Transistores en una tira de LED PCB

Aquí está el esquema dibujado de una manera que puede ser un poco más comprensible:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Los LED se colocan en una cadena en serie en el colector de$Q_1$. Esto garantiza que las corrientes en los tres LED sean idénticas ya que debe fluir a través de cada uno de ellos en serie. Un colector BJT funciona de manera muy similar a una "fuente/sumidero de corriente", por lo que el colector de$Q_1$ajustará su voltaje a lo que sea necesario para hacer que fluya una corriente específica. El resto del circuito se trata de configurar este$I_{LED}$actual.

Para lograr eso,$Q_1$necesita una fuente de corriente base.$R_2$suministra esto.$R_2$Sin embargo , debe organizarse para proporcionar más de lo que se necesita. Porque si fuera menos, todo el asunto no funcionaría. Y si fuera correcto , entonces dependería de conocer todos los detalles exactos y precisos de todas las partes. Eso significaría probar todos y cada uno de ellos y calibrarlos. Y luego con la esperanza de que no se desviaran con el tiempo o la temperatura. Entonces la corriente en$R_2$siempre debe organizarse para que sea mucho más , de modo que un circuito adicional pueda proporcionar cierto control y hacerlo independientemente de las variaciones y la temperatura de la pieza.

ese es el proposito de$Q_2$. Al colocar una resistencia de valor pequeño en la pata del emisor de$Q_1$, toda la corriente del LED ahora también tiene que fluir a través$R_1$. Esta corriente crea una caída de voltaje a través$R_1$. Al colocar el$V_{BE}$de$Q_2$a través de esto también, ahora$Q_2$ahora proporcionará alguna acción aquí.

Supongamos que la corriente del LED es demasiado grande. Esto significa que la corriente en$R_1$ahora provoca una caída de tensión que supera con creces la$V_{BE}$de$Q_2$, también. Lo que significa$Q_2$se mueve inmediata y rápidamente hacia la saturación al reducir con fuerza su voltaje de colector. Y esto también significa tirar hacia abajo en la base de$Q_1$. Hacer eso, por supuesto, hace que el voltaje del emisor de$Q_1$para moverse también hacia abajo. Y esto reduce la corriente en$R_1$volver a un valor cuerdo trayendo$Q_2$de vuelta a un lugar más cómodo y deteniendo nuevos intentos de bajar el colector.

En resumen, esto configura$I_{SET}=\frac{V_{BE}}{R_1}\approx 150 \:\text{mA}$. Esa corriente tiene que venir de$Q_1$el coleccionista de Entonces$Q_1$ajusta su voltaje de colector según sea necesario para lograrlo. Y los LED también experimentan esa corriente, ahora.

Mientras tanto,$Q_2$está hundiendo algo de corriente. Dado que el valor del voltaje en la base de$Q_1$es$V=2\cdot V_{BE}\approx 1.5-1.6\:\text{V}$, podemos esperar que la corriente en$R_2$ser$I_{R_2}=\frac{12\:\text{V}-1.6\:\text{V}}{4.7\:\text{k}\Omega}\approx 2.2\:\text{mA}$. Si el$\beta$de$Q_1$se puede contar con ser al menos$\beta=100$entonces esto significa sobre$1.5\:\text{mA}$entra en la base de$Q_1$, dejando sobre$700\:\mu\text{A}$para el coleccionista de$Q_2$.

Como veo esto ahora mismo, siento que esto podría considerarse un poco tímido para$Q_2$colector de corriente. Pero tal vez estaban considerando la disipación y el poder aquí (vea también la nota agregada a continuación). Así que manteniendo esto un poco más ajustado (más cerca de las necesidades de$Q_1$) podría haber tenido algún sentido en este contexto. Mientras haya suficiente extra aquí para que$Q_2$siempre funcionará bien independientemente de los BJT específicos que se apliquen.

Todavía existe el riesgo de que sobre todas las piezas que compran eso$\beta \ge 100$para$Q_1$. En un circuito como este, probablemente me gustaría ver el análisis en todas las variaciones razonables de$\beta$y$I_{SAT}$para los BJT y luego hacer simulaciones en una amplia gama de temperaturas ambientales y de funcionamiento. Los propios LED también experimentan variaciones en cuanto a su propia caída de tensión, con cambios de temperatura, al igual que los BJT. Y esto puede significar un aumento$V_{CE}$para$Q_1$, lo que conduce a una mayor disipación con$Q_1$, cambiándolo en efecto de los LED a$Q_1$. Todos los casos límite deberían haber sido examinados.

El BC847, en particular, probablemente no sea una buena elección. Si miras el$\beta$curvas para él, prácticamente comienza a tocar por encima de algunas decenas de miliamperios. Para cuando llegues$150\:\text{mA}$, las curvas típicas están mostrando quizás$\beta=50$o un poco menos (sobre temp.) La variación de partes significará que probablemente no pueda contar con más de$\beta=35$más o menos, en estas corrientes.

Y eso es un problema. Porque entonces$R_2$será la limitación y las corrientes de LED probablemente se limitarán a aproximadamente$80\:\text{mA}$en algunos casos. También, entonces$Q_2$no esta haciendo nada Así que ya no hay control.

Entonces esto me hace pensar que$Q_2$¿Hay más como protección contra sobrecorriente en los casos en que obtienen BC847 "buenos" con demasiado$\beta$y que de lo contrario no les importa. Una especie de cosa de seguridad, en lugar de una cosa de control. Oh bien.

Además de la pregunta anterior sobre el diseño, la temperatura es probablemente una preocupación principal para un circuito como este. El$V_{BE}$de un BJT variará, perdiendo alrededor$2\:\text{mV}$por cada grado centígrado de aumento de la temperatura. Con estas corrientes, puede estar bastante seguro de que habrá mucha disipación aquí y, por lo tanto, la temperatura aumentará.

como el$V_{BE}$disminuye, la corriente del LED también disminuye con este circuito. Entonces, los aumentos de temperatura tendrán el efecto de disminuir la corriente y, por lo tanto, también la disipación. En esta aplicación, donde una corriente de precisión no es el objetivo, este comportamiento particular es realmente una buena idea porque significa que el circuito con el tiempo encontrará un equilibrio y se estabilizará. Buena cosa.

Su esquema es correcto. Los transistores forman una fuente de corriente constante.

Wikipedia enumera el esquema en su artículo "Fuente de corriente" en "Fuente de corriente constante con compensación térmica".