Frage:
Warum wird der Strom in dieser NICHT-Transistorschaltung nicht zwischen dem Transistor und der LED aufgeteilt?
user148298
2020-02-26 21:31:17 UTC
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Im folgenden NICHT-Transistor-Schaltplan fließt der Strom durch den 1K-Widerstand und durch die LED, wenn der Schalter geöffnet ist. Dies schaltet die LED ein. Wenn der Schalter jedoch geschlossen ist, schaltet sich der Transistor ein und der Strom fließt durch denselben Widerstand, umgeht jedoch die LED und schaltet sie aus.

Warum wird der Strom nicht zwischen dem Transistor und der LED aufgeteilt? Warum erhält der Transistorpfad den gesamten Strom, wenn der Schalter eingeschaltet ist? Sollte nicht auch Strom durch die LED fließen? Warum wird es von all dem Strom ausgehungert? Was würde passieren, wenn wir den 1K bewegen und in Reihe mit der LED schalten würden? Würde es einen Kurzschluss verursachen? Angenommen, Sie haben den Transistor, den Schalter und den Gate-Widerstand durch einen kleinen Widerstand ersetzt. Würde es dann den Strom aufteilen?

Ich bevorzuge eine mathematikfreie Erklärung mit Analogien, da mein Arbeitsspeicher nicht dafür optimiert ist. Mit anderen Worten, mein Gehirn hat eine langsame ALU und einen winzigen Satz kleiner Register.

enter image description here

LEDs (Dioden im Allgemeinen) können nur dann erhebliche Strommengen durchlassen, wenn genügend Spannung über ihnen liegt.Wie ein Druckventil.Der BJT erzwingt, dass die Spannung an der LED zu niedrig ist
Ich verstehe, dass sich der Schalter in Klemme "1" befindet und mit einer anderen Quelle verbunden ist.Können Sie bitte klarstellen?
Der Strom wird zwischen dem Transistor und der LED aufgeteilt, aber da die meisten LEDs für sichtbares Licht einige Volt benötigen, bevor viel Licht austritt, erzeugt das winzige Bit, das durch die LED geht, kein aussagekräftiges Licht.Wenn Sie eine langwellige IR-LED hätten, die mit einer niedrigeren Spannung betrieben wird, würde diese Schaltung nicht so gut funktionieren.
IN ORDNUNG.Der Transistor stiehlt also den gesamten Strom?oder das meiste davon?
Eine Erklärung behauptete, dass es keinen Potentialunterschied zwischen der LED und Masse gibt, wenn der Transistor eingeschaltet wird.Wenn dies der Fall ist, sollte überhaupt kein Strom durch die LED fließen?Richtig?
@user148298 Nicht falsch, aber es könnte eine Potentialdifferenz geben und es würde immer noch "Null" Strom fließen, wenn das Potential niedriger als die LED Vf ist.Der BJT hat eine Sättigungskollektor-Emitter-Spannung, die nicht unter ~ 200 mV fällt.
@user148298 Um.Stellen Sie sich die 9-V-Spannungsversorgung stattdessen als eine Luftdruckquelle von 90 psi vor.Der Widerstand, an den es angeschlossen wird, ist ein Luftschlauch mit kleinem Durchmesser.Die LED ist ein Exzenterschleifer, der mindestens 25 psi benötigt, um bescheidene Arbeiten auszuführen, und 30 psi wären wirklich gut.Wenn nur die 90-psi-Quelle und der Schlauch verschlossen sind, damit keine Luft strömen kann, befinden sich am verschlossenen Ende 90 psi.Wenn Sie das Ende öffnen und den Schleifer (LED) anschließen, sinkt der Druck, da der Schleifer viel Luft benötigt und der Schlauch klein ist.Aber es funktioniert großartig.
@user148298 Angenommen, Sie verwenden ein Y am Ende des Schlauchs, damit Sie sowohl die LED (Schleifmaschine) als auch den BJT anschließen können.Das BJT ist ein Ventil, das entweder offen oder geschlossen ist.Wenn das BJT-Ventil geschlossen ist, läuft der Schleifer noch einwandfrei.Wenn Sie jedoch das Ventil öffnen und den größten Teil der Luft auf diese Weise entweichen lassen, funktioniert der Schleifer (LED) natürlich nicht mehr.
Wie ist die Leitfähigkeit der LED?Was ist die Leitfähigkeit des Transistors?Die Leitfähigkeit wird in * siemens * angegeben und beträgt 1 / Widerstand.Der Strom auf jedem Pfad sollte proportional zu seiner Leitfähigkeit sein.Unter Berücksichtigung des 1k-Widerstands wird der Gesamtstrom begrenzt.
Wie wäre es mit dieser Analogie - so funktionieren Badewanne und Dusche fast genau.Wenn das Ventil geöffnet ist (wie der eingeschaltete Transistor), fällt das gesamte Wasser nur in die Wanne. Wenn Sie jedoch das Ventil schließen (Transistor aus), wird das Wasser wieder nach oben und aus dem Duschkopf (der die LED ist) gedrückt.Um diese Analogie zu fördern, ist der Höhenunterschied zwischen dem Badewannenhahn und der Dusche analog zum Durchlassspannungsabfall der LED
Beeindruckend!Einfach wow!Ich bin dankbar für all die wunderbare Hilfe, mit der dieser Geisteskratzer messerscharf fokussiert wurde.Diese Frage hat so viele Ansichten gewonnen, dass ich mir wünschte, ich könnte sie verallgemeinern, damit sie anderen helfen kann, die in anderen Kontexten auf diesen Stolperstein stoßen.Ich kann keine richtige Antwort auswählen, da sie alle hervorragend sind und jeweils eine andere Perspektive bieten, um mein Verständnis weiter zu klären.
Nicht mathematisch: ** Strom fließt (hauptsächlich) über den Weg des geringsten Widerstands **.
Acht antworten:
#1
+27
hacktastical
2020-02-27 03:19:15 UTC
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tl; dr-Version: Der Vce (ein) des Transistors ist niedriger als der Vf der LED. Wenn sich der Transistor auf der LED befindet, liegt er deutlich unter seiner Vf-Schwelle und leitet daher nicht.

LEDs, Vf und Hue

Die LED hat wie alle Dioden eine Vorwärts-Anode-Kathode-Spannung Vf. Die LED leitet erst, wenn die Vf-Schwelle erreicht ist. Danach steigt der Strom schnell an.

TDiese Vf-Spannung variiert je nach LED-Typ zwischen 1,1 V für einen Infrarot-Typ bis zu 3 V oder so für eine blaue oder weiße LED. Diese unterschiedlichen Vf-Schwellenwerte stammen aus den Materialien, aus denen LEDs in verschiedenen Farben hergestellt werden. Im Vergleich dazu haben gewöhnliche Siliziumdioden eine Vf von 0,7 V.

Hier ist eine hübsche Grafik, die die verschiedenen Vf-Verhaltensweisen für eine Vielzahl von LED-Typen zeigt.

LED Vf Characteristics

Von hier aus: http://lednique.com/current-voltage-relationships/iv-curves/

Bipolar Junction, Was ist Ihre Funktion

Der Bipolartransistor hat andererseits eine minimale Kollektor-Emitter-Spannung Vce, wenn er eingeschaltet wird - das heißt Vce (ein). This Vce (on) Spannung beträgt ungefähr 0,2 V. Der Grund dafür liegt außerhalb des Rahmens dieser Diskussion. Weiß nur, dass es so ist, sonst gehen wir das Ebers-Moll-Kaninchenloch hinunter.

Bipolar zieht mich nach unten

Wenn also in dieser Schaltung w der Transistor eingeschaltet ist, zieht er die LED-Anode-zu-Kathode-Spannung auf den Vce (on) des Transistors von 0,2 V herunter, deutlich unter dem LED Vf von 1,1 V oder höher. You ' Dies sehen Sie in der obigen Vf-Grafik: 0,2 V liegen weit in der stromlosen Zone aller LED-Typen.

Wenn der Transistor eingeschaltet ist, fließt daher (fast) kein Strom durch die LED. TDer LED-Vf-Schwellenwert wird nicht erreicht, daher leitet er nicht. -Elektronen finden keinen Weg zu Löchern, es werden keine Energiequanten als Photonen emittiert und die LED bleibt dunkel.

Dieses Diagramm ist ungenau.Erstens können verschiedene LEDs derselben Farbe unterschiedliche Kennlinien aufweisen.Ein Diagramm wie dieses zeigt nur Allgemeingültigkeiten.Zweitens sollte der allgemeine Trend zu einer höheren Spannung für kürzere Wellenlängen gehen, da Photonen mit kürzerer Wellenlänge mehr Energie enthalten.Die grünen und gelben Kurven erscheinen beispielsweise umgekehrt.Drittens ist eine "weiße LED" im Allgemeinen eine blaue LED, die in einen gelben Leuchtstoff eingebettet ist, und hat daher die gleiche Kennlinie wie eine einfache blaue LED.
Ärger den Seitenautor.Ich illustriere nur eine allgemeine Vorstellung von Vf.
Der Seitenautor kann nicht belästigt werden, wenn keine Kontaktinformationen vorhanden sind, sondern nur Schaltflächen zum Teilen.Ihre Antwort hier ist gut (meine Gegenstimme wert), und die Diagrammspezifikationen sind dafür nicht wichtig, aber ich werde nervös, wenn ich ein "hübsches" Diagramm sehe, das eindeutige sachliche Fehler enthält.Ich werde nervöser, wenn ich sehe, wie sich das Diagramm ausbreitet.
#2
+20
Spehro Pefhany
2020-02-26 21:42:36 UTC
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Die mathematische Wahrheit ist, dass sich der Strom tatsächlich zwischen der LED und dem Transistor aufteilt, aber der Strom, der durch die LED fließt, effektiv Null ist.

Die LED beginnt erst dann, einen signifikanten Strom zu ziehen, wenn die Spannung an ihr relativ nahe an den normalen Betriebs-Vf heranreicht (normalerweise etwa 2-3 V für LEDs mit sichtbarem Licht). Wenn der Transistor wie in diesem Beispiel gesättigt ist, hat er möglicherweise 100 mV, sodass wahrscheinlich weniger als ein nA Strom fließen.

Die LED verhält sich nicht wie ein Widerstand, sondern nonlinear.

Wenn Sie den Transistorkollektor zum + 9V-Knoten bewegen, bleibt die LED an (unter der Annahme einer guten 9V-Versorgung), aber der Transistor wird sehr heiß und wird schnell zerstört.

Eine nützlichere Idee könnte darin bestehen, einen Widerstand in Reihe mit dem Transistorkollektor hinzuzufügen. Wenn der Widerstand hoch genug ist, wird das LED-Licht nur gedimmt und erlischt nicht vollständig, wenn der Transistor eingeschaltet wird.


Bearbeiten: Hier ist eine Simulation der verschiedenen Szenarien:

schematic

simulieren diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>

enter image description here

D1 leitet gemäß der Simulation nur 3nA. D3 leitet das gleiche wie D6 (aber der Transistor Q3 ist nicht lang für diese Welt). D4 leitet nur 2,4 mA, dimmt also etwas ab, bleibt aber beleuchtet.

Wenn Sie den Spannungsabfall zwischen Emitter und Kollektor bei eingeschaltetem Transistor messen würden, wäre er Null?Richtig?Wenn ja, sollte kein Strom durch die LED fließen?
Ja genau, das ist die ideale Situation.In der Realität hat der Transistor einen leichten Spannungsabfall, der jedoch bei weitem nicht ausreicht, um die LED zu beleuchten.
Ein letzter.Ich kann mir Ihre Schaltung nicht vorstellen, wenn der Transistorkollektor auf den + 9V-Knoten verschoben ist.
@user Emitterfolger.Google es.Wird nicht als Schalter fungieren.
#3
+5
Circuit fantasist
2020-02-26 22:54:10 UTC
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Wenn der Transistor eingeschaltet ist, können Sie ihn grob durch ein Stück Draht ersetzen ... und die LED wird vollständig überbrückt. Der gesamte Strom fließt also durch den "Draht" (wird umgeleitet, gesteuert). Sie können die LED und alle Elemente außer dem 1-k-Kollektorwiderstand und der Stromversorgung entfernen. Ihre Schaltung besteht nur aus zwei Elementen - dem Widerstand und der Stromversorgung ... und tut nichts.

Wenn der Transistor ausgeschaltet ist, können Sie ihn entfernen (zusammen mit dem 1-k-Basiswiderstand, dem Eingangsschalter und der Eingangsspannungsquelle). Jetzt besteht Ihre Schaltung aus drei Elementen - dem Widerstand, dem Netzteil und der LED, die leuchten.

Stellen Sie sich im allgemeinen Fall (nicht idealer Transistor) den parallel geschalteten Kollektor-Emitter-Teil und die LED als einen Stromteiler vor ... der nur aus zwei nichtlinearen Widerständen besteht.

Ein anderer (ich denke besser) Gesichtspunkt bei dieser Verbindung besteht darin, den Kollektorwiderstand (R1) und den Transistor (R2) als einen variablen "Spannungsteiler" R1-R2 zu betrachten, der die LED versorgt. Wenn dann "R2" zu niedrig ist (der Transistor ist gesättigt), reicht die vom "Spannungsteiler" erzeugte Spannung nicht aus, um die LED in Vorwärtsrichtung vorzuspannen (zu beleuchten) ... wie alle Kommentare hier erklären.

Sie können sowohl die Gesichtspunkte "Stromteiler" als auch "Spannungsteiler" verwenden, um sich den Betrieb der Common-Emitter-Stufe vorzustellen. Ersteres ist besser geeignet, wenn die Last niederohmig ist (Ihr Fall); Letzteres - wenn die Last hochohmig ist (auch offener Stromkreis).

#4
+1
sh-
2020-02-27 03:39:15 UTC
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Es gibt noch eine andere Sichtweise, bei der die Kennlinien der beteiligten Teile betrachtet werden. Vielleicht hilft Ihnen das herauszufinden, was los ist.

Stellen Sie zunächst fest, wie viel Basisstrom durch den Transistor fließt, wenn dieser eingeschaltet ist. Der Basis-Emitter-Übergang hat die Kennlinie einer Diode. Sie sollten daher in der Lage sein, den Strom zu ermitteln, indem Sie eine Lastlinie durch die Kennlinie der Basis-Emitter-Diode ziehen (die Lastlinie ist eine gerade Linie mit der ermittelten Steigung durch den 1k-Basiswiderstand).

Wählen Sie dann unter Verwendung dieses Basisstromwerts die richtige Ic-Uce-Kurve des Transistors aus. Sie können erneut eine Lastlinie durch diese Kurve ziehen, die dem 1k-Kollektorwiderstand entspricht. Auf diese Weise finden Sie den richtigen Uce-Wert, dh die Spannung zwischen Kollektor und Emitter.

Verwenden Sie diese Spannung, um den Strom durch die LED für diese Spannung anhand der Kennlinie für die LED zu ermitteln. (Dies ist nicht ganz genau, da der Strom durch die LED die Spannung am Kollektorwiderstand beeinflusst, aber eine genaue Annäherung ergibt.)

Für die Kennlinien müssen Sie die Datenblätter der Teile konsultieren. Wenn Sie die Lösung im Prinzip kennen möchten, wählen Sie einige beispielhafte Teile aus, für die Sie Datenblätter mit den Kurven finden können.

Sie werden feststellen, dass der Strom durch die LED sehr klein ist. Viel zu klein für eine nennenswerte Menge an Licht, das emittiert wird.

#5
+1
Rob Jones
2020-02-27 16:18:50 UTC
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Ich werde die Antwort des Laien ausprobieren. Es kann davon ausgegangen werden, dass Ihre Schaltung nur zwei Bedingungen aufweist: Wenn der Transistor eingeschaltet ist und die andere, wenn er ausgeschaltet ist. Im EIN-Fall fällt der Transistorwiderstand sehr niedrig ab und kann als gerades Stück Kupferdraht zwischen Masse und Dioden- / Widerstandsübergang betrachtet werden (oder wenn Sie mathematisch werden möchten, dann als Widerstand von c1 Ohm). Die Versorgungsspannung an der Diode ist also in der Tat sehr niedrig (wie weniger als 0,1 Volt) und liegt weit unter der Dioden-Durchlassspannung, die zum Aufleuchten erforderlich ist. Dioden jeglicher Form erfordern eine Durchlassspannung von typischerweise 0,4 c bis 1,2 Volt, um zu leiten. Diese Spannungsschwelle wird durch den Typ des Transistors definiert und beeinflusst die Farbe der Photonen / des Lichts, die er emittiert

Im Off-Fall kann der Transistor als hochohmiger Widerstand betrachtet werden, und Sie können diese Komponente auf dem Papier einfach ausreiben und anhand der verbleibenden Schaltkreise überprüfen. In diesem Fall simuliert die Schaltung eine einfache Diode in Reihe mit einem an die Versorgung angeschlossenen 1k-Widerstand. Die Diode sieht die volle Versorgungsspannung und leuchtet auf. Der 1k-Widerstand ist die einzige Komponente, die den Strom durch die Diode begrenzt, und muss daher so dimensioniert werden, dass sichergestellt ist, dass der maximale Durchlassstrom der Dioden nicht verletzt wird. 1k bei 10V ergeben 10mA, was für die meisten typischen LEDs ungefähr richtig ist.

#6
+1
Laurin Cavender
2020-02-27 22:19:45 UTC
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Die Antwort von DNKguyens wurde zunächst auf verschiedene Weise beantwortet, als der Transistor die Spannung senkt. Es ist keine mehr übrig, um durch die LED zu fließen. Theoretisch spielen die Devils Advocate. Wir wissen, dass wahrscheinlich noch 0,7 Volt übrig sind, was weit entfernt istZu niedrig (besonders) mit dem Widerstand ist in Reihe mit der LED, um es Gate und Feuer oder Einschalten zu machen.Kurz gesagt, der Transistor in seinem Diagramm schließt die gesamte verfügbare Leistung gegen Masse zurück, die normalerweise ausgelöst wird, oder steuert die LED, um sie einzuschalten oder Licht emittieren zu lassen.Nun eine andere Sache, zumindest einige, wenn nicht alle LEDs unterhalb der Lichtemissionsspannungspegel wirken in den meisten Fällen wie eine Diode vom Typ 1n914.Ich habe dies zu meinem Vorteil in Schaltungen genutzt, die ich in der Vergangenheit entworfen habe. Sie können auch als Detektordioden in HF-Schaltungen verwendet werden, aber als Silizium bilden sie sich nur auf einem Niveau von 1n914 vor, das nicht annähernd der Empfindlichkeit von Germanium wie einem 1n34a entspricht.

Dies ist eine gute Antwort, abgesehen von einer seltsamen Terminologie.Wir verwenden den Begriff "Gate", um den Steuerstift an einem Gerät mit drei oder mehr Anschlüssen zu beschreiben.LEDs haben keine Tore."Feuer" würde sich in diesem Zusammenhang auch auf drei Endgeräte beziehen.Ich schlage vor, "0,7 V sind zu niedrig, um die LED zu leiten und zu leuchten".Möglicherweise handelt es sich um ein Übersetzungsproblem, aber Sie haben keine Standortinformationen in Ihrem Benutzerprofil.Willkommen bei EE.SE.
Er unterschrieb die Antwort buchstäblich mit Standortinformationen;) WB4IVG ist ein US-amerikanisches Schinken-Rufzeichen.
Ja, US.Entschuldigung, das habe ich nicht vorgeschlagen.7 VDC würden eine LED aufleuchten lassen, die der akzeptierte Abfall über die meisten Siliziumdiodenvorrichtungen ist.In Bezug auf Gate oder Fire werden diese Begriffe im Industrie- und Provisionsbereich nur lose verwendet.Ich hatte nicht die Absicht, jemanden zu verwirren, den ich nur mit Begriffen verwendete, die wir herumwerfen, während wir Probleme an Projekten bearbeiten.
#7
  0
Gopal Krishna Soren
2020-02-27 13:03:20 UTC
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Das Gate oder der Schalter ist der entscheidende Faktor für den Stromfluss in beide Richtungen. Wenn der Schalter geöffnet ist, erhält die Basis kein Signal und der Transistor ist ausgeschaltet und der gesamte Strom muss durch die LED fließen, die den Transistor umgeht. Wenn der Schalter geschlossen ist, erhält die Basis eine Vorspannung und beginnt so viel zu leiten, dass der gesamte Strom durch den Transistor fließt und gegen das Minuspol der Batterie geerdet wird, sodass die Kollektorspannung ungefähr der Spannung zwischen Kollektor und Emitter entspricht, die dies nicht ist Dies reicht aus, um die LED zum Leuchten zu bringen, obwohl sie noch angeschlossen ist. Es gibt eine Möglichkeit, sie zum Leuchten zu bringen, selbst wenn der Schalter oder das Gate geschlossen ist und der Transistor ihn leitet, indem ein Spannungsteiler verwendet wird. Wenn ein anderer Widerstand ausreichend hoch platziert wird zwischen dem Kollektor und dem Punkt, von dem aus die LED abgegriffen wurde, wird dann, wenn der Transistor leitet, die Spannung zwischen zwei Segmenten aufgeteilt, eines über dem 1k-Widerstand und eines über dem neu platzierten Widerstand mit höherem Wert, der selbst dann zur Auslösequelle wird Der Transistor leitet

http://hananiahwilson.com/dreaded-wall-of-text/
#8
  0
Laurin Cavender
2020-02-27 22:07:49 UTC
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Die Antwort hier wirft eine andere Frage auf. Zunächst einmal ist dies nur eine mentale Übung oder versuchen Sie es zu tun. Arbeit? Wenn Sie die LED aus- und wieder einschalten, ist dies ein schlechter Weg, da sie ständig Strom verbraucht und Abwärme erzeugt. Wenn Sie nun mit unbegrenzter Versorgungsleistung versorgt werden, ist dies möglicherweise kein Problem. Wenn es sich bei Ihrer Versorgung um eine Batterie handelt, ist dies eine ganz andere Geschichte, aber es ist immer noch eine schlechte technische Praxis, die von Ihnen dargestellte Schaltung zu verwenden. Es wäre so viel einfacher, die LED und den Strombegrenzungswiderstand in den Rücklauf des Schalttransistors einzubauen, als die Steuerspannung den Transistor einfach einzuschalten oder nicht, damit die LED ausgeschaltet ist oder nicht. Sie müssten nur sicherstellen, dass der Schalttransistor genügend Strom führt, um die LED mit Strom zu versorgen. Der Steuerungs- oder Basiswiderstand hängt davon ab, welche Leistung Sie zum Schalten zur Verfügung haben. Der Leistungswiderstand hängt davon ab, wie stark die Versorgungsspannung abfallen muss, um die richtige Arbeitsspannung des Transistors und der LED zu erreichen. Ob Sie einen N- oder einen P-Kanal-Schalttransistor verwenden, hängt natürlich davon ab, ob Ihre Versorgungsspannung positiv oder negativ ist. Dies bestimmt auch, in welche Richtung Sie Ihrer Diode (LED) zugewandt sind. Die Polarität Ihrer Schaltspannungen muss auf Ihre Versorgung bezogen werden, oder sie muss durch einen Wechselrichter geleitet werden, sei es ein anderer einfacher Transistorschalter oder Wechselrichter ic.



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