Wofür ist dieser Widerstand in dieser Schaltung?

Ich studiere Elektronik und lese / arbeite mich gerade durch "Make: Electronics" von Charles Platt. Hier ist einer der Schaltpläne, die er für einen grundlegenden Einbruchalarm gibt:

Meine Frage ist, wozu der 1K-Widerstand nach dem Umschalten dient. Ich verstehe den Sinn aller anderen Komponenten, aber warum muss dieser Widerstand da sein? Ich habe diesen Teil des Buches einige Male neu gelesen, aber es scheint nicht zu erwähnen, warum dieser Widerstand da ist oder was er tut. Kann es weggelassen werden?

Die 10K- und 1K-Widerstände im Stromkreis bilden einen Spannungsteiler, wenn der Schalter geschlossen wird. Mit der + 12V-Versorgung stellt dieser Teiler nominell eine Transistor-Basisvorspannung von ungefähr 1 Volt ein. Es fließt sehr wenig Basisstrom, da der Emitter des NPN-Transistors über Masse gehalten wird und die Spannung des NPN-Basisemitters niemals hoch genug wird, um den Transistor einschalten zu lassen. In einer Simulation einer solchen Schaltung mit einem 2N3904-Transistormodell zeigt sich, dass das Vorhandensein des 1K-Widerstands aufgrund von sehr niedrigen Strömen im Transistor eine gewisse Vorspannung über der LED von etwa 0,7 V beibehält. Wenn der 1K-Widerstand entfernt wird und der Schalter gegen GND geschlossen wird, fällt die Vorspannung über der LED auf im Wesentlichen Null, da der Transistor vollständig ausgeschaltet wird.

Unter funktionalen Gesichtspunkten ist es nicht erforderlich, den 1K-Widerstand für diese einfache Schaltung zu verwenden, damit eine LED vom Schalter ein- und ausgeschaltet werden kann. Wenn diese Schaltung andererseits in einem komplexeren System verwendet würde, bei dem eine Überwachungsschaltung über der LED nach der oben genannten Vorspannung suchte, könnte dies ein Anzeichen dafür sein, dass die gesamte Verkabelung vom Schalter zur LED intakt und in Position war. In einem echten Einbruchmeldesystem, bei dem der Schalter und die LED weit voneinander entfernt sein können, kann diese Restvorspannungserkennung eine Rolle spielen, um sicherzustellen, dass die Verkabelung nicht manipuliert wurde.

Sie haben recht, der 1 kΩ Widerstand ist sinnlos. Wenn der Schalter geschlossen ist, wird bewirkt, dass die Basis des Transistors niedrig genug wird, um ihn auszuschalten, aber ein vollständiger Kurzschluss der Basis gegen Masse würde eindeutig den gleichen Effekt erzielen.

Ich mag diese Strecke nicht besonders. In diesem Fall sehe ich keinen Sinn darin, die LED im Emitter-Bein zu platzieren. Es scheint eine verschlungene Art zu sein, Dinge zu tun, die keinen wirklichen Nutzen haben.

Angesichts all dessen würde ich nichts in diesem Buch als Beispiele für gutes Design ansehen.

Wenn der Schalter offen ist, wird die Basisspannung durch die Durchlassspannung der LED bestimmt, beispielsweise 2 V + 0,7 V = 3,7 V. Der Basisstrom beträgt dann (12 V - 3,7 V) / 10 kΩ = 0,83 mA.

Wenn Sie den Schalter schließen, wird der Strom durch den 10-kΩ-Widerstand so aufgeteilt, dass er teilweise durch den 1-kΩ-Widerstand und teilweise in die Basis fließt. Wir wissen, dass die Basis 3,7 V benötigt, bevor der Transistor zu leiten beginnt. Um dort 3,7 V zu haben, muss der Strom durch 1 kΩ 3,7 mA betragen, aufgrund des Ohmschen Gesetzes. Wenn der Transistor leiten würde, wäre sein Basisstrom 3,7 mA niedriger als der Strom von der 12-V-Versorgung durch den 10-kΩ-Widerstand.

Wir haben jedoch festgestellt, dass dieser Strom nicht höher als 0,83 mA sein wird, sodass alles durch 1 kΩ fließt und der Transistor überhaupt nicht leitet. Da es nicht leitet, können wir es vorerst ignorieren und die Basisspannung vom Widerstandsteiler berechnen:

$V_B = \dfrac{1 k\Omega}{1 k\Omega + 10 k\Omega} \times 12 V = 1.09 V$

das ist in der Tat niedriger als die erforderlichen 3,7 V.

Was ist, wenn 1 kΩ weggelassen wurde? Dann würde der Erdstrom von 1,09 mA auf 1,2 mA ansteigen, das ist alles. Diese Differenz von 0,1 mA wird die Bank nicht sprengen, Sie können sie also auch weglassen.

Ehrlich gesagt denke ich nicht, dass dies eine gute Strecke ist. Sie schließen den Schalter, um die LED auszuschalten, anstatt einzuschalten, was in Ordnung ist. Dies bedeutet jedoch, dass bei ausgeschalteter LED immer noch ein Strom von 1,1 mA fließt, und zwar umsonst. Es wäre besser, den Schalter auf der 10-kΩ-Seite zu platzieren. Zugegeben, seine Funktion wäre umgekehrt (das Schließen würde die LED einschalten), aber Sie haben keinen Strom, wenn die LED ausgeschaltet ist. In diesem Fall können Sie der Masse noch einen Widerstand hinzufügen, der Wert sollte jedoch viel höher sein: 4,5 kΩ ziehen 0,83 mA bei 3,7 V Basisspannung. Diese 0,83 mA waren der Strom, der von der 12-V-Versorgung kommt, das ist also der Punkt, an dem der Transistor gerade erst zu leiten beginnt. Der Wert muss also höher sein. Ein 100 kΩ-Wert zieht 37 µA, wenn der Transistor leitet, sodass die Basis 830 µA - 83 µA = 750 µA erhält. Wenn Ihnen der Verlust von 10% egal ist, können Sie den Widerstand platzieren. Sie können es dort auch weglassen (nicht durch ein Kabel ersetzen!), Dann schwebt die Basis, wenn der Schalter geöffnet ist. Für einen Bipolartransistor ist dies kein wirkliches Problem, zumal Sie hohe 3,7 V benötigen würden, um ihn leitend zu machen, aber für einen MOSFET wäre dieser Widerstand erforderlich.

Der Strom findet den Pfad mit dem niedrigsten R. Abschalten, der Teiler klemmt die Basisspannung auf 1 V, was nicht ausreicht, um den Transistor einzuschalten. Beim Einschalten fließt der Strom in den Transistor und schaltet Vbe und Diode ein.

Ich habe aus Ihrer Frage gelesen, dass die Schaltung ein Beispiel für Einbruchalarm ist.

Daher denke ich, dass die Funktion dieses Widerstands darin besteht, zu verhindern, dass ein Eindringling Ihren "sehr raffinierten" Alarm abbrennt, indem eine 9-V-Batterie direkt zwischen die Schaltkontakte geschaltet wird.

Eine andere Funktion dieses Widerstands (möglicherweise wird später in diesem Buch erklärt, wie man einen solchen Einbrecher verbessert) ist, dass er möglicherweise in den Schalter eingebettet ist. Auf diese Weise ist der Widerstand 0, wenn ein Eindringling nur die Drähte kurzschließt (dh er / sie macht einen direkten Kurzschluss zwischen Basis und Masse). Daher können Sie einen Komparator hinzufügen, der die Basisspannung überwacht. Wenn es zu niedrig wird, sollte der Alarm trotzdem aktiviert werden, da ein Eindringling versucht hat, Ihren Alarm zu manipulieren.

Zum Teil hat der Widerstand keine weiteren praktischen Funktionen: Er hätte weggelassen werden können.

Warum diese seltsame Anordnung (NPN-Transistor, LED am Emitter SIDE). Wenn Sie den Schalter und den Widerstand als eine einzige Komponente betrachten, werden Sie feststellen, dass bei beiden die Masse mit einem Anschluss verbunden ist. Vielleicht kann dies unter bestimmten Umständen nützlich sein?