O circuito que você mostra deve funcionar, mas é desnecessariamente complicado e caro. Aqui está algo mais simples e mais barato:
Praticamente qualquer transistor NPN pequeno que você encontrar funcionará nessa função. Se a queda BE do transistor for 700 mV, o LED cai 2,0 V, e haverá 600 mV em R1 quando o LED estiver aceso. Neste exemplo, isso permitirá que 17 mA fluam através do LED. Aumente o resistor se você puder tolerar pouca luz do LED e desejar economizar energia.
Outra vantagem deste circuito é que o coletor do transistor pode ser conectado a algo maior que 3,3 V. Isso não altera a corrente através do LED, apenas a queda de tensão no transistor e, portanto, o quanto ele se dissipa. Isso pode ser útil se os 3,3 V forem provenientes de um pequeno regulador e a corrente do LED adicionar uma carga significativa. Nesse caso, conecte o coletor à tensão não regulada. O transistor em vigor torna-se o regulador apenas para o LED, e a corrente do LED virá da fonte não regulamentada e não consumirá o orçamento de corrente limitado do regulador de 3,3 V.
Adicionado:
Vejo que há alguma confusão sobre como esse circuito funciona e por que não há resistor de base.
O transistor está sendo usado na configuração do seguidor de emissor para fornecer ganho de corrente, não ganho de tensão. A voltagem da saída digital é suficiente para acionar o LED, mas não pode fornecer corrente suficiente. É por isso que o ganho de corrente é útil, mas o ganho de tensão não é necessário.
Vejamos este circuito, assumindo que a queda de BE seja fixa em 700 mV, a tensão de saturação CE é de 200 mV e o ganho é 20. Esses são valores razoáveis, exceto que o ganho é baixo. Estou usando um baixo ganho deliberadamente por enquanto, porque veremos mais tarde que apenas um ganho mínimo é necessário do transistor. Este circuito funciona bem desde que o ganho esteja em qualquer lugar desse valor mínimo até a inifinidade. Então, analisaremos o ganho irrealisticamente baixo de 20 para um pequeno transistor de sinal. Se tudo funcionar bem com isso, estamos bem com quaisquer transistores de sinal pequenos reais que você encontrará. O 2N4401 que mostrei pode contar com um ganho de cerca de 50 neste caso, por exemplo.
A primeira coisa a notar é que o transistor não pode saturar neste circuito. Como a base é direcionada para no máximo 3,3 V, o emissor nunca é superior a 2,6 V devido à queda de 700 mV BE. Isso significa que sempre há um mínimo de 700 mV em toda a CE, o que está bem acima do nível de saturação de 200 mV.
Como o transistor está sempre na região "linear", sabemos que a corrente do coletor é a corrente base vezes o ganho. A corrente do emissor é a soma dessas duas correntes. A razão emissor / corrente base é, portanto, ganho + 1 ou 21 em nosso exemplo.
Para calcular as várias correntes, é mais fácil começar com o emissor e usar os relacionamentos acima para obter as outras correntes. Quando a saída digital é de 3,3 V, o emissor é 700 mV a menos ou a 2,6 V. O LED é conhecido por diminuir 2,0 V, de modo que deixa 600 mV em R1. Da lei de Ohms: 600mV / 36Ω = 16,7mA. Isso acenderá bem o LED, mas deixará uma pequena margem para não exceder o máximo de 20 mA. Como a corrente do emissor é 16,7 mA, a corrente base deve ser 16,7 mA / 21 = 790 µA e a corrente do coletor 16,7 mA - 790 µA = 15,9 mA. A saída digital pode gerar até 4 mA, por isso estamos dentro das especificações e nem sequer a carregamos significativamente.
O efeito líquido é que a tensão base controla a tensão do emissor, mas o trabalho pesado para fornecer a corrente do emissor é feito pelo transistor, não pela saída digital. A proporção de quanto da corrente do LED (corrente do emissor) vem do coletor em comparação com a base é o ganho do transistor. No exemplo acima, esse ganho foi 20. Para cada 21 partes de corrente através do LED, 1 parte vem da saída digital e 20 partes da alimentação de 3,3 V através do coletor do transistor.
O que aconteceria se o ganho fosse maior? Menos ainda da corrente geral do LED viria da base. Com um ganho de 20, 20/21 = 95,2% vem do coletor. Com um ganho de 50, é 50/51 = 98,0%. Com ganho infinito, é 100%. É por isso que esse circuito é realmente muito tolerante à variação de peças. Se 95% ou 99,9% da corrente do LED vem da fonte de 3,3 V através do coletor, não importa. A carga na saída digital mudará, mas em todos os casos ela estará bem abaixo do máximo, portanto isso não importa. A tensão do emissor é a mesma em todos os casos; portanto, o LED verá a mesma corrente, independentemente de o transistor ter um ganho de 20, 50, 200 ou mais.
Outra vantagem sutil deste circuito que mencionei antes é que o coletor não precisa estar ligado à fonte de 3,3 V. Como as coisas mudam se o coletor estiver vinculado a 5 V, por exemplo? Nada do LED ou do ponto de vista da saída digital. Lembre-se de que a tensão do emissor é uma função da tensão de base. A tensão do coletor não importa, desde que seja alta o suficiente para manter o transistor fora da saturação, o que já era de 3,3 V. A única diferença será a queda de CE através do transistor. Isso aumentará a dissipação de energia do transistor, que na maioria dos casos será o fator limitante da tensão máxima do coletor. Digamos que o transistor possa dissipar com segurança 150 mW. Com a corrente do coletor de 16,7 mA, podemos calcular a tensão do coletor para o emissor para causar uma dissipação de 150 mW:
Isso significa que, neste exemplo, podemos amarrar o coletor a qualquer fonte útil de 3,3V a 11,6 V. Ele nem precisa ser regulado. Poderia flutuar ativamente em qualquer lugar dentro desse intervalo e a corrente do LED permaneceria bem estável. Isso pode ser útil, por exemplo, se os 3,3 V forem feitos por um regulador com pouca capacidade de corrente e a maior parte já estiver alocada. Se estiver funcionando com uma fonte de aproximadamente 5 V, por exemplo, esse circuito poderá obter a maior parte da corrente de LED dessa fonte de 5 V , mantendo a corrente de LED bem regulada . E esse circuito é muito tolerante às variações de peças do transistor. Enquanto o transistor tiver algum ganho mínimo, que está bem abaixo do que a maioria dos transistores de sinal pequenos fornece, o circuito funcionará bem.
Uma das lições aqui é pensar em como um circuito realmente funciona. Não há lugar na engenharia para reações instintivas ou superstições, como sempre colocar um resistor em série com a base. Coloque um lá quando for necessário, mas observe que nem sempre é, como esse circuito mostra.
Hoje, muitos LEDs são muito brilhantes e se saem bem a partir de 4mA ou menos e isso poupará os componentes externos extras. Os LEDs que normalmente uso funcionam perfeitamente bem (para minha aplicação) a 1mA!
Basta colocar um resistor em série com o LED, grande o suficiente para limitar a corrente. Verifique se você não excede a corrente máxima de todo o dispositivo, ela está especificada na ficha técnica.
Portanto, verifique se o seu LED está brilhante o suficiente diretamente conectado ao pino GPIO com um resistor em série:
Arredonde esse valor até o próximo valor E12 para 330Ω lado seguro.
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Sei que sua pergunta era sobre componentes discretos, mas acho que, no caso geral, é melhor você procurar um buffer ou driver de linha baseado em IC. Por exemplo, o ULN2803 é um buffer octal (8 E / S) e extrai menos de 2 mA dos pinos do GPIO, mas pode gerar até 500 mA por saída. (É invertendo a lógica, seu código precisa levar isso em consideração). Obviamente, você gostaria de usar resistores limitadores de corrente para seus LEDs.
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Comentando o esquema proposto no post original:
Usar um transistor NMOS FET discreto como esse como um comutador seria bom.
Nota: Normalmente o ânodo do LED está ligado à alimentação e o resistor está em série com o cátodo; isso pode melhorar o tempo de comutação, reduzindo a quantidade de capacitância no circuito que deve ser carregada / descarregada ao alternar, pois a tensão do cátodo "entrará em colapso" para a tensão do ânodo quando desligada.
Como outro pôster mencionado, se a corrente necessária pelo LED for baixa o suficiente, você poderá usar o GPIO diretamente. No modo de dreno aberto, é idêntico ao comportamento de um FET externo (mas invertido). Mas eu não recomendaria executar uma porta uC a mais de 1mA por um longo tempo; o IC pode não ter sido projetado para grandes correntes constantes como essa (pode haver problemas de eletromigração ou autoaquecimento).
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