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.

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.

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:

^{simulieren diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>}

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 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).

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.

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.

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.

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

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.