Valores de resistencia de circuito PNP y NPN

Regulación de resistencia

Su esquema dibujado (no sus valores propuestos) es lo suficientemente bueno. La regulación es más o menos así:

En este caso, tienes cuatro$2\:\text{V}$LED, entonces$V_{_\text{LED}}=8\:\text{V}$en la ecuación anterior. Esto significa que obtendría un cambio de -5% en la corriente por un cambio de +10% en el voltaje del LED sumado. Y eso es probablemente adecuado. Por eso dije que estaba bien como estaba.

Sin embargo, si desea intercambiar cuatro blancos$3.3\:\text{V}$LED ahora, entonces este es un cambio de +65% y debe esperar un cambio de -33% en la corriente del LED. Así que no es tan bueno, en ese sentido. Tendrías que volver a calcular$R_8$y reemplazarlo.

Valores esquemáticos y escritos dibujados

Estos funcionan bien. Su$R_5$y$R_7$termina siendo un divisor de voltaje de resistencia con$R_{_\text{TH}}\approx 910\:\Omega$y$V_{_\text{TH}}\approx 21.8\:\text{V}$. Dar el emisor en$24\:\text{V}$y un estimado$\mid V_{_\text{BE}}\mid\approx 750\:\text{mV}$, la corriente base es$\frac{24\:\text{V}-21.8\:\text{V}-750\:\text{mV}}{910\:\Omega}\approx 1.6\:\text{mA}$. Y eso es más que suficiente para una corriente de colector de$20\:\text{mA}$.

Sus reemplazos por escrito serían$R_{_\text{TH}}\approx 910\:\Omega$y$V_{_\text{TH}}\approx 2.2\:\text{V}$(tal vez un poco más alto dependiendo del voltaje de saturación BJT del controlador de pines de E / S). Esto significaría una gran cantidad de corriente base, mucho más de lo necesario. Y requeriría un mayor cumplimiento de la corriente de la unidad base de su pin de E/S.

puede funcionar Pero no veo la necesidad de ir allí.

Enfoque de regulación actual

Si está interesado en algo que funcione correctamente independientemente del tipo de LED, intente esto:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Puede sustituir casi cualquier tipo de LED allí, mezclar o combinar. No importa Y no necesitará volver a calcular y reemplazar una resistencia si cambia los tipos de LED.

Aumentaría R5 a 10 K. Su función es asegurar un apagado nítido de Q3. Para hacer eso, no tiene que ser un valor tan bajo. Ese valor bajo desvía la corriente lejos de la unión base-emisor, disminuyendo la "firmeza" de la saturación de Q3.

Aparte de eso, todo bien.

ACTUALIZAR:

4574 menciona una corriente "requerida" en R5, pero no justifica esta idea. Y, francamente, no sé de qué está hablando.

Cuando Q4 está apagado, todavía hay una corriente de fuga muy pequeña a través de él. R5 evita que esta corriente pase por la unión base-emisor Q3. Tenga en cuenta que Q4 y Q5 se combinan para una posible ganancia de más de 10 000. Eso es suficiente para que corrientes muy muy pequeñas realmente hagan algo.

Además, sus matemáticas admiten algo llamado "polarización colgante", donde las resistencias se eligen en función de la corriente mínima requerida para el comienzo de la saturación. Esta es la peor manera de diseñar un interruptor saturado. El problema es que la ganancia de bucle abierto de un transistor varía significativamente con la temperatura, la antigüedad, la corriente del colector y de una parte a otra con las variaciones del proceso de producción.

La regla general estándar para un transistor que actúa como un interruptor saturado es que la corriente base sea 1/10 de la corriente del colector conmutado. Entonces, para una corriente LED de 20 mA, desea una corriente base de 2 mA en Q3. Esta es la corriente de colector en Q4, por lo que su corriente base quiere estar alrededor de 200 uA. Con estos valores actuales y un Vbe genérico de 0,6 V, puedes calcular R6 y R7.

La regla proviene de la década de 1950, cuando los transistores tenían una ganancia mucho menor y una fuga más alta, por lo que creo que es un poco torpe para los componentes de hoy, por lo que veo esos cálculos como las corrientes máximas necesarias. Aún así, es un punto de partida bien entendido.

A partir de aquí entran otros factores. Hacer que las tres resistencias tengan el mismo valor es un beneficio en un entorno de producción: costos de compra e inventario más bajos, menos tiempo de configuración para los robots de colocación o menos errores si se colocan manualmente, etc. una relación de 1:20 en lugar de 1:10 ahorra corriente sin afectar notablemente el voltaje en Q3 cuando está encendido (Vcesat). Tenga en cuenta que Q4 solo impulsa Q3, no la carga, por lo que no tiene que estar saturado de super-ultra-maravilla.

Volviendo a R5: un buen punto de partida es que es 10x R7. Sin embargo, cuanto más grande sea, más lentamente se apagará el Q3. No sabemos qué están haciendo los LED o si su tiempo de apagado es crítico, por lo que esto podría no ser un problema. De manera similar, R6 afecta los tiempos de encendido y apagado de Q4. Un valor grande para R6 podría ser excelente para ahorrar energía y funcionar bien para las corrientes en el circuito, pero puede ser perjudicial para el rendimiento de conmutación. La vida es elección.

Los valores originales funcionarán bien.

Si los LED están rojos (en el peor de los casos), su voltaje directo será de aproximadamente 2 voltios. Si Q3 está completamente encendido, con una caída de voltaje insignificante, los LED caerán 8 voltios, dejando 16 voltios en R8. Dado que R8 es de 800 ohmios, la corriente del LED y la corriente del colector Q3 serán de 20 mA.

Cuando se usa como un interruptor, un buen objetivo de diseño asumirá una ganancia de 10. 20 a menudo funcionará, pero 10 es un buen número conservador sólido. Esto significa que la corriente base de Q3 debería ser de unos 2 mA. Si Q4 está completamente encendido, obtendrá alrededor de 2,3 mA a través de R7 (23 voltios divididos por 10k), por lo que R7 debería funcionar bien.

Esto, a su vez, significa que la corriente base para Q4 debe ser de al menos 0,2 mA (ganancia de 10, ¿recuerdas?). Suponiendo una caída de aproximadamente 1 voltio en la unión base-emisor de Q4, eso deja 4 voltios en R6, para una corriente base de 0,4 mA, que es el doble de lo que necesita.

¿Sería mejor su propuesta de cambios? Definir mejor. 20 mA de la unidad base encenderán Q3 con más fuerza, pero el cambio en el voltaje del colector-emisor simplemente no cambiará mucho: ya está encendido con fuerza. La disipación de potencia en R7 pasará de aproximadamente 0,05 vatios a 0,5 vatios, y eso requerirá una resistencia más fuerte para manejar la potencia.

La corriente requerida del puerto IO aumentará de aproximadamente 0,4 mA a 4 mA. Hasta donde yo sé, esto está dentro de las capacidades de un pin PIC GPIO.

Espero que sus cambios propuestos funcionen, pero no veo cómo ganará algo al hacerlos, y aumentará los niveles actuales asociados con el controlador. Francamente, no veo ninguna ventaja práctica.

Los valores que tiene parecen funcionar.

Suponiendo que el transistor 2N2907 se satura a aproximadamente 0,4 V VCE, entonces la corriente a través de los LED es de aproximadamente...

(24V - 0,4V - 4*2V) / 800 ohmios = 19,5mA.

Entonces, R8 = 800 ohmios es lo correcto para 20 mA.

En el rango en el que lo está utilizando, el 2N2907 tiene una ganancia de aproximadamente 100. Para obtener 19,5 mA del colector, necesitará 19,5 mA / 100 = 195 uA de corriente base.

(VER HOJA DE DATOS 2N2907)
https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/p2n2907a-d.pdf

Si el voltaje del emisor base de Q3 es de aproximadamente 0,6 V, entonces tiene otros 600 uA de corriente requerida que debe fluir en R7 para encender el Q3.

El voltaje de saturación en el 2N2222 probablemente será inferior a 0,3 V en el rango en el que lo está operando.

(24V - 0.6V - 0.4V) / (600uA + 195uA) = 29K ohmios

Cualquier valor inferior a 29K ohms funcionará bien para R7. Elegir algo un poco más pequeño ofrece cierto margen de seguridad. Su valor de R7 = 10K probablemente sea una buena elección con R5 = 1K.

Pero tenga en cuenta que si R5 se aumentara a 10K ohmios, entonces la corriente requerida de R5 R7 se reduce a 255uA y probablemente podría usar una resistencia de 49.9K para R7, lo que ahorraría 50mW más o menos. Puede que no parezca mucho, pero es una ganancia de eficiencia del 10% en este circuito.

R6 = 10K es una buena opción, pero R6=100K también funcionaría bien y ahorraría 1 o 2 mW de energía.