um die LED schwach leuchten zu lassen, obwohl ihre Durchlassspannung irgendwo in der Nähe liegt 3,2 V. Habe ich es richtig gesagt? Es macht Sinn, obwohl ich dachte, Dioden wären diskreter als das ....
Die mit dem Kollektor verbundene Diode (LED2) begrenzt die Spannung am Kollektor (auf 1,7 V) und damit die an der Basis auf 2,4 V. Dies reicht nicht aus, um die LED1 richtig zum Leuchten zu bringen. Aber es kann einen kleinen Strom und daher ein schwaches Leuchten verursachen.
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