Voltaje de control usando el transistor

4 LED en serie, cada caída de 3 V no va a funcionar bien con una fuente de 12 V. Los LED están consumiendo toda la tensión, por lo que no queda nada para que se caiga un interruptor o algún mecanismo para asegurarse de que la corriente esté razonablemente regulada.

La batería "12V" variará un poco dependiendo de la temperatura y el estado de carga. Los LED tienen una curva de corriente pronunciada en función del voltaje, por lo que un pequeño cambio en el voltaje de la batería causará un cambio significativo en la corriente del LED.

A lo sumo, puede ejecutar 3 de estos LED en serie con una batería de "12 V". Eso le da aproximadamente 3 V a un voltaje nominal para lo que regula la corriente a caer. Aquí hay un circuito simple para una sola cadena de 3 LED controlados desde una salida digital de 5 V:

EstoconfiguraQ1paraqueseaunsumiderodecorrienteengranmedidaindependientedelatensiónrealdelabatería.UsteddicequesusLEDstoman250mWa3V.Esosignificaquelacorrienteatravésdeellosesde83mA.Enestecircuito,estamostratandodemantenerelemisora1V,loquecausarálacorrientecorrectaatravésdeR12,conel98%deesoomáspasandoatravésdelosLED.Eltransistorloharáenunampliorangodevoltajedecolector,queescomosemantienelamismacorrienteindependientementedelasvariacionesdevoltajedelabatería.

R2yR3sonalgodeunaconjetura.ProbablementetengasqueajustarR3paraobtenerlacorrienteLEDdeseada.Sinembargo,unavezqueencuentreelvalorcorrectoconsutransistorparticular,estodeberíafuncionarbien.ElproblemaesquelacorrientedelabaseeslosuficientementealtacomoparacargareldivisordevoltajeR3/R3,peronopodemossaberquéhayalfrentepararecortarR3.

Digamosquelagananciadeltransistores50,queeselmínimoconelquedeberíaspodercontar.Enesecasolacorrientedebaseseráde1.7mA.ComouninicioaproximadoenelcálculodeR3,usé1.5mAdecorrientebase.CalculelacaídadeB-Ea700mV,porloquequeremosmantenerlabasea1,7V.Esosignificaque7mAfluiránhaciaelnodobaseatravésdeR2.Conlabasetomando1,5mA,esodeja5,5mAparaqueR3dibuje.(1.7V)/(5.5mA)=309,porloque300Ωesunbuenvalorparacomenzaryverdóndeseencuentra.UnvalormásbajodeR3causaráunacorrientedeLEDmásbaja.

Tengaencuentaqueestecircuitosuponequesusalidadigitalpuedegenerar7mAa5V.Muchospueden,perodebesverificarlo.

Añadido:

ElpuntodelcircuitoanterioreracontrolarelnúmeromáximodeLEDdeunacadenaylidiarconlaposiblevariaciónsignificativadelvoltajedelabatería.SideseadarseporvencidoysimplementeobtenerdosLEDporcadenacomolohanhechootrasrespuestas,entoncesestosevuelveaúnmássimple:

Esto utiliza las menos partes, extrae la menor corriente de la salida digital y aún mantiene la corriente del LED razonablemente constante a medida que varía la cantidad de batería. Tenga en cuenta que R1 debe tener al menos una resistencia de 1/2 vatio.

Esto utiliza la misma estrategia que antes, que mantiene la base del transistor a un voltaje fijo con una resistencia de emisor fija para crear un sumidero de corriente que es en gran medida independiente del voltaje de la batería. Con solo dos LED para conducir, tenemos suficiente voltaje para que el transistor caiga y la base se pueda mantener a 5 V. A diferencia de un interruptor de emisor común de fuerza bruta, la corriente extraída de la salida digital será la corriente del LED dividida por la ganancia del transistor, no una "ganancia forzada" disminuida artificialmente, además de esto regula activamente la corriente del LED como se indicó anteriormente. Suponiendo que puede contar con que el transistor tenga una ganancia de al menos 50, esto extrae menos de 2 mA de la salida digital.

Replique para cada par de LED que quiera conducir.

Necesita obtener un espacio para la cabeza, así que divida la matriz de 4 LED conectada en serie en una matriz de dos cadenas paralelas, como se muestra a continuación.

R1 y R2 disiparán alrededor de medio vatio cada uno, por lo que no estaría mal usar dos resistores de película de carbón de 150% óhmm estándar de 150 ohmios en paralelo para cada cadena, cada par paralelo en serie con su cadena de LEDs.

Parece que solo necesitas un interruptor para encender y apagar los LED usando un pin Arduino, configurado como una salida digital. El comentario acerca de que un transistor es un amplificador parece ser una distracción.

Podrías hacer esto de varias maneras. Puede usar un transistor MOSFET, BJT, Darlington o un IC.

El enfoque más simple podría ser utilizar un MOSFET de canal N:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Sus LED necesitan una corriente de:
I = 0.25W / 3V = 83mA

Los LED están en serie, por lo que la misma corriente pasa a través de todos ellos. Elija un MOSFET que manejará al menos 2x o más de esa corriente para dar un poco de margen.

Editar:
Un MOSFET parece una resistencia controlada por voltaje. Su resistencia activada se llama Rds (activada). Los MOSFET con Rds (en) bien por debajo de 0.1ohm están disponibles por menos de $ 1.

La caída de voltaje a través de un drenaje del MOSFET a la fuente (Vds), con una resistencia de activación (Rds (on)) de 0.01ohm es:

  

V = IR = 0.083A * 0.1ohm = 0.0083V, o 8.3mV

Lo que está muy por debajo de tu objetivo de 2V.

El MOSFET actual (ID) debe ser de 200 mA o más,
Vds 20V o más, y
Vgs 20V o más (para estar seguro si comete un error de cableado)
Debe cambiar a 4.5V Vgs (muchos conmutadores a 10V Vgs), por lo que la forma más sencilla de garantizar que el MOSFET tenga un Vgs suficientemente bajo es buscarlo Rds (en), que debe indicarse a 4.5 V o menos.

La única desventaja significativa es que en su mayoría son dispositivos de montaje en superficie (SMD) que pueden ser inconvenientes.

Un circuito muy similar funcionará con un BJT NPN, con la adición de una resistencia en su conexión base para limitar la corriente extraída del pin Arduino.

Tiendo a utilizar ULN2803, que son circuitos integrados que contienen 8 transistores Darlington. Cada uno es capaz de cambiar 150 mA, y tiene una resistencia para limitar la corriente de base incorporada, por lo que es muy fácil de usar. Vienen en paquetes de plástico Dual-In-Line (DIL) (DIP), por lo que son fáciles de usar en una placa de pruebas. La caída de voltaje en estos transistores Darlington es de aproximadamente 1.3V.

Editar:
La "mejor" solución usaría una fuente de corriente constante y eliminaría R1. Mantendría la constante de corriente incluso mientras cambia la temperatura. Podrías hacer eso a partir de componentes discretos.

(No puedo ver el circuito integrado que estoy buscando)