¿Por qué el LED D2 no está ENCENDIDO cuando el transistor está ENCENDIDO?

El LED D2 es verde y necesita unos 2,0 V para encenderse. El LED D1 es rojo y necesita alrededor de 1,6 V para encenderse.

Y cuando el transistor está encendido, tiene una caída de Vce de alrededor de 0,2 V.

Agregando las caídas de voltaje del transistor y el LED rojo D1, todavía es menos de lo que el LED verde D2 necesita para funcionar, por lo que no hay suficiente voltaje sobre el LED verde D2 para encenderse.

Los LED (todos los diodos) son dispositivos no lineales. Si observa una curva de voltaje-corriente, notará que la relación no es una línea recta como lo es con una resistencia:

A partir de 0V, a medida que aumenta el voltaje, no sucede mucho hasta que se alcanza el voltaje directo (Vf) del diodo. Después de ese punto, la corriente aumenta exponencialmente. Si hay demasiada corriente, el LED fallará.

Es por esta razón que se debe limitar la corriente a través de un LED. (Por ejemplo, con resistencias limitadoras de corriente).

El punto Vf para los LED difiere. Incluso para dos LED idénticos, este punto puede ser ligeramente diferente debido a las tolerancias de fabricación. El que tiene un Vf ligeramente más bajo inevitablemente tendrá una corriente más alta. A largo plazo, el que tiene mayor corriente fallará antes que el otro y comenzará una falla en cascada.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

En el esquema anterior, imagine que los LED tienen un Vf de 2V. La corriente deseada a través de ellos es de 20mA. Si caen 2V, entonces eso deja 3V para caer a través de una resistencia. La corriente a través de los LED en paralelo se combinará en la resistencia, por lo que se calculan 75 Ω para limitar la corriente a 40 mA.

En este escenario, podría darse el caso de que D2 tenga un Vf ligeramente inferior y, de hecho, reciba más de su máximo de 20 mA. Si bien esto podría no causar ningún daño aparente a corto plazo, la corriente sostenida que exceda su límite eventualmente hará que falle. Cuando eso suceda, D1 "verá" todos los 40 mA y fallará mucho más rápido.

^{simular este circuito}

Esta es una mejor manera de limitar la corriente a dos LED. Si D2 falla por cualquier motivo, R1 aún limitará la corriente para D1 de manera adecuada.

Este efecto debería ser aún más evidente cuando tiene dos diodos diferentes , donde el Vf es mucho menos similar entre ellos. En paralelo, el diodo con el Vf más bajo conducirá más fácilmente y la corriente a través de él aumentará rápidamente.

Imagine que, en su esquema, D1 Vf es 1.8V y D2 Vf es 2.1V. (La resistencia de activación de Q1 no será 0, pero para simplificar la trataremos como tal). Con 5 V aplicados, D1 caerá 1,8 V. R2 tendrá 3,2 V a través de él y limitará la corriente a 14,5 mA. Suponiendo que 14,5 mA no sea un problema para D1, se encenderá. Sin embargo, el voltaje "visto" por D2 es solo 1.8, lo cual no es suficiente para que se encienda.

Si aumenta el voltaje, efectivamente solo aumenta la corriente a través de D1, ¿por qué? Porque todavía tiene un Vf de 1.8. Imagine que aumentó el voltaje de suministro a 10 voltios. R2 ahora tendrá 8.2V a través de él, limitando la corriente a 37mA. Si la corriente máxima de D1 es de 20 mA, muy pronto fallará. Una vez que eso suceda, el voltaje aumentará a los 2,1 V necesarios para encender D2. Ahora el voltaje a través de R2 será de 7,9 V y la corriente cambiará ligeramente a 36 mA. Si la corriente máxima de D2 es de 20 mA, bueno, puede ver que también falla.

Esta es una simplificación excesiva, pero con suerte demostrará por qué los LED en paralelo se comportan de la forma en que lo hacen.

¿Hubo una especificación para la caída de voltaje de los LED y las curvas/ganancia del transistor? Los necesitará para analizar completamente el circuito.

Pero, en general, cuando el transistor está saturado, el voltaje en D1 será aproximadamente 0,2 V más bajo que en D2 (la Vce en la saturación). Entonces, a menos que los LED sean diferentes, no veo cómo D2 estaría apagado.

Los LED son como Zeners y debe haber suficiente diferencia de voltaje para que esto funcione como se espera al alternar D1, D2.

Planteamiento del problema

Cuando el transistor cambia a "ENCENDIDO", el colector debe caer más de un 25% por debajo de cuando D1 estaba "APAGADO" para que D2 se "APAGUE" por completo y encienda "ENCENDIDO" D1. Aquí ambos estaban encendidos al mismo tiempo, por lo que se utilizó el "tipo" incorrecto de LED.

El ROJO y el AMARILLO tienen aproximadamente el mismo voltaje y no son muy diferentes del viejo GaP Green, por lo que no funcionará bien.

Los LED de tecnología antigua de 30 años usaban GaAs y GaP , que eran muy tenues en comparación con los actuales, que tienen un voltaje más alto para el verde, el azul y el blanco, pero hasta 1000 veces más brillantes.

LED ultrabrillantes que, debido al cambio en la química, y un sustrato transparente con un reflector, funcionan a 2,1 o 3,1 V con una amplia tolerancia según la calidad y la corriente. Pero esta diferencia de 1V hace que este circuito funcione con los diferentes LED correctos .

para LED de 5 mm Rnd o 2020 SMD a 10 mA

Blanco, azul, verde, 3 V nominales, se enciende en el colector
Rojo, amarillo 2 V nominales, se enciende en el emisor

Por lo tanto, el transistor aquí necesita tratar de absorber toda la corriente que está consumiendo D2, y esto significa una caída de voltaje de 3 a 2 V para apagar D2.

Prueba por simulación

Aquí ofrecí una onda sinusoidal centrada en 2,5 V CC y un control deslizante sinusoidal de entrada de 0 a 2,5 V para que la entrada pueda oscilar de 0 a 5 V para que pueda ver la transición sin problemas.