Frage:
Kann ich mit einem Kondensator und einem Transistor eine Schaltung erstellen, die nach einiger Zeit automatisch eine LED ausschaltet?
sdmtr
2017-04-24 21:14:55 UTC
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Ich bin extrem neu in der Elektronik und finde, dass ich Dinge besser lerne, wenn ich physikalische Beispiele zu untersuchen habe. Ich versuche zu verstehen, wie Kondensatoren und Transistoren auf praktischer Ebene funktionieren, und ich dachte, dies könnte ein guter Weg sein, um ein besseres Verständnis zu erlangen.

Nehmen wir an, ich habe diese Schaltung:

CircuitLab Schematic 6hbnd8cjwkm5

Angenommen, der Kondensator ist beim ersten Anschließen der Batterie vollständig entladen. Leuchtet die LED und schaltet sich nach etwa 15 Sekunden aus? Hier ist meine Argumentation und meine (äußerst ignorante und naive) Erwartung, wie die Schaltung fließen wird:

  • Wenn die Batterie angeschlossen ist, fließt Strom durch R1 nach C1 und lädt C1 auf
  • 5RC = 5 * 3000 * 0,001 = 15, daher sollte das Aufladen von C2 15 Sekunden dauern
  • Während dieser Zeit fließt Strom in die Basis von T1, sodass Strom zwischen Kollektor und Emitter fließen kann und somit die LED mit Strom versorgt
  • Wenn C1 vollständig aufgeladen ist, fließt kein Strom mehr in die Basis von T1, daher fließt kein Strom mehr zwischen Kollektor und Emitter, daher erlischt die LED.

Habe ich die Funktionsweise von Kondensatoren in Gleichstromkreisen und möglicherweise auch die Funktionsweise von Transistoren grundlegend falsch verstanden? Wenn ja, wie könnte diese Schaltung überarbeitet werden, um das erwartete Ergebnis zu erzielen (d. H. Eine Schaltung, die einen Kondensator und einen Transistor verwendet, um eine LED nach einiger Zeit automatisch auszuschalten)?

Ihre Schaltung ist so verwirrt, dass ich nicht einmal genau weiß, was Sie nicht verstehen.Zwei Gedanken: 1. Wenn Sie die Kathode der LED an die positivste Versorgungsspannung anschließen, wird die LED so gut wie nie eingeschaltet.2. Die Basis des NPN BJT muss auf eine Spannung über der Emitterspannung angesteuert werden, um ihn einzuschalten.
Beginnen wir mit Ihrem ersten Aufzählungspunkt.Warum könnte beim Einschalten der Batterie Strom durch R1 und C2 fließen, wenn sie nur über eine in Sperrrichtung vorgespannte Diode (D2) und einen in Sperrrichtung vorgespannten b-e-Übergang mit der Batterie verbunden sind?
@ThePhoton Ich denke, das OP hat die "kleinen spitzen Dinge" im Sinn.Drehen Sie die LED-Richtung um und ersetzen Sie sie durch ein PNP.
In diesem Fall sollten sie lesen [Wie zeichnet man eine Diode in einem Schaltplan?] (Https://electronics.stackexchange.com/q/31825/6334).
@ThePhoton Da ist dieser Punkt.;)
Fließt der Strom nicht von negativ nach positiv?Wenn es hilft, können Sie sich vielleicht vorstellen, dass die LED umgedreht wurde.
Der konventionelle Strom (und daran müssen Sie sich erst gewöhnen) folgt den ersten Annahmen von Benjamin Franklin und fließt daher von + nach -.Er hatte eine 50/50-Änderung, um es richtig zu machen und ... nun ... falsch zu machen (zumindest, wenn man den üblichen Fall des Elektronenflusses betrachtet). Sie haben also vielleicht Recht, wenn Sie über Drähte und nachdenkenElektronenfluss.Aber wir bleiben jetzt für immer bei Benjamins Ideen vor ein paar hundert Jahren.Und da ist es.
Ihre Schaltung wird nicht funktionieren, Ihre Erklärung ist daher falsch, Ihr Kommentar ist grundlegend für die Fragen, die Sie stellen, daher kann dies nicht beantwortet werden.Abstimmung zum Abschluss als Grund: unklar.
Ich habe gerade die Schaltung so bearbeitet, dass sie dem konventionellen Fluss so gut ich kann folgt - wieder bin ich neu in diesem Bereich, Herablassen wird nicht besonders nützlich sein - und ob es funktioniert oder nicht, ist ganz der Punkt der Frage: obes funktioniert nicht, * warum * funktioniert es nicht?Der Kommentar ist eine Erklärung dafür, warum ich * glaube *, zu Unrecht oder zu Recht, funktionieren sollte, und ist nicht grundlegend für die Frage, ob es tatsächlich funktionieren würde oder nicht und wie es geändert werden könnte, um zu funktionieren.
Ihre Schaltung wird wie gesagt funktionieren.Wenn der Emitter anfänglich 4,5 V beträgt, erhält die LED 2 V / 0,3 K = 6 mA.Die Basis erhält 5 V / 3K = 1,5 mA oder viel für Beta von nur 4. Sie haben ein Beta von 100, daher beträgt der LED-Strom 12 oder 18 mA und nimmt ab.Herzlichen Glückwunsch zu Ihrem Denken.
Persönlich würde ich stattdessen eine 555-Timer-Schaltung verwenden.
Bauen Sie Ihre Schaltung so auf, wie Sie sie gezeichnet haben.Überprüfen Sie, ob es funktioniert.Es tut nie weh, es zu versuchen.So lernst du.
Fünf antworten:
#1
+12
Trevor_G
2017-04-24 22:39:28 UTC
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So viele Dinge mit dieser Schaltung falsch, lassen Sie uns zum Anfang zurückkehren.

Der Transistor ist ein Ventil, durch das Strom vom Kollektor zum Emitter fließt (der spitze Pfeil), wenn Strom in die Basis eingespeist wird. Wie unten gezeigt.

Solange Sie Strom in die Basis einspeisen, fließt Strom durch den Transistor. Wenn die Spannung an der Basis hoch genug ist, wirkt er wie eine Art Schalter.

Beim Einschalten kann Strom aus der Batterie durch die LED fließen, die sie aufleuchtet. Die LED kann nur so viel Strom aushalten, dass sie sonst durchbrennt. Der Widerstand ist enthalten, um diesen Strom auf den Nennwert zu begrenzen, der in den Angaben des Herstellers angegeben ist.

schematic

simulieren diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>

Jetzt haben Sie eine Schaltung, die eine LED einschaltet.

Jetzt müssen Sie diesen Stromkreis mit etwas ansteuern, das ihn für eine Weile ein- und dann ausschaltet. Jetzt ist Ihre Idee, so etwas zu tun.

schematic

simulieren diese Schaltung sup>

Die Idee, C1 zu sein, braucht eine Weile, um sich durch die durch den Widerstand begrenzte Basis aufzuladen. Bei den angegebenen Werten beginnt der Transistor etwa acht Sekunden nach dem Anlegen der Stromversorgung auszuschalten.

Leider ist ein 1-mF-Kondensator ziemlich groß und teuer. Die Wahl des Widerstands wirkt sich auch auf den Strom in der LED aus.

Eine bessere Lösung für diese Aufgabe besteht darin, ein anderes Gerät wie einen N-Kanal-MOSFET zu verwenden.

schematic

simulieren diese Schaltung sup>

Ein MOSFET wird durch Spannung und nicht durch Strom gesteuert. Dies entkoppelt effektiv die Zeitsteuerungsseite von der Antriebsseite. Das heißt, Sie können viel größere Widerstände und damit einen kleineren Kondensator für das Timing verwenden, ohne den LED-Strom zu beeinflussen.

Können Sie hinzufügen, warum der FET eine bessere Wahl trifft?Es ist da, irgendwie, aber es wäre großartig, wenn Sie den Gedanken beenden würden.Müssen Sie sich nicht darum kümmern, den FET wie die bipolare Schaltung auf Sättigung zu bringen?
Danke, ich glaube ich verstehe.Übrigens habe ich meine ursprüngliche Schaltung bearbeitet, als Sie dies geschrieben haben, um sie an den herkömmlichen Fluss anzupassen und die Polarität der LED zu korrigieren, damit Sie sie vor dem Kommentieren nicht gesehen haben - ist meine neue Version immer noch falsch (für den Moment beiseite legen)die fremden Drähte und das amateurhafte Layout)?
@ScottSeidman .. fertig.
@sdmtr Ihr neues Schaltungslayout ist immer noch ausgeschaltet.Übrigens, ändern Sie Ihre Zeichnungen nicht in Fragen, da dies die Antworten und Kommentare durcheinander bringt.Wenn Sie etwas ändern müssen, fügen Sie es am Ende der Frage als UPDATE hinzu.Verwenden Sie auch den eingebauten Schaltplaneditor, der auch über einen Simulator verfügt.
@Trevor Entschuldigung, ich dachte, da noch niemand geantwortet hat, wäre es okay.In Zukunft werde ich (a) das Layout beim ersten Mal richtig einstellen und (b) Aktualisierungen hinzufügen, anstatt Änderungen vorzunehmen.Nochmals vielen Dank, dass Sie sich die Zeit genommen haben, um zu antworten. Ich weiß das zu schätzen.
Hallo, gibt es eine Möglichkeit, die Wartezeit zu verkürzen, um den Kondensator zu entladen und die Schaltung zurückzusetzen?
#2
+4
jonk
2017-04-24 22:29:33 UTC
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Zeichnen wir den Schaltplan neu. Ich denke, Sie haben entweder die herkömmliche Stromrichtung falsch verstanden oder die Art und Weise, wie die Diode gezogen wird (Kathode und Anode). Ich bin mir ziemlich sicher, dass Sie so etwas falsch verstanden haben, weil Sie ansonsten eine begründete Beschreibung geschrieben haben. Nehmen wir also Ihre Beschreibung und zeichnen den Schaltplan neu.

Bevor ich das mache, gibt es noch etwas, an dem Sie sofort arbeiten sollten. Und das lernt, wann man Drähte zieht und wann nicht. Übermäßige Verkabelung trägt oft nicht zum Verständnis einer Schaltung bei, sondern fügt "kleine schwarze Drähte, die von hier nach dort führen" hinzu, die das Lesen eher verwirren als verbessern können. Und es gibt Orientierung. Möglicherweise verstehen Sie diesen Punkt nicht sofort, sondern verstauen ihn für später. Wenn Sie einen Schaltplan nur als ein Bild betrachten, das sich auf einem großen Blatt Papier befindet, möchten Sie, dass der Stromfluss von oben (positiver) nach unten (negativer) und der Signalfluss von links (Eingänge) nach oben verläuft richtig (Ausgänge) Im Großen und Ganzen funktionieren diese Regeln gut, um einen Schaltplan besser zu kommunizieren, als sie nicht zu befolgen. (Natürlich gibt es Eckfälle oder Redewendungen, in denen die Regeln wahrscheinlich gebrochen werden sollten. Aber diese sind selten.)

schematic

simulieren diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>

  1. Die Batterie und / oder das Netzteil werden nicht wirklich benötigt, da die meisten von uns einfach eine Knotenspannung notieren und die richtige Annahme über die Absicht treffen können. Außerdem ist es mehr für Leute, die einen Stromkreis verkabeln möchten, als für Leute, die diskutieren möchten, wie ein Stromkreis funktioniert . Unterschiedliche Bedürfnisse. Es lenkt außerdem ab. Obwohl die meisten lernen, schnell daran vorbei zu kommen und mit oder ohne all das zum Kern der Sache zu gelangen, ist es immer noch unnötig.
  2. Ich habe \ $ R_1 \ $ und \ $ C_2 \ $ mit Strömen gezeigt, die auf dem Blatt nach unten fließen. Ich hätte sie auch horizontal zeigen können. Ob man dieses Bein als "Signal" betrachten möchte, das von links nach rechts fließen soll, oder als Schaltungsverbindung, bei der Strom von oben nach unten fließen soll, ist eine Frage dessen, was Sie wollen um zu kommunizieren, nehme ich an. Aber hier habe ich beschlossen, dass wir nicht über "Signal" sprechen, sondern eher über anfängliche Schaltungsbedingungen, die zu späteren Schaltungsbedingungen führen. Also zeige ich es so.
  3. Beachten Sie, dass ich davon ausgegangen bin, dass Sie immer noch über eine \ $ + 9 \: \ textrm {V} \ $ -Versorgung sprechen möchten und dass ich die Pfeilrichtungen umkehren musste, wie dies heute der Fall ist dass der Pfeil des Halbleiter-PN-Übergangs bei Aktivierung von positiver zu negativer zeigt.
  4. Ich habe einen PNP-Transistor verwendet, um mit dem Rest konsistent zu bleiben.
  5. ol>

    Angenommen, die LED fällt im eingeschalteten Zustand um etwa \ $ 2 \: \ textrm {V} \ $ (rot) ab, und wenn die Anfangsbedingungen für den Kondensator lauten, dass er über Null Volt liegt, dann ja ... \ $ R_1 \ $ liefert Basisstrom in den PNP-Transistor und zieht ihn aktiv. Ich würde einen Basisstrom von ungefähr erwarten:

    $$ I_B \ approx \ frac {9 \: \ textrm {V} -2 \: \ textrm {V} -750 \: \ textrm {mV}} {3 \: \ textrm {k} \ Omega + \ left (\ beta + 1 \ right) \ cdot 330 \: \ Omega} $$

    Wenn \ $ \ beta \ ca. 200 \ $ ist, deutet dies auf ungefähr $ 90 \: \ mu \ textrm {A} \ $ Basisstrom hin. Multipliziert mit \ $ \ beta + 1 \ $, um den Emitterstrom zu erhalten (in der Hoffnung, dass der BJT aktiv und noch nicht gesättigt ist), erhalte ich einen Emitterstrom von ungefähr \ $ 18 \: \ textrm {mA} \ $. Dies deutet auf einen Abfall von \ $ 18 \: \ textrm {mA} \ cdot 330 \: \ Omega \ ca. 6 \: \ textrm {V} \ $ über \ $ R_2 \ $ hin. Das bedeutet also ungefähr \ $ 9 \: \ textrm {V} -2 \: \ textrm {V} -6 \: \ textrm {V} = 1 \: \ textrm {V} \ $ auf dem Emitter selbst und das bedeutet das \ $ \ vert V_ {BE} \ vert = 1 \: \ textrm {V} \ $ und dass der BJT tatsächlich noch aktiv und noch nicht gesättigt ist. Meine Annahme ist also geboren und ich kann das \ $ \ beta \ $ anwenden, das ich zuvor angenommen habe.

    Das ist die Ausgangsbedingung.Wenn sich der Kondensator beim Schreiben auflädt, wirkt er der verbleibenden Spannung entgegen, die zur Versorgung des Basisstroms zur Verfügung steht (siehe obige Gleichung und subtrahiert nun auch die Kondensatorspannung im Zähler), und der Kollektorstrom nimmt mit der Zeit allmählich ab und wird schließlicherlischt, wenn die verbleibende Spannung unter die Fähigkeit fällt, den BJT aktiv zu halten (nützlich, wenn sie unter etwa $ 550-600 \: \ textrm {mV} \ $ fällt.)

    Der Zeitraum oder \ $ \ tau \ $ ist der Wert des Kondensators multipliziert mit dem zugehörigen Widerstand.In diesem Fall ist dieser Widerstand vom Kondensator "gesehen" und umfasst beide Widerstände auf folgende Weise: \ $ R_2 \ cdot \ left (\ beta + 1 \ right) + R_1 \ $.Wenn Sie also Ihre Werte annehmen und \ $ \ beta = 200 \ $ annehmen, dann \ $ \ tau = 1 \: \ textrm {mF} \ cdot \ left (\ left (\ beta + 1 \ right) \ cdot R_2 + R_1 \rechts) \ ca. 70 \: \ textrm {s} \ $.Welches ist verdammt lange.

Leider ist dies eher ein Dimmer als ein Schalter.
Vielen Dank, dies ist sehr umfassend und ich schätze besonders die Hinweise zur Verbesserung meiner Layouts.
@Trevor Ja.Es fängt ziemlich hell an und folgt dann nur einer langen Abklingkurve, bis es nicht mehr funktioniert.(Und diese Kappe muss später entladen werden.) Ich glaube nicht, dass das OP bedeutete, dass es sich um eine praktische Schaltung handelt.Ich denke, das OP meinte es als Test für ihre Fähigkeit, "über Dinge nachzudenken".
#3
  0
user147431
2017-04-26 17:14:38 UTC
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Kondensatoren "blockieren" den Gleichspannungsfluss.Es wäre daher schwierig, den Transitor mit einem Widerstandskondensator-Reihennetzwerk zur Basis "einzuschalten".Schauen Sie sich die Hälfte eines monostabilen Multivibrators an.Der Kondensator an der Basis lädt sich als rc-Zeitladungsverhältnis auf.Sobald die Basisspannung über der "erforderlichen Basis-Ein" -Spannung liegt, entlädt sich der Kondensator über die Basis zum Emitter.Der Transistor ist ausgeschaltet.Der für Ihr Projekt erforderliche praktische Wert hat Einschränkungen hinsichtlich des Komponentenwerts und der physischen Größe.Der benötigte LED-Strom ist ein wichtiger Faktor.Schauen Sie sich die Schaltkreise mit NE555 ic an.Sie werden diese genießen.Informieren Sie sich über den pn-Übergangsverarmungsbereich von Dioden-Nand-Transistoren.Der Transistor ist wie eine Komponente, die den Widerstand von einer Stufe zur anderen "überträgt".Mit dem Ohmschen Gesetz wird die gesamte schaltende analoge Verstärkung einschließlich der Phasenänderungen während der Verstärkung offensichtlich.Ich könnte einen Artikel darüber schreiben, nehme ich an.Für neugierige Köpfe ...

Vielen Dank, hier gibt es viele großartige Informationen, die mir beim Lernen helfen, und ich schätze es, dass Sie sich die Zeit genommen haben, um zu antworten!
#4
  0
LPL
2017-09-14 08:30:17 UTC
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ALL

Der ursprüngliche CCT funktioniert (es ist ein einfacher Emitterfolger für diejenigen, die es nicht wissen), ABER da sich die Kappe für einen weiteren Zyklus nicht entladen kann, bleibt die LED aus, bis die Stromversorgung unterbrochen wird und sich die Kappe aufgrund einer Leckage selbst entlädt.

#5
-1
charles
2019-12-30 21:54:33 UTC
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Ich schlage vor, wir betrachten die niedrigen Impedanzen.Die Impedanz Zm ist eine Funktion des Stroms. der Strom ist gleich v / Zm.alternativ ist der Strom i = 3000sinwt. daher ist i = 3000<0.Ein Kondensator ist ein Gerät mit zwei Anschlüssen.die Anfangsbedingungen für a Der Kondensator betrachtet das exponentielle Netzwerk für das Gerät.Der Transistor verstärkt Ströme und die Spannung zwischen den beiden Geräten kann durch das Venin-Äquivalent bestimmt werden.

1) Es gibt kein Zm in der ursprünglichen Schaltung. 2) Die Impedanz ist eine Funktion der Frequenz, nicht des Stroms. 3) Es gibt keinen sinusförmigen Stimulus. Dies ist keine stationäre Wechselstromsituation, also keine Sünde \ $ \ omega \ $ t. 4)i = 3000 <0 macht mathematisch keinen Sinn


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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