Conmutación de LED con un transistor

Las respuestas que ya están aquí describen el comportamiento que vio, pero quizás no iluminen la forma "convencional" de hacer las cosas.

El comportamiento clave de un transistor bipolar (a diferencia de FET) cableado aquí (emisor común) es que el transistor intentará atraer una cantidad de corriente al colector igual a Hfe (el factor de amplificación de corriente del transistor, a veces llamado beta) veces la corriente en la base. Hfe es un número más o menos constante en el rango de 25 a 100 o más. Con este comportamiento, el transistor es útil para amplificar ("multiplicar") señales analógicas, como el audio.

Sin embargo, a menudo queremos simplemente encender o apagar una corriente, como para un LED. En ese caso, queremos que el transistor esté apagado (sin conducir corriente) o completamente encendido (corriente máxima, dada una resistencia en serie y el voltaje de suministro general) Para arreglar ese estado, solo tenemos que aplicar una corriente base lo suficientemente grande como para que El transistor, en un esfuerzo por atraer Hfe X Ib al colector, intentaría establecer el voltaje del colector por debajo del mínimo posible, que es aproximadamente Vemitter + 0.2 (entonces 0.2V en su ejemplo). Cuando el transistor está en ese estado, se dice que está saturado.

Normalmente, un circuito está diseñado para emplear cada transistor en solo uno de estos modos, ya sea amplificando o cambiando, con los componentes circundantes seleccionados para garantizar ese modo y enfocarse en los detalles de ese modo. Entonces, en un circuito como el suyo, un diseñador haría un cálculo rápido de la corriente LED (y por lo tanto del colector) requerida, dividiría por una suposición baja para el transistor beta (digamos 40), llegaría a la corriente base mínima necesaria y organizaría la resistencia base para entregar eso o más.

La corriente base exacta no es importante, pero debemos asegurarnos de que el transistor esté saturado cuando está encendido, porque si no lo está, el colector no se hundirá a su voltaje más bajo, lo que permitirá un voltaje colector-emisor más alto. Aunque la corriente será algo menor, el voltaje a través del transistor será sustancialmente mayor, lo que requerirá que el transistor disipe mucho más calor (V x I) de lo necesario. Ese calor destruiría un transistor pequeño o requeriría un transistor más grande o la adición de un disipador de calor.

Entonces, su primer esquema es la forma sensata de usar el transistor para cambiar un LED. (Dejando de lado el desperdicio de usar un suministro de 24 V que requiere una gran caída de voltaje en algún lugar).

En el segundo esquema, se topó con el uso de la parte del amplificador del rango de operación del transistor. Como se señaló, esto es una desventaja para el calor del transistor si realmente funcionó. Sin embargo, no funcionará satisfactoriamente porque, como han mencionado otros, el valor de Hfe varía bastante de un transistor a otro, y también con el calor. Por lo tanto, de todos modos no podría establecer una corriente de LED estable y precisa de esa manera.

(Para crear un amplificador real con un factor de amplificación constante y estable, se necesitan resistencias y condensadores adicionales para abordar el efecto de la variación de Hfe).

Estás descuidando el efecto de amplificación actual del transistor. La corriente de colector máxima permitida (hasta un punto, llamado "saturación") es igual a la corriente base multiplicada por la ganancia de corriente del transistor, denominada "h _fe ". Al restringir la corriente en la base, se puede restringir la corriente en el colector y, por lo tanto, en el LED.

Tenga en cuenta que h _fe varía con múltiples factores, por lo que no debe usarse como un mecanismo de seguridad para evitar que el LED se queme. Mantenga la resistencia en serie.

También tenga en cuenta que "cambiar" con un transistor implica llevarlo a la saturación, por lo que técnicamente el segundo circuito ni siquiera está cambiando.

En el primer caso, el transistor aparentemente está saturado, por lo que hay alrededor de 0,2 voltios a través de él. Por lo tanto, está disipando 0,6 vatios. Sin embargo, ¡la resistencia está disipando 6 vatios! Hacer funcionar un LED de 4 voltios desde 24 voltios es muy ineficiente.

En el segundo caso, el transistor tendrá ~20 voltios a través de él y disipará alrededor de 6 vatios. Sin embargo, la corriente de colector real del transistor dependerá de su ganancia de corriente, que es bastante variable, por lo que el circuito es inestable; cualquier variación en la ganancia del transistor hará que la corriente de colector varíe, lo que posiblemente destruya el LED.

Su primer circuito también puede ser inestable, si selecciona una resistencia suficiente para que el simulador diga que el transistor está saturado. Cuando utilice un transistor saturado, debe tener suficiente corriente de base para garantizar que el transistor permanezca saturado en su posible rango de ganancias de corriente.