¿Puedo usar un condensador y un transistor para crear un circuito que apague automáticamente un LED después de un período de tiempo?

Tantas cosas mal con ese circuito, volvamos al principio.

El transistor es una válvula que permite que la corriente fluya a través de él desde el colector hasta el emisor (la flecha puntiaguda) cuando se inyecta corriente en la base... como se muestra a continuación.

Como tal, siempre que alimente corriente a la base, la corriente fluirá a través del transistor y, si el voltaje en la base es lo suficientemente alto, actuará como una especie de interruptor.

Cuando se enciende, la corriente puede fluir desde la batería a través del LED que la ilumina. El LED solo puede soportar tanta corriente o se quemará. La resistencia se incluye para limitar esa corriente a la cantidad nominal especificada por las especificaciones del fabricante.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Así que ahora tienes un circuito que encenderá un LED.

Ahora necesita manejar ese circuito con algo que lo encienda por un tiempo y luego lo apague. Ahora tu idea es hacer algo como esto.

^{simular este circuito}

La idea es que C1 tarde un tiempo en cargarse a través de la base limitada por la resistencia. De hecho, con los valores indicados, el transistor comenzará a apagarse alrededor de ocho segundos después de aplicar la alimentación.

Desafortunadamente, un capacitor de 1 mF es físicamente grande y costoso. La elección de la resistencia también afecta la corriente en el LED.

Una mejor solución para esta tarea es usar un dispositivo diferente como un MOSFET de canal N.

^{simular este circuito}

Un MOSFET está activado por voltaje, no por corriente. Esto desacopla efectivamente el lado de sincronización del lado de accionamiento. Eso significa que puede usar resistencias mucho más grandes y, por lo tanto, un condensador más pequeño para la sincronización sin afectar la corriente del LED.

Redibujemos el esquema. Creo que no entendiste bien la dirección convencional de la corriente o cómo se dibuja el diodo (cátodo y ánodo). La razón por la que estoy bastante seguro de que no entendiste algo así es porque de lo contrario obtuviste una descripción razonada por escrito. Así que tomemos su descripción y volvamos a dibujar el esquema.

Antes de hacer eso, hay algo más en lo que debe trabajar de inmediato. Y eso es aprender cuándo dibujar cables y cuándo no. El exceso de cableado a menudo no agrega nada para comprender un circuito, pero agrega "pequeños cables negros que van de aquí para allá" que en realidad pueden actuar para confundir en lugar de mejorar la lectura. Y hay orientación. Es posible que no comprenda este punto de inmediato, pero guárdelo para más tarde. Si solo mira un esquema como una imagen que reside en una hoja grande de papel, quiere que el flujo de corriente vaya de arriba (más positivo) a abajo (más negativo) y quiere que el flujo de señal vaya de izquierda (entradas) a derecho (salidas). En términos generales, estas reglas funcionan bien para ayudar a comunicar un esquema mejor que no seguirlas. (Por supuesto, hay casos de esquina o expresiones idiomáticas donde las reglas probablemente deberían romperse.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

1. La batería y/o la fuente de alimentación no son realmente necesarias porque la mayoría de nosotros simplemente podemos tomar nota de un voltaje de nodo y hacer la suposición correcta sobre la intención. Además, distribuir los cables solo para mostrar un riel de suministro y las conexiones de la línea de tierra es más para las personas que desean cablear un circuito que para las personas que desean analizar cómo funciona un circuito . Diferentes necesidades. Es una distracción, además. Aunque la mayoría aprende a superarlo rápidamente y llegar al meollo del asunto, con o sin todo eso, sigue siendo innecesario.
2. he mostrado$R_1$y$C_2$con corrientes que fluyen en la hoja hacia abajo. También podría haberlos mostrado horizontalmente. Ya sea que uno quiera ver esta pierna como una "señal" que debe fluir de izquierda a derecha, o como una conexión de circuito donde la corriente debe fluir de arriba a abajo, supongo que es una cuestión de lo que desea comunicar. Pero aquí decidí que no estamos hablando de "señal", sino más bien de las condiciones iniciales del circuito que conducen a las condiciones posteriores del circuito. Así que lo muestro de esta manera.
3. Tenga en cuenta que he dado por sentado que todavía quiere hablar de un$+9\:\textrm{V}$suministro y que necesitaba invertir las direcciones de las flechas, como es el caso hoy en día que la flecha de la unión PN del semiconductor apunta de más positivo a más negativo, cuando está activa.
4. He usado un transistor PNP para mantener la coherencia con el resto.

Suponiendo que el LED, cuando está encendido, cae aproximadamente$2\:\textrm{V}$(rojo), y si las condiciones iniciales para el condensador son cero voltios a través de él, entonces, sí...$R_1$suministrará corriente base al transistor PNP y lo activará. Esperaría una corriente base de aproximadamente:

Si$\beta\approx 200$entonces esto sugiere sobre$90\:\mu\textrm{A}$de corriente base. Multiplicado por$\beta+1$para obtener la corriente del emisor (con la esperanza de que el BJT esté activo y aún no esté saturado), obtengo una corriente del emisor de aproximadamente$18\:\textrm{mA}$. Esto sugiere una gota de$18\:\textrm{mA}\cdot 330\:\Omega\approx 6\:\textrm{V}$al otro lado de$R_2$. Así que esto significa sobre$9\:\textrm{V}-2\:\textrm{V}-6\:\textrm{V}=1\:\textrm{V}$en el emisor mismo y eso significa que$\vert V_{BE}\vert=1\:\textrm{V}$y que el BJT en realidad todavía está activo y aún no está saturado. Así nace mi suposición y puedo aplicar la$\beta$Supuse antes.

Esa es la condición inicial. A medida que el capacitor se carga, mientras escribe, actúa para oponerse al voltaje restante que queda disponible para suministrar la corriente base (vea la ecuación anterior y ahora también reste el voltaje del capacitor en el numerador) y la corriente del colector disminuye gradualmente con el tiempo, convirtiéndose finalmente en se extingue cuando el voltaje restante cae por debajo de la capacidad de mantener el BJT activo (útilmente, cuando cae por debajo de aproximadamente$550-600\:\textrm{mV}$.)

El período de tiempo, o$\tau$, será el valor del capacitor multiplicado por la resistencia asociada. En este caso, esta resistencia es "tal como la ve" el capacitor e incluirá ambas resistencias de esta manera:$R_2\cdot\left(\beta+1\right)+R_1$. Así que con tus valores y asumiendo$\beta=200$, entonces$\tau=1\:\textrm{mF}\cdot\left(\left(\beta+1\right)\cdot R_2+R_1\right)\approx 70\:\textrm{s}$. Que es bastante largo.

Los capacitores "bloquean" el flujo de voltaje de CC. Por lo tanto, sería difícil "encender" el transitor con una red en serie de condensadores de resistencia a la base. Mire la mitad de un cct multivibrador monoestable. El capacitor en la base se carga como una relación de carga de tiempo rc. Tan pronto como el voltaje de base supera el voltaje de "base requerida", el capacitor se descarga a través de la base hacia el emisor. El transistor pasa al estado de apagado. El valor práctico requerido para su proyecto tiene sus limitaciones en el valor de los componentes y el tamaño físico. La corriente LED requerida es un factor importante. Mire los circuitos que usan NE555 ic. Los disfrutarás. Infórmese sobre la región de agotamiento de la unión pn de los diodos N y los transistores. El transistor es como un componente que "transfiere resistencia" de una etapa a otra. Con la ley de ohmios en juego, todo el cambio, la amplificación analógica se vuelve obvia, incluidos los cambios de fase durante la amplificación. Podría escribir un artículo sobre eso, supongo. Para mentes curiosas...

TODO

El cct original funcionará (es un seguidor de emisor simple para quienes no lo saben), PERO como la tapa no puede descargarse durante otro ciclo, el LED permanecerá apagado hasta que se desconecte la alimentación y la tapa se descargue automáticamente debido a una fuga.

Sugiero que miremos las bajas impedancias. la impedancia Zm es función de la corriente. la corriente es igual a v/Zm. alternativamente, la corriente i = 3000sinwt. por lo tanto i=3000<0. un condensador es un dispositivo de dos terminales. las condiciones iniciales para un condensador están mirando la red exponencial para el dispositivo. el transistor amplifica las corrientes y el voltaje entre los dos dispositivos puede determinarse mediante el equivalente de thevenin.