BJT Conducir un LED - ¿Arriba o abajo?

La diferencia significativa aquí es donde van las corrientes.

Con un BJT no solo "actúa como un interruptor", es el resultado final que se ve en el nivel alto, no lo que realmente hace.

Lo que realmente sucede es que se aplica una corriente a la base, que luego fluye a través del transistor y sale del emisor hacia la tierra. Al mismo tiempo, permite que fluya proporcionalmente más corriente desde el colector hacia abajo a través del emisor al suelo.

Llamaremos a estas dos corrientes \ $ I_B \ $ y \ $ I_C \ $ para las corrientes Base y Collector respectivamente.

Entonces, en el esquema de la mano izquierda, el \ $ I_B \ $ fluye a través de la resistencia de base, luego el BJT, y hacia el suelo. \ $ I_C \ $ fluye a través de la resistencia del LED y el LED, luego el BJT, y se conecta a tierra. \ $ I_B \ $ se establece solo por el resistor base.

Pero, en el segundo circuito, \ $ I_B \ $ fluye a través de la resistencia base, a través del BJT, luego a través de la resistencia del LED y el LED. \ $ I_C \ $ también fluye a través del BJT y luego a través de la resistencia del LED y el LED. Entonces, el LED y su resistencia obtienen \ $ I_B \ $ y \ $ I_C \ $.

En consecuencia, la resistencia de base y la resistencia del LED está configurando la corriente \ $ I_B \ $, y también la caída de voltaje en el LED. Además, la caída de voltaje en la resistencia del LED no es solo de \ $ I_C \ $ sino de \ $ I_B \ $ y \ $ I_C \ $ combinados.

Entonces, desde un punto de vista fácil de entender, el circuito de la izquierda es el mejor. Sin embargo, el circuito de la derecha tiene algunas ventajas. Principalmente, debido a que la corriente de base \ $ I_B \ $ se establece mediante dos resistencias, es posible eliminar una de ellas (la resistencia de base) y solo tener una resistencia en el circuito para limitar la corriente de base y la corriente del LED. Eso puede ahorrar en partes, y si tiene muchos de estos circuitos en el diseño, la reducción de partes pronto se podrá sumar.

Hay dos ventajas y desventajas para ambas técnicas. También hay un caso especial donde el circuito de la derecha tiene una ventaja significativa.

Circuito a la izquierda: un HI lógico en la entrada da como resultado un LO lógico en el colector, que enciende el LED. El transistor actúa como un inversor, que puede ser útil si el colector está impulsando otra parte del circuito (además del LED).

Ventajas:

1) se enciende con baja tensión de control. Básicamente, cualquier voltaje mayor que Vbe (con resistencia de límite de corriente adecuada).

2) El transistor está saturado. Esto da como resultado el calor mínimo generado por el transistor, lo que puede ser importante si la corriente de carga es alta.

3) El voltaje de la fuente de alimentación que opera el LED puede ser un valor diferente del voltaje lógico. Esto suele ser útil cuando se opera el LED desde un suministro más alto y no regulado.

Circuito a la derecha: una lógica HI enciende el LED. Sin embargo, este circuito funciona como un emisor-seguidor. Esto tiene algunas consecuencias.

Mientras la tensión en el colector del transistor sea igual o superior a la del chip HI de la lógica del chip, la corriente a través del LED es aproximadamente igual a (V lógica HI) - Vled - transistor Vbe caída - (pequeña tensión caída a través de la resistencia de base) todo dividido por la resistencia de límite de corriente del LED. Tenga en cuenta que la resistencia base no es necesaria en esta aplicación, siempre y cuando se asegure de que la tensión en el colector del transistor sea siempre igual o mayor que la fuente lógica V.

Tenga en cuenta que la tensión reducida a través del límite de intensidad de LED debe tenerse en cuenta al calcular el valor de esa resistencia.

Desventaja: V logic HI tiene que ser significativamente más alto que la suma de Vled & V lógica HI. Eso específicamente no permite que este circuito se use con lógica de bajo voltaje.

Hay una aplicación específica en la que prefiero usar la configuración emisor-seguidor para encender los LED. Si observa de cerca la configuración del emisor-seguidor, puede pensar que es un sumidero de corriente constante. Suponiendo que la tensión de salida del chip siempre va a V lógica HI (etapa de salida CMOS), puede configurar la corriente del LED a cualquier valor que se desee utilizando solo la resistencia del emisor. Tenga en cuenta que esta corriente no cambia apreciablemente incluso si la tensión del colector del transistor es significativamente más alta que la lógica V.

Esto es útil cuando se manejan los LED desde una fuente de alimentación no regulada. Por ejemplo, una fuente de alimentación de CC derivada de un transformador de 12Vac con puente rectificador y tapa de filtro tendrá un voltaje de salida entre 12Vdc a aproximadamente 20Vdc, suponiendo una variación de voltaje de línea de entrada de más menos 20%.

Ejecuto mis proyectos PIC con riel de 5Vdc con voltajes de suministro no regulados que van desde 12V hasta aproximadamente 40Vdc. La fuente de alimentación PIC es pequeña, solo capaz de unos pocos mA. Enciendo todos los LED y relés en el circuito desde la fuente no regulada. El uso del controlador LED emisor-seguidor mantiene la corriente de alimentación del PIC al mínimo requerido y mantiene el brillo del LED constante incluso cuando la tensión de alimentación varía.

Si su único objetivo es sacar la luz del LED, entonces el circuito de la izquierda está perfectamente bien. La razón es porque el voltaje necesario para cambiar el estado del transistor es muy bajo, generalmente alrededor de 0.7 V. Sin embargo, el problema es que su LED está ahora en un potencial "alto" cuando el transistor está ABIERTO (llamado "alto nivel"). lado "configuración). Entonces, lo que sucede es que si cortocircuita accidentalmente el cátodo del LED a tierra, inmediatamente pasará por alto el transistor y descargará todo el voltaje a través del dispositivo. Esto es perfectamente evitable si su LED está encerrado en alguna caja de plástico o algo así, pero es una muy mala idea si el usuario puede manipular libremente la cosa (por ejemplo, si su caja es una caja de metal). Personalmente, he trabajado en aplicaciones en las que el LED es muy costoso y este problema exacto debe evitarse.

La alternativa es tu circuito a la derecha. Esto se llama la configuración del "lado bajo". Esto evita cualquier daño potencial a su dispositivo cuando se cortocircuita accidentalmente con otros objetos metálicos. Sin embargo, la desventaja es que ahora el voltaje de la base debe ser muy alto para cambiar el estado del transistor de ABIERTO a CORTO. Recuerde que el voltaje desde la base hasta el emisor debe ser de 0,7 V. Pero si el emisor está en, por ejemplo, 5 V cuando la corriente está fluyendo, entonces su base debe alcanzar los 5,5 V. Esto hace que las transiciones rápidas sean muy difíciles.

Muchas veces estos problemas no son muy importantes, y cualquiera de las dos configuraciones funciona. Sin embargo, hay situaciones en las que ninguna es muy efectiva. Por ejemplo, si se necesitan transiciones rápidas, Y el LED debe protegerse contra cortocircuitos accidentales. Entonces necesitas emplear algunas variaciones más complicadas, como usar un PNP de lado alto en lugar de NPN. Pero no necesitamos hablar de eso a menos que quieras escucharlo.