Bombilla y resistencia limitadora de corriente

las bombillas son 1.5V @ 0.3A

¿Cómo espera obtener una resistencia de 300 mA a 1 kΩ con solo 4.5 V aplicados? Incluso con los 4.5 V completos en una resistencia de 1 kΩ, solo obtiene 4.5 mA fluyendo a través de él. Con dos resistencias de este tipo en paralelo, obtienes 4.5 mA a través de cada una, por lo que 9 mA en total. Eso no va a encender una bombilla que requiere 300 mA para el brillo normal. Y, esto ni siquiera representa la caída de 1.5 V a través de la bombilla cuando está encendida.

Una solución es usar resistencias más bajas. Usando la ley de Ohm, podemos calcular lo que deberían ser. Tiene 4,5 V disponibles, y la bombilla bajará 1,5 V cuando esté completamente encendida. Eso deja 3.0 V a través de la resistencia. Con 3.0 V a través de él, la resistencia debe pasar 300 mA. (3.0 V) / (300 mA) = 10. Esa es la resistencia total de la serie para encender completamente la bombilla. Como quiere que eso suceda con dos resistencias en paralelo, cada una debe ser de 20 Ω.

Considera también la potencia que disiparán las resistencias. Seamos seguros y digamos que necesitan sobrevivir a los 4.5 V completos aplicados a ellos, porque las cosas inevitablemente suceden. (4.5 V) ² / (20) = 1.0 W. Por lo tanto, obtenga resistencias de "2 W". Esos también son más grandes y más fáciles de ver, así que mejor para propósitos de demostración de todos modos.

Sus bombillas se especifican como 1.5v, 0.3A. Esto significa que su resistencia cuando está caliente es 5ohms (1.5 / 0.3). Cuando haga frío, la resistencia estará alrededor de 1/10 de eso, digamos menos de 1ohm.

Comparando 1kohm a 1ohm, puede ver que prácticamente todo el voltaje de la batería se reducirá a través de las resistencias de 1 k, con muy poco a través de las bombillas.

Para decirlo de otra manera, una bombilla necesita al menos la mitad de su corriente nominal para que brille visiblemente, por lo que 150 mA para esas bombillas. Con 4.5v disponibles, las resistencias de 1k limitan la corriente a unos pocos mA, lo que no es suficiente para tener un efecto visible en la bombilla.

Para obtener 150mA con 4.5v, use resistencias que no sean mayores de 4.5 / 0.15 = 30 ohms. También asegúrese de que su fuente de alimentación pueda suministrar esa corriente.

OTOH, los LED pueden ser mejores, ya que se encienden con corrientes mucho más bajas. OTOH, los LED son siempre del mismo color, y puede ser difícil percibir incluso una diferencia de brillo de 2x como resultado de la corriente. Una bombilla de filamento, especialmente cuando se ejecuta muy por debajo de su clasificación, cambia el color y el brillo, y será un indicador mucho mejor de las diferencias en la corriente de suministro.

Voy a tomar una pista diferente para que la consideres en función de lo que escribiste que resonó con mi pensamiento:

1. Use bombillas incandescentes especificadas en \ $ 1.5 \: \ textrm {V} \ $ y \ $ 300 \: \ textrm {mA} \ $.
2. Varíe el brillo de una manera que ilustre claramente la resistencia en paralelo frente a la serie con estas bombillas.
3. Trabaje con una fuente de voltaje de \ $ 4.5 \: \ textrm {V} \ $, suministrada a través de tres baterías estándar \ $ 1.5 \: \ textrm {V} \ $.
4. No me siento limitado por tu escritura para no agregar otra parte, así que siento que estás abierto a cualquier cosa que haga que esto funcione bien para una demostración.

Considere el siguiente esquema:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Puede ocultar algunos de los detalles en la demostración, si eso es importante para usted.

Las resistencias probablemente deberían ser todas \ $ 1 \: \ textrm {W} \ $ solo para estar seguros. La disipación será mucho menos (tal vez un tercio más o menos), por lo que podría salirse con la suya con menos. Pero esto es una demostración y probablemente es mejor mantener las temperaturas relativamente modestas.

El BJT solo necesitará disipar quizás \ $ 250 \: \ textrm {mW} \ $, pero nuevamente es probable que sea mejor usar algo en un paquete TO-220 para mantenerlo totalmente fresco y seguro. Yo recomendaría un D44H11 aquí. Son baratos y bastante capaces y fácilmente disponibles. Si reorganiza el circuito para usar un PNP en su lugar (por cualquier motivo), podría usar el D45H11. De hecho, puede averiguar cuál de esos dos es más fácil de obtener (o cualquier otra unidad empaquetada TO-220 o TO-3) y basar el circuito en lo que es fácil de obtener.

(La luz en sí misma se va a disipar alrededor de medio vatio. Por lo tanto, tenga en cuenta la posibilidad de que se caliente en la demostración).

El BJT funciona en modo "seguidor de emisor" y la disposición garantiza bastante que la resistencia (paralela o en serie) determina la corriente en la bombilla. El BJT regula las cosas para asegurarse de que eso suceda bien. Por lo tanto, es bastante sólido en términos de hacer que las cosas funcionen con un simple sistema de baterías sin el crujir de dientes y el retorcimiento de manos con respecto a la topología de circuito más simple que intentaba usar.

Por supuesto, existe el posible problema de que no es lo suficientemente simple. Pero pensé en ofrecerlo, por si acaso. Solo añade un componente. Lo que te compra mucho, creo. Pero depende de usted, por supuesto.