Voltaje de control usando transistor

No sé nada sobre transistores, excepto que pueden usarse como amplificadores simples. No sé cuál usar para mi proyecto.

Un puerto de arduino me daría voltios que van desde 0V-5V. Tengo un circuito externo, que consta de una batería de 12V y una matriz de LED. La matriz de LED se compone de 4 LED azules conectados en serie y cada uno tiene una clasificación de 3 V, 0,25 W. ¿Cómo hacer un circuito de transistor altamente eficiente, de modo que la caída de corriente máxima no exceda los 2V?

No parece que necesite un amplificador, parece que solo necesita un interruptor. Sin embargo, permítanme aclarar, ¿está tratando de encender y apagar los "4 LED azules conectados en serie" usando un pin en su Arduino? Cuando escribió "tal que la caída de corriente máxima no exceda los 2 V", ¿quiso decir que el interruptor del transistor no debe caer más de 2 V cuando la corriente completa de los LED fluye a través de él, o hay algo más que necesita?
Los LED se desvanecen y desaparecen. Sí, el transistor no debe caer más de 2V. Lo necesito de verdad. ¡Por favor ayuda!
Si tiene cuatro LED conectados en serie, cada uno de 3 voltios, "agotarán" todo el suministro de 12 voltios y no dejarán espacio para que funcione el transistor de conmutación. Probablemente necesitará usar dos cadenas en serie, con dos LED en cada una.
¿Los 12 V son fijos o podrían aumentarse a 15 V? ¿O 12V con solo 3 LED? ¿Cuál es el contexto de su proyecto?
¿Tiene una hoja de datos para esta matriz de LED? ¿Enlace?

Respuestas (3)

4 LED en serie, cada uno con una caída de 3 V no funcionará bien con una fuente de 12 V. Los LED están consumiendo todo el voltaje, por lo que no queda nada para que un interruptor caiga o algún mecanismo para asegurarse de que la corriente esté razonablemente regulada.

La batería de "12V" variará un poco dependiendo de la temperatura y el estado de carga. Los LED tienen una curva de corriente pronunciada en función del voltaje, por lo que un pequeño cambio en el voltaje de la batería provocará un cambio significativo en la corriente del LED.

Como máximo, puede hacer funcionar 3 de estos LED en serie con una batería de "12 V". Eso le da alrededor de 3 V a voltaje nominal para lo que sea que regule la caída de corriente. Aquí hay un circuito simple para una sola cadena de 3 LED controlados desde una salida digital de 5 V:

Esto configura a Q1 para que sea un sumidero de corriente en gran medida independiente del voltaje real de la batería. Usted dice que sus LED toman 250 mW a 3V. Eso significa que la corriente a través de ellos es de 83 mA. En este circuito, estamos tratando de mantener el emisor a 1 V, lo que generará la corriente correcta a través de R12, con el 98 % o más a través de los LED. El transistor hará esto en un amplio rango de voltaje de colector, que es como se mantiene la misma corriente independientemente de las variaciones de voltaje de la batería.

R2 y R3 son algo así como una conjetura. Probablemente tenga que modificar R3 para obtener la corriente de LED deseada. Sin embargo, una vez que encuentre el valor correcto con su transistor particular, esto debería funcionar bien. El problema es que la corriente base es lo suficientemente alta como para cargar el divisor de voltaje R3/R3, pero no podemos saber qué es lo que hay por adelantado para recortar R3.

Digamos que la ganancia del transistor es 50, que es el mínimo con el que debería poder contar. En ese caso la corriente base será de 1,7 mA. Como un comienzo aproximado para calcular R3, utilicé una corriente base de 1,5 mA. Calcule la caída de BE a 700 mV, por lo que queremos mantener la base a 1,7 V. Eso significa que 7 mA fluirán hacia el nodo base a través de R2. Con la base tomando 1,5 mA, eso deja 5,5 mA para que R3 dibuje. (1,7 V)/(5,5 mA) = 309 Ω, por lo que 300 Ω es un buen valor para comenzar y ver dónde se encuentra. Un valor más bajo de R3 causará una corriente de LED más baja.

Tenga en cuenta que este circuito asume que su salida digital puede generar 7 mA a 5V. Muchos pueden, pero debes verificar eso.

Agregado:

El objetivo del circuito anterior era impulsar la cantidad máxima de LED de una cadena y lidiar con la variación posiblemente significativa del voltaje de la batería. Si desea darse por vencido y solo obtener dos LED por cadena como lo han hecho otras respuestas, entonces esto se vuelve aún más simple:

Esto utiliza la menor cantidad de piezas, consume la menor cantidad de corriente de la salida digital y aún mantiene la corriente del LED razonablemente constante a medida que varía el voltaje de la batería. Tenga en cuenta que R1 debe tener al menos una resistencia de 1/2 vatio.

Esto utiliza la misma estrategia que antes, que mantiene la base del transistor a un voltaje fijo con una resistencia de emisor fija para crear un sumidero de corriente que es en gran medida independiente del voltaje de la batería. Con solo dos LED para controlar, tenemos suficiente voltaje para que el transistor caiga de modo que la base pueda mantenerse a 5 V. A diferencia de un interruptor de emisor común de fuerza bruta, la corriente extraída de la salida digital será la corriente del LED dividida por la ganancia del transistor, no una "ganancia forzada" reducida artificialmente, además de esto, regula activamente la corriente del LED como se señaló anteriormente. Suponiendo que puede contar con que el transistor tenga una ganancia de al menos 50, esto consume menos de 2 mA de la salida digital.

Replique para cada par de LED que desee controlar.

Ejecutar Q1 en corte o saturación con una resistencia de lastre adecuada desde el colector de Q1 a 12 V eliminará la necesidad de R1 y R3, permitirá que Q1 se aproxime más a un interruptor y eliminará por completo la necesidad de cualquier "ajuste". , LOL ;) Además, forzar una beta de 20 con Ic = 80 mA significa que la base solo necesita 4 mA para saturar el transistor, que prácticamente cualquier fuente de 5 V debería poder proporcionar. Entonces, aparentemente, dado que el OP quiere usar los cuatro LED en la matriz, ¿qué se debe hacer, con sensatez, con el último?
@EMFi: si está dispuesto a tener solo 2 LED en una cadena, esto se vuelve aún más simple Y tiene un mejor rendimiento Y consume menos corriente de la salida digital. Ver adición a mi respuesta. Además, su método tiene una corriente de colector de 160 mA, no 80, por lo que requiere 8 mA de la salida digital en una "beta forzada" de 20.
Y usa solo un transistor, por lo que se eliminan dos resistencias más, más el transistor adicional. Luego, dado que al transistor le sobra un montón de beta con Ic = 160 mA, y aumenta a medida que el transistor se calienta, forzándolo a una beta de 40 para obtener 4 mA en la base es sopa de pato. El uso de NMOS, por supuesto, eliminaría otra resistencia y haría discutible el argumento beta.
@EMFi: haces que suene como si una resistencia adicional o un transistor realmente importaran. Para conducir 4 LED, usaría dos transistores y dos resistencias. Usarías un transistor y tres resistencias. La misma cosa. Las partes más grandes serían las dos resistencias de potencia, de las cuales cada diseño usa dos. La misma cosa. No, no estás "eliminando dos resistencias más". Cuenta de nuevo.

Necesita tener algo de espacio libre, así que divida la matriz de 4 LED conectada en serie en una matriz de dos cadenas paralelas, como se muestra a continuación.

R1 y R2 disiparán alrededor de medio vatio cada uno, por lo que no estaría de más usar dos resistencias estándar de 150 ohmios con película de carbono al 5 % y 1/2 vatio en paralelo para cada cadena, cada par paralelo en serie con su cadena de LED.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Hago R1 y R2 de 75 ohmios, cada uno lleva 80 mA. Dado que bajan 6 voltios, su disipación de energía es 6 x 0,08 = 0,48 vatios, por lo que definitivamente se requieren resistencias de 1/2 vatio; 1 vatio podría ser mejor.

Parece que solo necesita un interruptor para encender y apagar los LED usando un pin Arduino, configurado como una salida digital. El comentario acerca de que un transistor es un amplificador parece ser una distracción.

Puede hacer esto de varias maneras. Puede usar un transistor MOSFET, BJT, Darlington o un IC.

El enfoque más simple podría ser usar un MOSFET de canal N:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Tus LED necesitan una corriente de:
I = 0.25W / 3V = 83mA

Los LED están en serie por lo que la misma corriente pasa a través de todos ellos. Elija un MOSFET que maneje al menos 2x o más de esa corriente para dar algo de margen.

Editar:
un MOSFET parece una resistencia controlada por voltaje. Su resistencia se llama Rds(on). Los MOSFET con Rds(on) muy por debajo de 0.1ohm están disponibles por menos de $1.

La caída de voltaje a través del drenaje de un MOSFET a la fuente (Vds), con una resistencia (Rds(on)) de 0.01ohm es:

V = IR = 0,083 A * 0,1 ohmios = 0,0083 V o 8,3 mV

Lo cual está muy por debajo de su objetivo de 2V.

La corriente MOSFET (ID) debe ser de 200 mA o más,
Vds de 20 V o más y
Vgs de 20 V o más (para estar seguro si comete un error de cableado)
Debe cambiar a 4,5 V Vgs (muchos cambian a 10 V Vgs), por lo que la forma más fácil de asegurarse de que el MOSFET tenga un Vgs lo suficientemente bajo es buscar
Rds (encendido), que debe establecerse en 4,5 V o menos.

La única desventaja significativa es que en su mayoría son dispositivos de montaje en superficie (SMD), lo que puede ser un inconveniente.

Un circuito muy similar funcionará con un NPN BJT, con la adición de una resistencia en su conexión base para limitar la corriente extraída del pin Arduino.

Tiendo a usar ULN2803, que son circuitos integrados que contienen 8 transistores Darlington. Cada uno es capaz de conmutar 150 mA y tiene una resistencia para limitar la corriente de base incorporada, por lo que es muy fácil de usar. Vienen en paquetes de plástico (DIP) Dual-In-Line (DIL), por lo que son fáciles de usar en una placa de prueba. La caída de tensión en estos transistores Darlington es de aproximadamente 1,3 V.

Editar:
la 'mejor' solución usaría una fuente de corriente constante y eliminaría R1. Mantendría la corriente constante incluso mientras cambia la temperatura. Podrías hacer eso a partir de componentes discretos.

(No puedo ver el circuito integrado que estoy buscando).

Como veo, los MOSFET habituales se activan solo a unos 4 voltios. ¿Hay algún MOSFET que se active a 1V más o menos?
@DamUnderscore: ¿por qué necesita "un MOSFET que se active a 1V más o menos"? La pregunta dice que el circuito será impulsado por un Arduino, que proporcionará un voltaje de conmutación cercano a los 5V. He agregado un poco más de detalle a mi respuesta para explicar la caída de voltaje en el MOSFET cuando está cambiando. Para un MOSFET modesto, encendido por un Arduino, la caída de voltaje cuando está encendido puede ser de 0,01 V en este circuito.
Esta solución no funcionará porque 12 V no son suficientes para hacer funcionar 4 LED cada uno con un voltaje directo de 3 V ( 3 V ⋅ 4 = 12 V ). Si el voltaje en los LED es el voltaje de suministro total, ¿cómo puede haber voltaje en R1 o en el transistor?
@PhilFrost: cambiaste tu comentario. "Esta solución no funcionará". Mi interpretación de la pregunta es que el OP ha solicitado un circuito para cambiar los 4 LED en serie, y el interruptor no debe caer más de 2V. No he visto nada más del OP. Estoy de acuerdo, necesitamos más información. Sigo asumiendo que el OP quiere 2V o menos a través del transistor y R1. El transistor cae menos de 10 mV, por lo que no creo que tenga un gran efecto en los LED. Una razón para la pregunta es que tienen la intención de pulsar los LED. Eso probablemente funcionaría sin una resistencia si el ciclo de trabajo es correcto.
@gbulmer Dadas las limitaciones en la cuestión de una batería de 12 V y cuatro LED en serie, cada uno con un voltaje directo de 3 V, lo que se necesita es exactamente 0 V caído en el transistor y cualquier resistencia, lo que significa que no puede tener ninguna regulación actual. Si coloca esos LED directamente en 12 V, entonces la corriente dependerá solo de la resistencia interna de los LED y la batería, los cuales son variables, pequeños y muy dependientes de la temperatura. Sin hacer algunas suposiciones realmente malas, ese circuito no funcionará. Lo más probable es que los LED se conviertan en humo o que sean muy tenues.
@PhilFrost: "lo que se necesita es exactamente 0 V caído en el transistor y cualquier resistencia". Esa no es la pregunta del OP. Pedí más información, el OP dijo "Los LED se desvanecen y desaparecen. Sí, el transistor no debe caer más de 2V". "la corriente dependerá solo de la resistencia interna de los LED y la batería", y la resistencia también. AFAICT, los requisitos se han cumplido con una elección adecuada de resistencia. Sin más información, sobre 24ohm. Es una pregunta inusual. Me gustaría más información también. En mi humilde opinión, el OP define los requisitos, tratamos de obtener claridad. PWM podría mantenerlos a salvo, sin humo.
@gbulmer De hecho, no es la pregunta del OP: es una ley física inevitable. Esta es una de esas preguntas en las que el OP ha especificado requisitos imposibles, y es su trabajo en la respuesta señalarlo.
@PhilFrost: supongo que sabe que algunos LED azules funcionan por debajo de 3V. Los Philips LUXEON Rebel tienen un voltaje directo típico de 2,9 V (azul real) o 2,95 V (azul) y son LED de alta potencia. Entonces, en mi humilde opinión, todavía no hay una "ley inevitable de la física" involucrada. Tenemos todos los comentarios escritos. En mi humilde opinión, necesitamos que el OP explique sus suposiciones. Hasta que tengamos el número de pieza o la especificación, o las suposiciones subyacentes, creo que es razonable actuar sobre la base de que el OP puede haber realizado su investigación y está haciendo esta pregunta. Cuando tenemos información, puedo arreglar mi respuesta donde está mal. ¿Bueno?
Voltaje de control usando transistor
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v