Iluminación de dos LED, o ninguno, según la entrada digital

Un enfoque aquí. D1 y D2 son para proteger las bases de un voltaje inverso excesivo.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Consulte también la versión minimalista a la derecha: requiere una entrada de alta Z de baja fuga y desperdicia energía cuando los LED están apagados.

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Figura 1. Corriente desviando los LED.

En lugar de intentar encender los LED bajo ciertas condiciones, puede ser más fácil apagarlos desviando la corriente a su alrededor. ¿Alguien puede hacer un control de cordura en este diseño?

Cómo funciona.

• Con SW1 alto como se muestra, Q2 está desviado y Q1 está desviado para cortocircuitar D1. D2 se encenderá.
• Con SW1 alternado, Q2 está polarizado, cortocircuitando D2 y Q1 desactivado permitiendo que D1 se encienda.
• Con SW en la posición media (desconectado), la corriente fluirá Q2e-b - R1 - R2 - Q1b-e, polarice ambos transistores y desvíe ambos LED.
• La corriente a través de R3 será casi constante en los tres estados. Con un LED encendido será$\frac {22}{470} = 47~\mathrm mA$subiendo ligeramente a$\frac {24}{470} = 51~\mathrm mA$cuando ambos LED están en derivación.

Se aprobará la solución que haga esto con la menor cantidad de componentes discretos.

Recuento de componentes: 5 + los dos LED.

Esto es lo mismo que mostré ayer, pero con los valores de resistencia completados y la sección de entrada cambió un poco para solucionar un problema señalado por Dwayne Reid en un comentario.

Los requisitos solo especifican lo que debe hacer el circuito en tres puntos operativos, entrada conectada al suministro, conexión a tierra y flotación. Este circuito es simétrico con respecto al 1/2 punto de suministro, por lo que solo debemos analizar el caso abierto y cuando la entrada está atada a uno de los rieles.

Cuando la entrada se deja abierta, R5 y R6 forman una fuente de voltaje que intenta llevar las bases de Q1 y Q3 a la mitad del suministro. R1 y R2 también impulsan los emisores a la mitad del suministro. Por lo tanto, tanto Q1 como Q3 tienen un voltaje de 0 BE, lo que los mantiene apagados. Dado que no hay corriente de base o de emisor, no hay carga en las fuentes de voltaje R5-R6 ni R1-R2, por lo que son la mitad del suministro. Sin corrientes de colector Q1 y Q3, Q4 y Q2 no tienen corriente base. Esto los mantiene apagados, lo que mantiene sus corrientes de colector en 0. Estas también son las corrientes de LED, por lo que los LED están apagados.

Para el otro caso de funcionamiento, elegiremos IN ligado al positivo de alimentación (24 V). Digamos que todos los transistores tienen una ganancia mínima de 50, lo cual es razonable para transistores de señal pequeña. También diremos que la caída de BE de cada transistor es de 700 mV.

Dado que las bases y los emisores de Q1 y Q3 están unidos, uno tendrá polarización inversa mientras que el otro tendrá polarización directa. Debería ser obvio que con IN en alto, Q3 estará apagado, lo que también significa que Q2 estará apagado, lo que significa que D2 no estará iluminado. No fluirá corriente a través de ninguna parte de Q3, Q2, D2 o R3, por lo que podemos analizar este caso como si estos componentes no estuvieran presentes.

R1 y R2 forman una fuente de Thevenin de la mitad del voltaje de suministro con una impedancia de 10 kΩ. Con una ganancia mínima de 50, esto se reflejará en la base de Q1 como 510 kΩ a una impedancia infinita. R5 y R6 forman una fuente Thevenin de la mitad de la tensión de alimentación con una impedancia de 500 kΩ. Sin tener en cuenta la carga de Q1 (la ganancia de Q1 es infinita), el voltaje base de Q1 se controla mediante un divisor de voltaje simple y es de 20,6 V. Con una ganancia de Q1 de 50, la carga adicional de la base lo reduce a 18,9 V. Por lo tanto, la base de Q1 será de 18,9 a 20,6 V, dependiendo de la ganancia real de Q1. Esto significa que el emisor de Q1 será de 18,2 a 19,9 V.

R1 y R2 forman una fuente de 12 V con una impedancia de 10 kΩ. Por lo tanto, la corriente del emisor de Q1 estará en el rango de 615 µA a 787 µA. La corriente mínima del colector es 50/51 de eso, o 603 µA. Esta es la corriente mínima con la que se manejará la base de Q4. Eso significa que Q4 puede admitir al menos una corriente de colector de 30 mA.

Como comprobación rápida, con el emisor de Q1 como máximo a 19,9 V y la base de Q4 a 23,3 V, hay un mínimo de 3,4 V en Q1 CE, y está bien dentro de su región operativa "lineal". Esto demuestra que se ha solucionado el problema señalado por Dwayne Reid en el diseño anterior.

Digamos que D1 cae 2,1 V y el voltaje mínimo en Q4 es de 200 mV, lo que deja un máximo de 21,7 V en R4. La corriente máxima de R4, que también es la corriente máxima de LED, es por lo tanto de 5,0 mA. Q4 claramente puede soportar más corriente que eso, y se saturará independientemente de dónde su ganancia o la de Q1 caigan entre 50 e infinito. Dado que Q4 puede admitir 30 mA pero solo necesita admitir 5 mA, hay un amplio margen, lo que indica que este diseño tiene un margen significativo con la ganancia de transistor mínima especificada de 50.

Con IN a 24 V, el LED D1 se encenderá con 5 mA a través de él, que obviamente está encendido para un LED verde moderno. También hace funcionar el LED muy por debajo del máximo, que es de 20 mA para los LED indicadores fácilmente disponibles.

R4 disipará 110 mW, que está justo dentro del rango de un 0805 correctamente montado en una placa de PC. Cualquier resistencia de "1/4 W" es más que adecuada.

Nuevamente, el circuito funcionará simétricamente cuando IN esté conectado a tierra. Esta vez, Q3, Q2 y D2 estarán encendidos, con D1 apagado.

Por lo tanto, D1 se enciende cuando IN está a 24 V, ninguno de los LED se enciende cuando IN se deja flotando y D2 se enciende cuando IN está a 0 V. Dado que estos eran los únicos requisitos, este circuito cumple con las especificaciones.

También puede agregar otro movimiento aleatorio.

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Por transistor: ;)

Bueno, me imaginé que el opamp tendrá que buscarse en su riel (+) cuando intente subir su salida y tendrá que hundirse en su riel (-) cuando intente bajar su salida. Acabo de hacer que para que la fuente del riel (+) tenga que pasar esa corriente a través de un LED y para hundirse en el riel (-) tiene que hundir esa corriente a través del otro LED. tuve que pegar$R_1$y$R_2$en su salida, también. El resultado es que el opamp (a) extraerá corriente a través$D_1$hundirse en$R_2$, al transportar su salida hacia arriba (reduciendo la corriente en$R_1$mientras aumenta la corriente en$R_2$), o bien (b) hundir la corriente en$D_2$, procedente de$R_1$, al arrastrar su salida hacia abajo (reduciendo la corriente en$R_2$mientras aumenta la corriente en$R_1$.) Bueno, hay un caso (c) donde el PIN se deja desconectado. Luego, el amplificador operacional se hundirá o generará cantidades ligeramente diferentes a través de los diodos, pero del orden de docenas de microamperios en ambos casos, por lo que probablemente no sea visible.

Tiempo de desafío del marco: ¡su suministro de 24 V no descarta los circuitos integrados! La lógica digital no está diseñada para un voltaje de suministro tan alto, claro, pero muchos circuitos integrados analógicos funcionan perfectamente con un suministro de 24 V CC, incluidos los comparadores, que toman voltajes analógicos y los convierten en salidas lógicas.

Además, su aplicación no es nada nuevo: lo que desea es un comparador de ventanas , simplemente modificado de la configuración clásica. El circuito a continuación debería hacer el trabajo: el LT1017 tiene mucho gruñido para impulsar sus LED, y está clasificado para funcionar en cualquier lugar desde 1.1V hasta 40V. Con los valores de resistencia dados, la entrada flota en el suministro medio cuando no está activada, y debe estar a 1,2 V aproximadamente del riel para encender el LED apropiado. La histéresis se deja como ejercicio para el lector.

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Se muestran muchas opciones interesantes en las otras respuestas, pero agregaré otra a la mezcla:

En este circuito, los LED están controlados por dos MOSFET: un LED está controlado por un canal P y el otro por un canal N.

Las compuertas de los MOSFET son empujadas hacia rieles de suministro opuestos por resistencias de 10k que actúan para apagarlos. Luego, las puertas se conectan entre sí con un par de diodos Zener que se seleccionan para que tengan un voltaje directo en el rango:

Debido a que el voltaje directo de los diodos Zener es más de la mitad del riel de suministro, y hay dos en serie, significa que cuando no hay nada conectado a la entrada (que está en el centro de los dos diodos), las resistencias podrán tirar los MOSFET están apagados ya que los diodos Zener están efectivamente en circuito abierto.

Cuando baja la entrada (punto medio de los diodos), ahora hay efectivamente solo un diodo Zener entre la puerta PMOS y tierra que permite que el diodo conduzca y, por lo tanto, baja la puerta PMOS, lo que la enciende mientras mantiene el NMOS. apagado. Por el contrario, cuando la entrada se eleva, ahora solo hay un diodo Zener entre la puerta NMOS y el riel de suministro que hace que el NMOS se encienda y el PMOS permanezca apagado.

Los diodos Zener también regularán los voltajes de la puerta al voltaje de suministro menos el voltaje directo de Zener, por lo que no necesita encontrar un MOSFET con una clasificación Vgs del suministro completo (lo cual es bueno ya que muchos están clasificados para 20V en la puerta solo).

Para su suministro de 24 V, elegiría algo como un diodo Zener de 18 V, ya que esto le dará al menos 6 V Vgs, por lo que debería permitir que los MOSFET se enciendan bien.

Deberá dimensionar las dos resistencias para adaptarse a la cantidad de corriente de polarización que se puede extraer de la entrada. Con resistencias de 10k como se muestra, fluye alrededor de 0,6 mA de corriente hacia/desde la entrada. Si opta por decir 100k, podría reducirlo a unas pocas decenas de microamperios.

Sin embargo, no puede hacerlos demasiado grandes ya que los diodos Zener conducirán una pequeña cantidad de corriente incluso cuando estén por debajo de su voltaje umbral. Si la resistencia es demasiado grande, es posible que se enciendan los MOSFET. Dependerá de las características IV del diodo, pero para estar seguro, 10k-100k debería funcionar perfectamente bien.

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Zeners aquí son 12v (más alto disponible en el editor), no es una buena opción. Algo como 20v sería más apropiado. En un esfuerzo por reducir el número de piezas, la limitación de corriente LED se basa en el transistor beta 2N3904, 2N3906, en combinación con el valor R1. Este es similar a tu segundo intento, Bregalad.

para algo diferente FETs ok? Puedo usar Darlington