¿Cuál es una forma paso a paso de pensar sobre el flujo de electrones en dicho circuito? ¿Cómo podemos saber que proporcionaría corriente constante, por ejemplo?

1. El primer paso es olvidarse del flujo de electrones. Piense en el flujo de corriente convencional de positivo a negativo o tierra. Esta es la forma en que (casi) todos lo hacemos y por qué dibujamos el riel positivo en la parte superior del esquema. Comprender el flujo de electrones tiene sus usos, pero no para el análisis general de circuitos. Tenga en cuenta que las flechas en los símbolos de diodo y transistor muestran la dirección de la corriente convencional.

2. Suponga que ambos transistores están apagados inicialmente.
3. Ahora averigüe qué podría encenderse. No va a ser T1 inicialmente ya que no hay corriente en la base. T2 tiene una alimentación a su base en (1) a través de la resistencia de 2,2 kΩ, por lo que se encenderá.
4. A medida que T2 se enciende, la corriente fluirá desde el colector y a través de R. El LED comenzará a brillar.
5. El voltaje en (2) ahora comenzará a aumentar. Cuando llegue a aproximadamente 0,6 o 0,7 V, T1 comenzará a encenderse.
6. El encendido de T1 comenzará a robar la polarización de T2 y el circuito se establecerá con 0,7 V en R. Si el voltaje en R aumenta, T1 robará más polarización. Si baja, T1 se apagará un poco.
7. La corriente a través del LED será$I = \frac V R = \frac {0.7} R$.

¿Cuál es la intuición para leer circuitos de transistores/resistencias?

Más precisamente hablando, "leer" significa "comprender" aquí. Entonces, la pregunta es: "¿Cómo entendemos intuitivamente los circuitos?"

que es la comprension

Pero, ¿qué significa entender un circuito? Para ello no basta con ver que, por ejemplo, “cuando T1 está encendido, T2 está apagado, etc.”, es decir. sólo para establecer hechos concretos. Entender un circuito, primero significa ver la idea básica, el concepto detrás de esta mezcla de componentes. Si no lo haces, como dicen, "no verás el bosque por los árboles"... no entenderás lo que has entendido...

Ha señalado correctamente la intuición como un medio para comprender los circuitos. Añade además imaginación, sentido común, analogías, emociones... y, por supuesto, conocimientos previos acumulados... y tendrás todo lo necesario para entender los circuitos. Luego, cuando decidas implementar el circuito, además de estos "medios cualitativos", necesitarás "medios cuantitativos" para su cálculo y muchos "detalles"... pero en esta etapa no los necesitas de manera vital.

Cómo entender los circuitos

Comenzamos buscando algo conocido: bloques de construcción de circuitos más elementales (subbloques) e ideas básicas (conceptos). Hagámoslo con tu circuito...

escenario 1

Elemento regulador. Lo primero que podemos notar en su circuito es que el transistor T2 está conectado en serie al LED con su colector y emisor; por lo que regula la corriente a través del LED como una resistencia variable ( reóstato ).

Convertidor de corriente a voltaje. Luego notamos que la corriente del LED I fluye a través de la resistencia R; entonces la caída de voltaje a través de él es proporcional a la corriente - VR = IR Sí, llegamos a la conclusión, entonces la resistencia se inserta en el emisor para convertir la corriente en voltaje. Por lo tanto, reconocemos el siguiente bloque de construcción del circuito: un convertidor pasivo de corriente a voltaje .

Otro convertidor de corriente a voltaje. Animados por nuestro éxito, continuamos... y encontramos otra resistencia (2,2 k) que actúa como el mismo convertidor de corriente a voltaje pero ahora insertado en el colector. Obviamente, su función es convertir las variaciones de corriente del colector T1 en variaciones de voltaje...

Etapa de emisor común. Entonces, creemos que la combinación del transistor T1 y la resistencia de colector de 2.2 k es la conocida etapa de emisor común ...

Etapa de colector común. … que controla otra configuración de transistor famosa: la etapa de colector común ( seguidor de emisor ) T2.

Retroalimentación negativa. Las dos etapas amplificadoras conectadas en círculo nos hacen pensar que aquí hay retroalimentación negativa. A ver si es así...

Mantener una corriente constante a través del LED significa que el transistor T2 debe mantener un voltaje constante a través de la resistencia R. Vemos que el voltaje VR se compara con el voltaje de umbral T1 de 0.7 V y se amplifica con T1 que controla T2 para mantener VR constante. Por ejemplo, si la corriente del LED disminuye por algún motivo, la VR también disminuye. T1 aumenta su voltaje de colector y T2 aumenta la corriente del LED. Sí, seguro... ese es el gran principio de la retroalimentación negativa .

Escenario 2

Seguidor emisor. Con el mismo éxito, podemos reconocer en T2 un seguidor de emisor que mantiene un voltaje constante a través de una resistencia constante R... por lo que la corriente también es constante.

Para este propósito, este seguidor de emisor debe ser accionado por un voltaje de entrada constante (de referencia). Sabemos que debe obtenerse a través de algún diodo... pero no vemos tal diodo aquí... vemos un transistor (T1). ¿Qué demonios es esto?

La idea de Widlar. Notamos que el comportamiento del T1 es muy interesante. Dado que se pierden alrededor de 0,7 V en la unión base-emisor de T2, la retroalimentación negativa fuerza a T1 a elevar su voltaje de colector (base T2') hasta 1,4 V para mantener alrededor de 0,7 V en su base. Así es como vemos aquí la genial idea de Widlar .

Escenario 3, 4...

De esta manera, seguimos buscando nuevos puntos de vista...

¿Cuál es una forma paso a paso de pensar sobre el flujo de electrones en dicho circuito?

Con el propósito de comprender intuitivamente los circuitos, necesita una idea más general de la corriente eléctrica como algo que fluye bajo la influencia de algo como la presión... y encuentra algo como un obstáculo en el camino. Y lo que es extremadamente importante (pero subestimado) es DÓNDE fluye la corriente.

Cada corriente comienza donde la "presión" es más alta (la terminal de fuente positiva) y regresa donde la "presión" es más baja (la terminal de fuente negativa); por lo que su camino es una línea cerrada (bucle). Por eso, siempre dibujo las rutas de corriente como bucles completos en verde (asociación con el flujo de agua). Aquí hay un ejemplo de cómo se ve su circuito con corrientes visualizadas:

Conclusión

Entiendo muy bien que para usted esta es una forma difícil de entender un circuito tan "simple" de solo dos resistencias y dos transistores... simplemente porque requiere mucha experiencia previa. Pero quería mostrarles lo que significa la verdadera comprensión y lo diferente que es de la "lectura" literal de los diagramas de circuitos. Espero que esto te estimule en el futuro para luchar por una verdadera comprensión...

Recursos

Estos son algunos de mis recursos sobre la filosofía del circuito:

Cómo entender, presentar e inventar circuitos electrónicos (contenido Flash, necesita una extensión Ruffle para el navegador)

Electrónica analógica 2004

Historias de circuito en la pizarra

Electrónica analógica 2008

Wikilibro de ideas de circuitos

Circuit stories es mi blog

¿Cuál es una forma paso a paso de pensar sobre el flujo de electrones?

Aquí está la diferencia crucial entre hardware y software. El software trata con algoritmos, que son secuencias de pasos simples necesarios para implementar funciones más complejas. Esas funciones a su vez se pueden combinar en secuencias aún más complejas, implementando eventualmente la funcionalidad deseada. Es por eso que el análisis "paso a paso" funciona tan bien para el software.

En electrónica, cada parte del circuito se puede representar mediante una función de transferencia. Sin embargo, esas funciones deben considerarse simultáneamente, no como una secuencia. No puede decir que una resistencia transforma el voltaje en corriente, y luego un BJT lo toma como corriente base y lo amplifica con una cierta ganancia. De hecho, el cambio en la corriente base del BJT cambiará el voltaje en la resistencia, lo que a su vez afectará la corriente base, etc.

Una forma de pensar en un circuito es el análisis transitorio . Comienza con cero corrientes en todas partes y luego descubre qué caminos en el circuito podrán conducir. Ahora imagine que algunas pequeñas corrientes fluyen en esos caminos, y descubra cómo eso afectaría los voltajes, y luego vuelva a calcular las corrientes dados los voltajes actualizados, etc. Eso es esencialmente lo que hizo Transistor en su respuesta.

Otra forma que funciona para algunos circuitos (incluido el que tiene) es el análisis de CC . Comienza con la suposición de que todas las corrientes y voltajes en el circuito son constantes y luego descubre cuáles serían los valores resolviendo las ecuaciones.

Finalmente, para cierta clase de circuitos (como los filtros) es útil comprender cómo funciona el circuito a diferentes frecuencias: ese es el análisis de CA.

Obtener un simulador SPICE y observar los resultados del análisis transitorio a menudo le da una buena idea de cómo funciona el circuito. Le dice lo que sucede con todas las corrientes y voltajes a lo largo del tiempo, y solo tiene que averiguar por qué el circuito se comporta de esta manera.

En general, hay 2 usos para los transistores (BJT):

1. Un interruptor electrónico de encendido/apagado (modo de saturación/corte)
2. Un amplificador (modo activo)

Sin conocer los voltajes y las características específicas de los transistores, el caso de uso debe determinarse a partir del contexto. Aquí, los interruptores tienen poco sentido, por lo que debemos tratar con amplificadores: más corriente en la base (causada por el aumento del voltaje de la base) permite más corriente a través del par colector-emisor (CE). Tenga en cuenta que estos transistores son NPN. Los PNP, que tienen un símbolo ligeramente diferente, permiten más corriente a través de los puertos CE solo a medida que disminuye el voltaje base.

Lo primero que hay que tener en cuenta es que el nodo por encima de T1 (nodo 1) está flotando, por lo que si T1 está completamente apagado, aumentará hasta +V. El nodo debajo de T2 (nodo 2) se adjunta a gnd cuando T2 está apagado. Cuando T2 se enciende desde el aumento en el voltaje del nodo 1 (es decir, su voltaje base), dejará pasar la corriente, aumentando el voltaje en el nodo 2 y encendiendo T1. Si enciende completamente T1, entonces el nodo 1 está (aproximadamente) conectado a tierra, apagando T2, apagando así T1 y reiniciando este ciclo.

Dado que los transistores actúan como amplificadores, obtenemos esta acción intermedia en la que T1 y T2 no se encienden y apagan por completo, sino que solo aumentan y disminuyen ligeramente en el voltaje base, se equilibran entre sí y, por lo tanto, logran una corriente constante.

Para analizar cuantitativamente este circuito, comenzamos asumiendo que el voltaje base-emisor ($v_{BE}$) para un BJT de silicio es típicamente constante, alrededor de 0.7V (el valor exacto$v_{BE}$se da en sus especificaciones). Entonces, la corriente a través de R (para obtener el voltaje base de T1) debe ser$0.7/R$por la ley de Ohm. En un FET, no pasa corriente a través de la "base" (es decir, la puerta), por lo que si T1 y T2 fueran FET, habríamos terminado; las corrientes de emisor y colector (es decir, src/drain) serían las mismas. Pero dado que T1 y T2 son BJT, parte de la corriente en el nodo 1 pasa por T2 y se agrega a la corriente del diodo para obtener la corriente a través de R y parte de la corriente en el nodo 2 se desvía a través de la base de T1 y, por lo tanto, se resta de la corriente a través de R: para un BJT,$i_{emitter} = i_{collector} + i_{base}$.

Un buen modelo de BJT en modo activo sostiene que$i_{collector} = \alpha i_{emitter}$y$\alpha = \frac{\beta}{1+\beta}$dónde$\beta$es solo una característica del transistor específico, generalmente entre 20 y 200. Por lo tanto, la corriente del diodo es$0.7/R + i_{T1, base} ‒ i_{T2, base}$y bien dentro del 5% de$0.7/R$(asumiendo$v_{BE}=0.7V$).

Mi respuesta es, más o menos, un comentario que puede ayudar a explicar el principio básico de funcionamiento del circuito.

En la electrónica analógica existen circuitos que se pueden explicar de dos maneras diferentes. Esto se aplica, por ejemplo, a los osciladores armónicos (vista de resistencia negativa, vista de retroalimentación selectiva de frecuencia) o, como en este caso, para circuitos con retroalimentación activa .

Debido a que el circuito dado no necesita señal de entrada, no tenemos un criterio para definir el amplificador principal y la ruta de retroalimentación. Por lo tanto, dos vistas son posibles:

1.) T1 es el amplificador principal en configuración de emisor común. El punto de polarización de T1 se proporciona y se estabiliza mediante retroalimentación negativa activa (de regreso a la base de T1),

2.) T2 es el amplificador principal (que funciona como un seguidor de emisor) que tiene un punto de polarización provisto y estabilizado por retroalimentación negativa activa (de regreso a la base de T2).

Estabilización : el circuito es muy insensible a las variaciones de temperatura porque ambos transistores (cuando se montan en estrecho contacto) pueden reaccionar de manera similar a los cambios de temperatura. Eso significa: En ambos casos, el transistor en el circuito de retroalimentación aumenta el efecto de retroalimentación (normal, pasivo) proporcionado por la resistencia en el circuito de retroalimentación.

Estoy seguro de que esas otras fueron respuestas muy buenas y útiles. Soy de la opinión de que la comprensión intuitiva conduce a explicaciones breves y sencillas. Intentaré aquí resumir mis pensamientos mientras miraba su esquema.

1. Vbe generalmente se toma como .7 v. Asigne voltajes de nodo para aquellos que pueda.
2. El capítulo 2 de El arte de la electrónica es un buen material de estudio para construir un catálogo mental de bloques de construcción de circuitos. Las fuentes de corriente y los espejos, los amplificadores diferenciales, los cascodos, los seguidores de emisores y varios amplificadores conforman muchos circuitos que puede ver. Suponiendo que el circuito esté bien dibujado, a menudo recogerá estos bloques y comprenderá la función del circuito con bastante rapidez.

En su circuito, R a través de la base T1 y el emisor forman una fuente de corriente constante. 0,7 v a través de 70 ohmios da 10 miliamperios. Alrededor de 10 mA fluyen a través del LED.

El LED necesita un voltaje específico para conducir 10 mA. Verifique su hoja de datos para ese valor. Verifique qué tan brillantemente 10 mA impulsará ese LED.

T2 Vce es lo que queda de V+ para encender el LED y conducir dos gotas de Vbe. El 2.2k R establece polarización directa en T2 y limita T1 Ic. Comprueba que sea un valor razonable para V+. Verifique que T2 pueda manejar ese Vce.

Para concluir, su circuito maneja un LED a 10 miliamperios para V+ entre 5V y 15V más o menos. Eso es corto y simple sin ser demasiado simplista. Espero.