Corriente constante de BJT, ecuaciones de resistencia

Is there a way to create a constant current while protecting the base in my situation?

Sí. En primer lugar, el R3 no necesita existir, ya que no sirve para otro propósito que no sea el de calentarse a altas corrientes y desperdiciar energía. R2 solo necesita ser de 1 K a 3 K, dependiendo de la corriente de polarización con la que desee conducir el transistor. Piense en términos de 1 a 10 mA de corriente base.

La corriente constante con un bjt simplemente significa que la tensión de la base a tierra está rígidamente fijada por un TL431 o 2 diodos 1N4148 en serie a tierra. Dos diodos bloquearían la base al voltaje de tierra a ~ 1.25 VDC.

Ahora reste la caída Vbe de 0,65 voltios. Esto significa que la tensión del emisor se fija en 0,65 voltios. Ahora tu corriente constante se convierte en 0.65 / R. Si R1 es 1.00 K, entonces la corriente se fija en 650 uA. Si R1 es de 650 ohmios, la corriente es de 1.00 mA. Si R1 es de 6,5 ohmios, la corriente es de 100 mA. Sí, así de simple.

Si R1 tiene una potencia nominal de 1 vatio, entonces es mayormente el nivel de potencia en vatios de T1 que debe preocuparse. Disipará la corriente Vce drop * como calor.

NOTAS:

1) Si el voltaje del variador a través de R2 es fijo y estable, entonces no se necesita una abrazadera de voltaje, por lo que debería ajustar R1 para que coincida con el voltaje del emisor.

2) La corriente constante se aplicará a menos que V + exceda la clasificación de voltaje del transistor o si V + no tiene un voltaje mayor que el Vce + Vbe del transistor.

3) Prefiero las pinzas de diodo porque mantiene el voltaje del emisor bajo, por lo que R1 puede ser de ohmios bajos para obtener 100 mA o más de corriente con poca energía desperdiciada como calor. Además, R2 puede tener una fuente de 3.3 voltios o 5 voltios y aún así mantener la misma corriente. Si puede mantener V + a 10 voltios, evitará que el T1 se caliente.

4) R1 NO PUEDE ser cero ohms o una corriente infinita fluiría y dañaría T1. Mantenga R1 no por debajo de 3.3 a 4.7 ohmios.

Algunos detalles que obtengo de su pregunta, que pueden mostrar mi incapacidad para leer e interpretar. Pero me arriesgaré.

• Su suministro \ $ + \ text {V} \ $ puede estar en algún lugar entre \ $ 10 \: \ text {V} \ $ y \ $ 20 \: \ text {V} \ $ y puede conectarse a tierra y puede estar flotando Y asumiré que también pueden ser otros valores, pero al menos siempre en algún lugar entre \ $ 0 \: \ text {V} \ $ y \ $ 20 \: \ text {V} \ $.
• No tengo pistas sobre tu carga. Excepto que le gustaría asegurar \ $ 150 \: \ text {mA} \ $ para ello cuando la E / S lo indique y asumiendo que la fuente de voltaje también puede cumplir.
• Sin embargo, puedo argumentar que su carga requiere menos de \ $ 5 \: \ text {V} \ $ para su propia operación. Esto se debe a que la fuente \ $ + \ text {V} \ $ puede ser tan pequeña como \ $ 10 \: \ text {V} \ $ y usted está discutiendo esto en el contexto de un \ $ 5 \: \ text {V} \ $ I / O (cuando se habla del valor del emisor \ $ 4.2 \: \ text {V} \ $.) Si el BJT no está saturado (supuesto razonable), entonces el colector debe estar por encima del voltaje base. Entonces, esta es la razón por la que puedo concluir esto sobre tu carga.
• Le preocupa limitar la corriente de base en el BJT. No dices precisamente por qué, pero yo también correré con eso. (Veo el punto en el que si NO usa una resistencia de base y \ $ + \ text {V} \ $ está flotando, entonces la corriente de base podría ser bastante alta, limitada solo por la resistencia del emisor y la conformidad de salida de su I / O pin. Y si \ $ + \ text {V} \ $ está conectado a tierra, entonces tendría otra unión con polarización directa y sin resistencia de límite actual para esa unión.

Probablemente recomendaría este enfoque muy común, entonces:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

\ $ Q_1 \ $ debe mantenerse aislado térmicamente de \ $ Q_2 \ $, ya que es probable que \ $ Q_2 \ $ se caliente. Suponiendo que la carga requiere \ $ \ le 5 \: \ text {V} \ $ y \ $ + \ text {V} \ $ puede ser tanto como \ $ 20 \: \ text {V} \ $, es bastante claro que \ $ Q_2 \ $ cae tan poco como \ $ 20 \: \ text {V} -5 \: \ text {V} -1.5 \: \ text {V} = 13.5 \: \ text {V} \ $ y quizás como tanto como \ $ 18.5 \: \ text {V} \ $. Por lo tanto, tiene que seleccionar \ $ Q_2 \ $ para que se pueda disipar alrededor de \ $ 3 \: \ text {W} \ $. Sin embargo, \ $ Q_1 \ $ está realizando la función de monitoreo actual utilizando su \ $ V_ \ text {BE} \ $, que ya es sensible a la temperatura. Así que la separación térmica puede hacer que las cosas sean más predecibles. (Sin embargo, la temperatura ambiente todavía tendrá un efecto. Si desea que esto funcione repetidamente en un amplio rango de temperatura ambiente, se necesita un circuito diferente).

El circuito anterior requerirá \ $ \ lt 3 \: \ text {mA} \ $ de su pin de E / S, independientemente de lo que esté haciendo \ $ + \ text {V} \ $. Incluso si \ $ + \ text {V} \ $ está conectado a tierra, ya que, como puede ver, hay \ $ R_1 \ $ para interceder en todos los casos.

Hay varios problemas aquí:

1. Dibujeelesquemaconunflujológicodeizquierdaaderecha.Afortunadamente,loquetieneseslosuficientementesimplecomoparaentenderlodetodosmodos,perotodavíaesmolestodever.
2. Claramente,estásusandoEagle,asíquenohayexcusaparadejarnoslascapturasdepantalla.Losdiferentescoloresdelasredesylossímbolosylospequeñospuntosdemiradeorigendecadacomponentedeldibujonotienenrelevanciaparanosotros.Sonalgoentreustedysusoftware,peroinfligirlosaotrosesgroseroyrestavaloralmensaje.Eagletieneformasfácilesdeexportaresquemasaarchivosdeimagen.Usalos,usalosaellos.
3. Corregirlaorientacióndeltexto.NohayexcusapararotarlosdesignadoresdecomponentesR1yR3.Habíamuchoespacioynadaleimpedíapresentarcorrectamenteelesquema.Noseastanperezoso.Recuerdaqueestáspidiendounfavoralosvoluntarios.

Ibaaentrarenlosdetallesdelcircuito,peromequedésintiempo.Tengoqueirmeahora.Talvezrecuerdevolvermástardeyhablarsobreelcircuito.

Añadidosobreelcircuito

Veoquehasarregladoelesquema,asíqueahorapodemoshablarsobreelcircuito.

Básicamente,intentautilizarunaconfiguraciónbasecomúncomounsumideroactual.Esoestábien,exceptocuandoeltransistornorecibesuficientevoltajedelcolector,ymuchadelacorrientedelaresistenciadelemisordebeprovenirdelabase.Elcircuitoqueconducelabasenopuedemanejareso.

Unasoluciónesmásganancia.Duranteelfuncionamientonormal,esosignificaquehaymenoscorrienteextraídadelasalidadigital,porloquecualquierresistenciaenseriecausamenoscaídadevoltaje.Aquíhayunaidea:

Esto sigue utilizando el mismo principio de un voltaje de base fijo en Q1 que causa un voltaje fijo en R2, lo que hace que se hunda una corriente fija. La diferencia es la adición de Q2, que proporciona una ganancia más actual.

En este ejemplo, se puede contar con Q1 para tener una ganancia de 40, y Q2 de 30. La ganancia general de la corriente de base de Q1 a la corriente de colector de Q2 es por lo menos de 1200. La corriente de base máxima de Q1 por lo tanto, durante el funcionamiento normal es (150 mA) / 1200 = 125 µA.

R2 es lo que debe ser para causar aproximadamente 150 mA a 4.3 V. R1 se dimensiona para limitar la corriente cuando Q2 no está alimentado. Como no proporcionó ninguna especificación, elegí arbitrariamente 10 mA para la corriente de seguridad máxima que puede generar la salida digital.

Ahora podemos trabajar hacia atrás y ver cuál es el error debido a R1. Sabemos que la corriente máxima a través de R1 será de 125 µA, por lo que la tensión máxima a través de ella será de 54 mV. Eso equivale a un error de 2 mA cuando se refleja en R2, o aproximadamente el 1.3% de su objetivo de 150 mA. De todos modos, aquí hay otras fuentes de error más importantes, en particular el voltaje B-E real de Q1.

Llámame loco, pero no creo que R2 importe en absoluto si V + es terreno de flotación (¿o alguna vez?). Sólo déjalo fuera. El principio de funcionamiento de un BJT es que la corriente del emisor de base se amplifica (por el factor de ganancia beta del transistor) para generar la corriente del emisor-colector, y la unión del emisor de base incurre en una caída de voltaje del diodo ...

Si V + está flotando, no puede desarrollarse una corriente de colector-emisor, porque cuál sería la fuente de esa carga móvil (conservación de energía y todo eso).

Si V + es tierra, tampoco puede desarrollarse una corriente de colector-emisor, porque la corriente fluye de un potencial más alto a un potencial más bajo. Si ambos extremos de esa ruta están en GND, ninguna corriente puede fluir entre ellos.

A menos que me esté perdiendo algo, en cuyo caso estoy seguro de que la comunidad intervendrá.

Por favor, intente esto.

1. DejequeR2sea1kiloohms
2. Coloqueunzenerdevoltajeinversode,porejemplo,2,7V(pormotivosdediscusión)entrelabaseyelsueloyasegúresedequeestépolarizadocorrectamentecuandolaMCUloestáimpulsando.
3. Cambielaresistenciadelemisor(R1)a14ohmios
4. Ahoratenemosunaconstantede2,7VaplicadaatravésdelabasecadavezqueseaccionaelZener(voltajeinverso)
5. Suponiendounacaídadebasede0.7V,tendremos2Vatravésdeestaresistenciadeemisortodoeltiempo.
6. Correspondeaunacorrientede2V/14ohmios,queesaproximadamente142mA.
7. Tengaencuentaqueestoesindependientedelatensiónpositiva(10Va20V)
8. EncuentreuntransistorDarlingtonparaaltaß
9. DependiendodelvoltajedelaMCU,puedeelegirelvoltajeZeneryhaceroperacionesmatemáticassimilaresnuevamenteparaelegirelnuevovalorderesistenciadelemisor
10. noNofuncionaconV+flotante.
11. R3puedesersucarga(LED,porejemplo)

TodoslospuntosanterioresserefierenadesignadoresdereferenciaenlapreguntadeOP

Subiráelcircuitopronto

SoloejemploEsquemas:

Acontinuaciónsemuestraelbarridorealizadoparaelsuministrode12Venpasosde2Vhasta20V.Puedeejecutarlasimulaciónyajustarlosvalores.

El texto de abajo usa referencias en mi circuito

Zener y R2 (en mi circuito) juntos actúan como retroalimentación negativa para este sistema y, por lo tanto, cuando la corriente intenta aumentar, la tensión del emisor aumentará, lo que tenderá a disminuir la tensión de la base del emisor aplicada para el transistor allí al reducir la ganancia a pequeño y bueno el coleccionista actual en consecuencia.