Por que um acionador de LEDs com um emissor comum?

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Eu já vi tutoriais voltados para iniciantes que sugerem a maneira de acionar um LED a partir de algo sem unidade atual suficiente:

esquemático A
(opção A)

mas por que não isso:

esquemático B
(opção B)

A opção B parece ter algumas vantagens sobre a opção A:

  • menos componentes
  • o transistor não satura, levando a um desligamento mais rápido
  • a corrente da base é bem utilizada no LED, em vez de aquecer o resistor da base

e as vantagens da opção A parecem ser poucas:

  • aproxima a carga do trilho de suprimento

mas quando Vcc é significativamente maior que a tensão direta do LED, isso dificilmente importa. Portanto, dadas essas vantagens, por que a opção A seria preferida? Algo que estou ignorando?

Phil Frost
fonte
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Esta é uma pergunta inválida porque se baseia em uma suposição defeituosa, ou pelo menos nenhuma evidência da premissa em que se baseia. Costumo colocar o LED na perna do emissor. Quando há tensão suficiente disponível, coloco o resistor no emissor e o LED no coletor. Isso faz com que a corrente caia, de modo que a tensão de alimentação não importe, desde que seja alta o suficiente para a tensão total e não tão alta para causar dissipação excessiva. É uma boa maneira de lidar com um suprimento que pode variar. Corrija e eu desfarei o -1.
Olin Lathrop
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@OlinLathrop Acho que vou fazer o backup do Phil aqui e dizer que não me lembro da última vez que vi um esquema on-line para um circuito de acionamento por LED que seguia um emissor. Para obter evidências completas, fazer uma pesquisa de imagens no Google por "esquema do driver de LED" gera uma combinação de soluções de emissor comum e modo comutador.
W5VO
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@ W5VO: Como eu disse, muitas vezes não faço dessa maneira. O que as pessoas aleatórias sugerem na internet não é muita evidência de algo útil. Perguntar por que um monte de pessoas desconhecidas estão postando um tipo específico de resposta não é realmente uma pergunta útil, mas acho que vou responder de qualquer maneira.
Olin Lathrop
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@OlinLathrop Você tem que escrever uma resposta por causa de este
Kortuk
Como um aparte, a maioria dos engenheiros elétricos não usaria um transistor de junção bipolar. Se você usar um MOSFET de canal N para alternar, todos esses problemas desaparecerão. Você pode colocar o resistor antes ou depois do LED, não importa.
Gregg

Respostas:

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Eu diria que há menos "pegadinhas" com a opção A. Eu recomendaria a opção A para pessoas com habilidades eletrônicas desconhecidas, porque não há muito que possa impedir o funcionamento. Para que a opção B seja viável, as seguintes condições devem ser verdadeiras:

  • VCCLED deve ser igual aVCCCONTROL
  • VCC deve ser maior queVfLED+VBE
  • É uma topologia exclusiva para dispositivos BJT

Essas condições não são tão universais quanto parecem à primeira vista. Por exemplo, com a primeira hipótese, isso exclui qualquer fonte de alimentação auxiliar para a carga separada da fonte de alimentação lógica. Ele também começa a restringir os valores de para um único LED quando você começa a falar sobre LEDs azuis ou brancos com > 3,0 V e um controlador executando um suprimento menor que 5,0 V. E acho que a outra coisa é que você pode realmente substitua o BJT na opção B por um MOSFET se você quiser eliminar essa corrente base.VCCVf

Além disso, é mais complicado (marginalmente, mas ainda assim) calcular sua resistência à carga. Com a opção A, você pode usar uma analogia como "considere o transistor para operar como um interruptor". Isso é fácil de entender e, em seguida, você pode usar equações familiares para calcular .Rload

Rload=VCCVfLEDILED

Compare isso com o que é necessário para a opção B e há o aumento marginal da dificuldade:

Rload=VCCVfLEDVBEILED


Junte isso ao fato de que as vantagens da opção B geralmente não são necessárias. Além da contagem reduzida de peças, a corrente base da opção A não deve aumentar o consumo de energia em mais de 10%, e os LEDs raramente são acionados (palpite qualitativo sem fundamento) com rapidez suficiente para que a saturação de BJT seja importante.

W5VO
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Se você incluir V_be em sua segunda equação, com toda a justiça, precisará incluir V_ce (sat) em sua primeira equação.
Dave Tweed
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@DaveTweed Claro, você ainda possui o Vce, mas na saturação ele pode ser menor que 0,1 V. A queda direta do LED ou da fonte de alimentação pode variar muito. Eu argumentaria que está no ruído do cálculo e pode ser ignorado com segurança. No entanto, o Vbe é significativo ao enfrentar LEDs Vf baixos (vermelho, IR) ou baixa voltagem da fonte de alimentação, porque é muito maior. Posso pensar em situações em que isso importaria, mas nenhuma em que um seguidor-emissor funcionaria também.
W5VO
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Não sei se você pode dizer que é exclusivo para BJTs - um MOSFET também funciona como seguidor de fontes, mas suponho que um BJT faça isso melhor, na maioria dos aspectos.
Phil Geada
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@ PhilFrost Talvez seja melhor dizer que é adequado exclusivamente a um BJT. Um MOSFET não forneceria o mesmo comportamento com a mesma configuração básica de entrada e topologia de circuito. Isso não quer dizer que você não poderia fazê-lo funcionar, mas não seria equivalente.
W5VO
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Uma variação ainda melhor na sua opção "B" é colocar o LED em série com o coletor, enquanto deixa o resistor em série com o emissor.

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Isso transforma o transistor em um coletor de corrente controlado, onde a corrente é determinada pela tensão de base, menos V BE , através do resistor. A voltagem básica normalmente vem de uma saída digital de um microcontrolador, que é alimentada por um regulador, de modo que seu valor é rigidamente controlado. Por exemplo, se você estiver usando lógica de 3,3V e tiver um resistor de 270Ω, obterá 10 mA agradáveis ​​através do LED.

O ânodo do LED (ou mesmo uma longa série de LEDs) é alimentado por uma tensão mais alta (que nem precisa ser regulada), e qualquer queda de tensão que não apareça no (s) LED (s) aparece no transistor.

Dave Tweed
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Suponho que estava pensando em casos em que há apenas uma fonte de + 5V disponível, mas esse é um bom ponto, quando uma tensão mais alta que a lógica está disponível. Suponho que se pode sempre adicionar resistência para a base para fazer um divisor de tensão, também, e têm o mesmo número de peças como opção A.
Phil Geada
@Dave Você poderia adicionar um esquema mostrando sua variação da opção "B"? Seria útil para o visual.
JYelton
@JYelton eu acabei de fazer. Espero que eu entendi direito.
Phil Geada
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A opção B exige que o sinal de controle seja aumentado para uma tensão mais alta que a tensão de queda do LED mais a tensão de queda da base / emissor. Se o seu driver de controle puder operar em uma tensão mais alta que a tensão de queda do LED mais a tensão de queda do transistor base / emissor, a opção B será válida.

A opção A, por outro lado, pode acionar facilmente qualquer tensão de queda do LED, supondo que seu trilho de suprimento seja alto o suficiente e você não atinja a tensão de ruptura da base / coletor.

Lembre-se também de que, se você pretende acionar vários LEDs em série, adicione todas as tensões de queda dos LEDs.

helloworld922
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Dada a capacidade limitada das saídas TTL de obter alta, a opção A era a mais segura na época. Que provavelmente foi quando os educadores de hoje eram aprendizagem ...
Brian Drummond
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A opção A é um interruptor ON / OFF puro. Quando o BJT está saturado, a corrente do LED depende basicamente de Vcc e R3; portanto, o LED terá um brilho constante.

A opção B é um "seguidor de emissor" e faz com que a corrente do LED dependa da tensão de entrada, pois VE seria Vin-0,7.

A opção B é boa se você deseja controlar a corrente e o brilho do LED. Mas na maioria das vezes, é melhor fazer com a opção A e um esquema PWM (mais preciso)

Joan
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Por que a opção B é menos adequada ao controle PWM? Eu diria que é mais adequado. Entre outras coisas, a opção B não exibe atraso de armazenamento .
Phil Geada
Phil, o atraso de armazenamento geralmente é insignificante em frequências PWM comuns, especialmente se o que queremos é controlar o brilho do LED, alguns kHz são bons. Segundo, um driver PWM é normalmente um microcontrolador que pode ser executado em 3V3 ou menos (já poucos em 5V). Você pode não ter voltagem suficiente para conduzir a configuração EF.
Joan
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Não estou convencido sobre sua suposição implícita de que a maneira usual é usar uma configuração de emissor comum. No entanto, vamos supor que isso seja verdade. Não vale a pena investigar os méritos das várias abordagens, já que essa não é sua pergunta.

Acho que o motivo é que a configuração comum do emissor é conceitualmente óbvia, e há pouco mais que isso. Lembre-se de quem escreve esse tipo de conselho que você "vê na internet em algum lugar". O cara que usa qualquer método que seja apropriado para o design em particular, sem que isso ocorra, esse é um problema que nem vai pensar em escrever uma página da web sobre como dirigir um LED. É a pessoa que passou apenas 2 dias descobrindo quais pernas do transitor são o coletor, o emissor e a base-da-ma-coisa, depois de uma semana fazendo com que o código do microcontrolador pisque o LED que orgulhosamente publicará o Looky me world, Eu fiz piscou-me um LED !!! Para essas pessoas, a configuração comum do emissor é a conceitualmente óbvia.

Emissor comum é uma espécie de caso de pôster de como usar um transistor bipolar. É mais óbvio como o transistor fornece amplificação. Para o novato, seguidor de emissor e, pior ainda, usar um bipolar como um coletor de corrente controlado, soa como conceitos avançados.

Olin Lathrop
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Você poderia substituir o segundo parágrafo por um (então terceiro) parágrafo que explica um pouco o que faz de um BJT um coletor de corrente controlado ? Isso tornaria sua resposta muito mais valiosa. Obrigado.
try-catch-finalmente
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@try: Isso seria sair do tópico da pergunta, e é por isso que um método é mais comumente "visto na internet".
Olin Lathrop