¿Controlador LED de lado alto o lado bajo con NPN BJT? ¿Cual es mejor?

Bueno, analicemos los dos circuitos usando el primer LED verde en el que puedo encontrar datos: un Kingbright L-934GD. Tiene una tensión directa típica de 2,2 V a 20 mA y una corriente directa máxima absoluta de 25 mA. Y supongamos una β de 110, la cifra del peor de los casos, dada para un BC547A con una Ic de 2 mA.

Circuito A

Suponiendo que la MCU emite 5 V, obtenemos una corriente base de aproximadamente (5-0,6)/10000 = 440 uA, y una Ic máxima de 110 veces eso, es decir, 48,4 mA. Pero en la práctica, estará limitado por la resistencia, el transistor se saturará y obtendremos alrededor de 300mV Vce y, mirando el gráfico LED de IF v VF, terminaríamos muy cerca del máximo 25mA pasando por el LED con tensión directa de 2,25V. Entonces esto encenderá el LED en la máxima medida permitida.

De hecho, para pasar 25mA a través del LED, solo necesitaría 0.6+(10000*0.025/110)=2.87V de la MCU. La mayor variable en este circuito es la β de Q1; si eso fuera realmente 500, la MCU solo necesitaría apagar 1.1V, aunque esto probablemente no tenga consecuencias reales.

Circuito B

Para obtener la misma corriente de LED de 25 mA, necesitaríamos los mismos 2,25 V a través del LED, 2,5 V a través de R1, permita un Vbe de 0,6 V y una corriente base de 25/110 = 227 uA a través de R2 dando un voltaje a través de él de 2,72 V. Agregue todo eso y su MCU necesitará apagar 8.07V para lograr el mismo brillo que el Circuito A, lo que supongo que es poco probable.

Si la MCU emite solo 5 V, terminará con 12 mA a través del LED (2,1 V en el LED, 0,012*100=1,2 V en R1, 0,6 Vbe y (0,012/110)*10000=1,091 V en R2) . Entonces, para la misma salida de MCU y los mismos componentes, el LED será la mitad de brillante. Pero si el β de Q1 aumentara a 500, la corriente del LED sería de 19 mA.

Entonces, en resumen, A generalmente se consideraría un mejor diseño en esta situación, ya que no se ve afectado materialmente por las variaciones potencialmente grandes en las características del dispositivo. Si quisiera que su LED tuviera la mitad del brillo, sería mejor que usara A con una resistencia más grande. Dices que crees que B sería más estable con respecto a la temperatura, me encantaría saber por qué piensas eso.

Tal vez quiso que el Q1 del circuito 2 fuera PNP en lugar de NPN. Entonces se comportaría de manera mucho más similar al circuito 1, con la excepción de que el LED se encenderá cuando el GPIO esté bajo en lugar de alto. La combinación de los dos circuitos crearía un sistema para controlar un conjunto de LED (o matriz) con un cátodo común. Coloque el controlador del lado bajo (circuito 1) en todos los cátodos comunes de los LED y coloque el controlador del lado alto (circuito 2 con PNP) en los ánodos separados de cada LED. Luego, el uProcessor puede recorrer cada LED rápidamente (p. ej., >30 ciclos por segundo) para que sus ojos no vean el parpadeo.

A es típico, donde el transistor actúa como un interruptor -> disipación de potencia mínima.

B es menos común. más disipación de energía en el transistor, menos salida de voltaje en el par de led/resistencia. pero se puede omitir R2, y es más rápido (en el flanco ascendente).

para aplicaciones de alta/mayor potencia, elija A. para transmisiones rápidas basadas en luz, o el diseño barato, elija B.

En general, A es el mejor. A desperdicia un voltaje valioso. En un micro 3v3 ahora muy normal, no hará un LED azul en B. Los voltios del colector en A pueden ser más altos que el micro, lo que hace que las cosas sean más versátiles. A da más entrada / salida aislamiento, por lo que es más a prueba de idiotas. A es mejor cuando Q1 es un mosfet porque los voltajes gs para una conducción razonable exceden VBE. Un mosfet se usa cuando la velocidad es importante.