¿Por qué la corriente no se divide entre el transistor y el LED en este circuito NO transistor?

tl; Versión dr: el Vce (encendido) del transistor es más bajo que el Vf del LED , por lo que cuando el transistor está encendido, el LED está muy por debajo de su umbral Vf y, por lo tanto, no conduce.

LED, Vf y Hue

El LED, como todos los diodos, tiene un voltaje directo de ánodo a cátodo, Vf. El LED no conducirá hasta que se alcance el umbral de Vf, después de lo cual la corriente sube rápidamente.

Este voltaje Vf varía según el tipo de LED, entre 1,1 V para un tipo de infrarrojos hasta 3 V más o menos para un LED azul o blanco. Estos diferentes umbrales de Vf provienen de los materiales utilizados para fabricar LED en diferentes colores. En comparación, los diodos de silicio ordinarios tienen un Vf de 0,7 V.

Aquí hay un bonito gráfico que muestra los diferentes comportamientos de Vf para una variedad de tipos de LED.

Desde aquí: http://lednique.com/current-voltage-relationships/iv-curves/

Unión bipolar, ¿cuál es su función?

El transistor bipolar, por otro lado, tendrá un voltaje colector-emisor mínimo, Vce, cuando se enciende, es decir, Vce (encendido). Este voltaje Vce (encendido) es de aproximadamente 0,2 V. La razón por la cual está más allá del alcance de esta discusión. Solo sé que lo es, de lo contrario, caeremos en la madriguera del conejo Ebers-Moll.

Bipolar me está arrastrando hacia abajo

Entonces, en este circuito, cuando el transistor está encendido, reduce el voltaje de ánodo a cátodo del LED al Vce (encendido) del transistor de 0,2 V, muy por debajo del Vf del LED de 1,1 V o más. Verá esto en el gráfico Vf anterior: 0,2 V está bien dentro de la zona sin corriente de todos los tipos de LED.

Como resultado, cuando el transistor está encendido, (casi) no hay flujo de corriente a través del LED. No se alcanza el umbral LED Vf, por lo que no conduce. Los electrones no encuentran su camino hacia los agujeros, no se emite ningún cuanto de energía en forma de fotones y el LED permanece oscuro.

La verdad matemática es que la corriente en realidad se dividirá entre el LED y el transistor, pero la corriente que fluye a través del LED será efectivamente cero.

El LED solo comienza a consumir una corriente significativa cuando el voltaje a través de él se acerca relativamente al Vf de funcionamiento normal (generalmente alrededor de 2-3 V para los LED de luz visible). El transistor cuando está saturado como en este ejemplo, tendrá tal vez 100 mV a través de él, por lo que probablemente fluirá menos de un nA de corriente.

El LED no se comporta como una resistencia, es no lineal .

Si mueve el colector del transistor al nodo de +9 V, el LED permanecerá encendido (suponiendo que haya un buen suministro de 9 V), pero el transistor se calentará mucho y se destruirá rápidamente.

Una idea más útil podría ser agregar una resistencia en serie con el colector de transistores. Si la resistencia tiene un valor lo suficientemente alto, la luz LED se atenuará y no se apagará por completo cuando se encienda el transistor.

Editar: Aquí hay una simulación de los distintos escenarios:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

D1 conduce solo 3nA según la simulación. D3 conduce lo mismo que D6 (pero el transistor Q3 no es largo para este mundo). D4 conduce solo 2,4 mA, por lo que se atenúa un poco pero permanece iluminado.

En términos generales, cuando el transistor está encendido, puede reemplazarlo con un trozo de cable... y el LED se desviará por completo. Entonces, toda la corriente fluirá (se desviará, dirigirá) a través del "cable". Puede quitar el LED y todos los elementos excepto la resistencia de colector de 1 k y la fuente de alimentación. Su circuito constará solo de dos elementos: la resistencia y la fuente de alimentación... y no hará nada.

Cuando el transistor está apagado, puede quitarlo (junto con la resistencia base de 1 k, el interruptor de entrada y la fuente de voltaje de entrada). Ahora su circuito constará de tres elementos: la resistencia, la fuente de alimentación y el LED que brillará.

En el caso común (transistor no ideal), piense en la parte colector-emisor conectada en paralelo y el LED como un divisor de corriente ... que solo consta de dos resistencias no lineales.

Otro punto de vista (creo que mejor) en esta conexión es pensar en la resistencia del colector (R1) y el transistor (R2) como un "divisor de voltaje" variable R1-R2 que alimenta el LED. Luego, cuando "R2" es demasiado bajo (el transistor está saturado), el voltaje producido por el "divisor de voltaje" no será suficiente para polarizar (encender) el LED ... como lo explican todos los comentarios aquí.

Puede usar los puntos de vista de "divisor de corriente" y "divisor de voltaje" para imaginar el funcionamiento de la etapa de emisor común. El primero es más adecuado cuando la carga es de baja resistividad (su caso); el último, cuando la carga es de alta resistencia (incluso en circuito abierto).

Hay otra forma de verlo, que implica observar las curvas características de las partes involucradas. Tal vez eso te ayude a descubrir qué está pasando.

Primero, calcule cuánta corriente de base habrá a través del transistor cuando esté encendido. La unión base-emisor tiene la curva característica de un diodo, por lo que debería poder calcular la corriente dibujando una línea de carga a través de la curva característica del diodo base-emisor (la línea de carga es una línea recta con la pendiente determinada por la resistencia base de 1k).

Luego, utilizando este valor de corriente base, seleccione la curva Ic vs. Uce correcta del transistor. Puede dibujar nuevamente una línea de carga a través de esta curva correspondiente a la resistencia de colector de 1k. De esta manera puedes encontrar el valor correcto de Uce, que es el voltaje entre el colector y el emisor.

Usando este voltaje, busque la corriente a través del LED para este voltaje, usando la curva característica del LED. (Esto no es del todo exacto, porque la corriente a través del LED afecta el voltaje a través de la resistencia del colector, pero le da una aproximación cercana).

Para las curvas características, es necesario consultar las hojas de datos de las piezas. Si desea conocer la solución en principio, elija algunas piezas ejemplares para las que puede encontrar hojas de datos con las curvas.

Encontrará que la corriente a través del LED es muy pequeña. Demasiado pequeño para una cantidad apreciable de luz emitida.

Probaré la respuesta del profano. Se puede considerar que su circuito tiene solo dos condiciones, cuando el transistor está encendido y el otro cuando está apagado. En el caso de ENCENDIDO, la resistencia del transistor cae muy bajo, y se puede considerar una pieza recta de alambre de cobre entre la tierra y la unión del diodo/resistencia (o si quiere ser matemático, entonces una resistencia de c1ohm). Por lo tanto, el voltaje de suministro en el diodo es muy bajo (como menos de 0.1 voltios), y muy por debajo del voltaje directo del diodo requerido para encenderse. Los diodos de cualquier forma requieren un voltaje directo de típicamente 0.4c a 1.2 voltios para comenzar a conducir. Este umbral de voltaje está definido por el tipo de transistores diseñados y el color de los efectos de los fotones/luz que emite.

En el caso de apagado, el transistor puede considerarse una resistencia de alto valor, y en el papel podría simplemente borrar este componente y revisarlo en función de lo que queda en el circuito. En este caso, el circuito se simplifica a un simple diodo en serie con una resistencia de 1k conectada a la fuente. El diodo ve el voltaje de suministro completo y se enciende. La resistencia de 1k es el único componente que limita la corriente a través del diodo, por lo que debe dimensionarse para garantizar que no se supere la corriente directa máxima de los diodos. 1k en 10v da 10mA, que es lo correcto para la mayoría de los LED típicos.

En cuanto a la respuesta de DNKguyens, se respondió de un par de maneras, primero, cuando el transistor absorbe el voltaje, no queda nada para fluir a través del LED, teóricamente jugando al abogado del diablo, sabemos que es probable que queden 0,7 voltios, lo cual es demasiado bajo ( especialmente) con la resistencia en serie con el led para que se active y se encienda o se encienda. Entonces, en resumen, el transistor en su diagrama corta toda la energía disponible al retorno a tierra que normalmente dispara, o activa el LED para encenderlo o hacer que emita luz. Ahora, otra cosa, al menos algunos, si no todos, los LED por debajo de los niveles de voltaje de emisión de luz actúan como un diodo de tipo 1n914 en la mayoría de los casos.

La puerta o el interruptor es el factor decisivo para que la corriente fluya en cualquier dirección. Cuando el interruptor está abierto, la base no recibe señal, por lo que el transistor está apagado y toda la corriente tiene que fluir a través del LED sin pasar por el transistor. Pero cuando el interruptor está cerrado, la base recibe un voltaje de polarización y comienza a conducir tanto que toda la corriente fluye a través del transistor y se conecta a tierra en el negativo de la batería, por lo que el voltaje del colector es aproximadamente el voltaje entre el colector y el emisor que no es suficiente para hacer que el LED brille aunque todavía esté conectado. Hay una forma de hacer que brille incluso cuando el interruptor o la puerta están cerrados y el transistor lo está conduciendo es haciendo uso de un divisor de voltaje.

La respuesta aquí plantea otra pregunta. En primer lugar, esto es solo un ejercicio mental o está tratando de hacer. ¿Trabajar? Si lo que estás haciendo es apagar y encender el led, esta es una mala forma de hacerlo, porque usa corriente todo el tiempo y genera calor residual. Ahora, si se le suministra una fuente de alimentación ilimitada, esto podría no ser un problema, aunque si su fuente de alimentación es una batería, esta es una historia completamente diferente, pero aún es una mala práctica de ingeniería usar el circuito que representa. Sería mucho más simple colocar el LED y la resistencia limitadora de corriente en la pata de retorno del transistor de conmutación, luego el voltaje de control simplemente enciende el transistor o no, por lo que el LED está apagado o no. Solo tendría que asegurarse de que el transistor de conmutación lleve suficiente corriente para alimentar el led. El control o la resistencia base dependerán de la potencia que tenga disponible para cambiar. La resistencia de entrada de energía depende de cuánto debe caer el voltaje de suministro para estar en el voltaje de trabajo correcto del transistor y el LED. Y, por supuesto, si usa un transistor de conmutación de canal N o P depende de que su voltaje de suministro sea positivo o negativo. Esto también determina en qué dirección miras tu diodo (led). La polaridad de los voltajes de conmutación debe provenir de su suministro o tendrá que ejecutarse a través de un inversor de algún tipo, ya sea otro interruptor de transistor simple o un circuito integrado inversor. Y, por supuesto, si usa un transistor de conmutación de canal N o P depende de que su voltaje de suministro sea positivo o negativo. Esto también determina en qué dirección miras tu diodo (led). La polaridad de los voltajes de conmutación debe provenir de su suministro o tendrá que ejecutarse a través de un inversor de algún tipo, ya sea otro interruptor de transistor simple o un circuito integrado inversor. Y, por supuesto, si usa un transistor de conmutación de canal N o P depende de que su voltaje de suministro sea positivo o negativo. Esto también determina en qué dirección miras tu diodo (led). La polaridad de los voltajes de conmutación debe provenir de su suministro o tendrá que ejecutarse a través de un inversor de algún tipo, ya sea otro interruptor de transistor simple o un circuito integrado inversor.