Warum sollte man LEDs mit einem gemeinsamen Emitter betreiben?

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Ich habe Tutorials gesehen, die sich an Anfänger richten und die folgende Methode zum Ansteuern einer LED von etwas ohne genügend aktuelles Laufwerk vorschlagen:

Schema A
(Option A)

aber warum nicht das:

Schema B
(Option B)

Option B scheint einige Vorteile gegenüber Option A zu haben:

  • weniger Komponenten
  • Der Transistor ist nicht gesättigt, was zu einem schnelleren Ausschalten führt
  • Der Basisstrom wird in der LED gut genutzt, anstatt den Basiswiderstand warm zu machen

und die Vorteile von Option A scheinen nur wenige zu sein:

  • bringt die Ladung näher an die Versorgungsschiene

Wenn jedoch Vcc signifikant größer als die Durchlassspannung der LED ist, spielt dies kaum eine Rolle. Warum sollte Option A angesichts dieser Vorteile bevorzugt werden? Etwas, das ich übersehen habe?

Phil Frost
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Dies ist eine ungültige Frage, da sie auf einer fehlerhaften Annahme basiert oder zumindest keine Beweise für die Prämisse enthält, auf der die Frage basiert. Ich stecke die LED oft in das Senderbein. Wenn genügend Spannung zur Verfügung steht, stecke ich den Widerstand auf den Emitter und die LED auf den Kollektor. Das macht eine Stromsenke so, dass die Versorgungsspannung keine Rolle spielt, solange sie hoch genug für die Gesamtspannung ist und nicht so hoch, dass sie eine übermäßige Verlustleistung verursacht. Es ist eine gute Möglichkeit, mit einem Angebot umzugehen, das variieren kann. Fix und ich mache die -1 rückgängig.
Olin Lathrop
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@OlinLathrop Ich denke, ich werde Phil hier unterstützen und sagen, dass ich mich nicht erinnern kann, wann ich das letzte Mal einen Online-Schaltplan für eine LED-Ansteuerschaltung gesehen habe, die ein Emitterfolger war. Wenn Sie eine Google-Bildsuche nach "LED-Treiber-Schaltplan" durchführen, erhalten Sie eine Kombination aus Common-Emitter- und Switch-Mode-Lösungen.
W5VO
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@ W5VO: Wie ich schon sagte, mache ich das oft nicht so. Was zufällige Leute im Internet vorschlagen, ist nicht viel Beweis für irgendetwas Nützliches. Zu fragen, warum einige Unbekannte eine bestimmte Art von Antwort veröffentlichen, ist eigentlich keine nützliche Frage, aber ich schätze, ich werde sie trotzdem beantworten.
Olin Lathrop
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@OlinLathrop Sie müssen eine Antwort aus diesem
Grund
Abgesehen davon würden die meisten Elektrotechniker überhaupt keinen Bipolartransistor verwenden. Wenn Sie einen N-Kanal-MOSFET verwenden, um Masse einzuschalten, gehen alle diese Probleme verloren. Sie können den Widerstand vor oder nach der LED platzieren, es spielt keine Rolle.
Gregg

Antworten:

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Ich würde argumentieren, dass es mit Option A weniger "gotcha's" gibt. Ich würde Option A Leuten mit unbekannter Elektronikfähigkeit empfehlen, weil es nicht viel gibt, was sie davon abhalten kann, zu funktionieren. Damit Option B funktioniert, müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein:

  • VCCLEDVCCCONTROL
  • VCCVfLED+VBE
  • Dies ist eine Topologie, die nur für BJT-Geräte gilt

VCCVf

Rload

Rload=VCCVfLEDILED

Vergleichen Sie dies mit dem, was für Option B erforderlich ist, und es gibt einen geringfügigen Anstieg des Schwierigkeitsgrades:

Rload=VCCVfLEDVBEILED


Verbinden Sie dies mit der Tatsache, dass die Vorteile von Option B häufig nicht benötigt werden. Abgesehen von der verringerten Teilezahl sollte der Basisstrom von Option A den Stromverbrauch nicht um mehr als 10% erhöhen, und LEDs werden selten (unbegründete qualitative Vermutung) schnell genug angesteuert, damit die BJT-Sättigung eine Rolle spielt.

W5VO
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Wenn Sie V_be in Ihre zweite Gleichung aufnehmen wollen, müssen Sie fairerweise V_ce (sat) in Ihre erste Gleichung aufnehmen.
Dave Tweed
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@ DaveTweed Sicher, Sie haben noch Vce, aber in der Sättigung kann es weniger als 0,1 V sein. Der Vorwärtsabfall Ihrer LED oder Ihres Netzteils kann so stark variieren. Ich würde argumentieren, dass es im Rauschen der Berechnung liegt und gefahrlos ignoriert werden kann. Vbe ist jedoch bedeutend, wenn LEDs mit niedriger Vf (rot, IR) oder niedrigen Versorgungsspannungen gegenüberstehen, da es viel größer ist. Ich kann mir Situationen vorstellen, in denen es wichtig wäre, aber keine, in denen ein Emitterfolger ebenfalls funktionieren würde.
W5VO
1
Ich weiß nicht, ob man sagen kann, dass es für BJTs einzigartig ist - ein MOSFET funktioniert auch als Source-Follower, aber ich nehme an, ein BJT macht es in den meisten Hinsichten besser.
Phil Frost
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@PhilFrost Vielleicht ist es besser zu sagen, dass es einzigartig für ein BJT geeignet ist . Ein MOSFET würde bei gleicher Grundkonfiguration und Schaltkreistopologie nicht das gleiche Verhalten liefern. Das heißt nicht, dass Sie es nicht zum Laufen bringen könnten, aber es wäre nicht gleichwertig.
W5VO
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Eine noch bessere Variante Ihrer Option "B" besteht darin, die LED mit dem Kollektor in Reihe zu schalten, während der Widerstand mit dem Emitter in Reihe geschaltet bleibt.

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab

Dies macht den Transistor zu einer gesteuerten Stromsenke, wobei der Strom durch die Basisspannung minus VBE über dem Widerstand bestimmt wird. Die Basisspannung kommt normalerweise von einem digitalen Ausgang eines Mikrocontrollers, der von einem Regler gespeist wird, so dass sein Wert genau kontrolliert wird. Wenn Sie beispielsweise eine 3,3-V-Logik verwenden und einen 270-Ω-Widerstand haben, erhalten Sie über die LED nette 10 mA.

Die Anode der LED (oder sogar eine lange Reihe von LEDs) wird von einer höheren Spannung gespeist (die nicht einmal geregelt werden muss), und der Spannungsabfall, der nicht über den LEDs auftritt, tritt über der LED auf Transistor.

Dave Tweed
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Ich denke, ich habe Fälle in Betracht gezogen, in denen nur eine + 5V-Versorgung verfügbar ist, aber dies ist ein guter Punkt, wenn eine höhere Spannung als die Logik verfügbar ist. Ich nehme an, man könnte der Basis immer einen Widerstand hinzufügen, um auch einen Spannungsteiler herzustellen, und die gleiche Anzahl von Teilen wie bei Option A haben.
Phil Frost,
@ Dave Könnten Sie einen Schaltplan hinzufügen, der Ihre Variante von Option "B" zeigt? Wäre hilfreich für das visuelle.
JYelton
@JYelton Ich habe es gerade getan. Hoffentlich habe ich es richtig gemacht.
Phil Frost
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Option B erfordert, dass das Steuersignal auf eine höhere Spannung als die LED-Abfallspannung plus die Basis- / Emitter-Abfallspannung angehoben wird. Wenn Ihr Steuertreiber mit einer höheren Spannung als der LED-Abfallspannung plus der Transistor-Basis- / Emitter-Abfallspannung arbeiten kann, ist Option B gültig.

Option A hingegen kann problemlos jede LED-Drop-Spannung ansteuern, vorausgesetzt, Ihre Versorgungsschiene ist hoch genug und Sie erreichen nicht die Basis- / Kollektor-Durchbruchspannung.

Denken Sie auch daran, dass Sie, wenn Sie mehrere LEDs in Reihe schalten möchten, alle Spannungsabfälle der LEDs addieren müssen.

helloworld922
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In Anbetracht der begrenzten Fähigkeit der TTL-Ausgänge, hoch zu ziehen, war Option A zu diesem Zeitpunkt die sicherste. Das war wahrscheinlich, als die heutigen Pädagogen lernten ...
Brian Drummond
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Option A ist ein ordentlicher EIN / AUS-Schalter. Wenn BJT gesättigt ist, hängt der LED-Strom im Wesentlichen von Vcc und R3 ab, sodass die LED eine konstante Helligkeit aufweist.

Option B ist ein "Emitterfolger" und bewirkt, dass der LED-Strom von der Eingangsspannung abhängt, da VE Vin -0,7 wäre.

Option B ist gut, wenn Sie den LED-Strom und die Helligkeit steuern möchten. Meistens ist es jedoch besser, Option A und ein PWM-Schema zu verwenden (genauer).

Joan
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Warum ist Option B für die PWM-Steuerung weniger geeignet? Ich würde sagen, es ist besser geeignet. Unter anderem weist Option B keine Speicherverzögerung auf .
Phil Frost
Phil, Speicherungsverzögerung ist normalerweise bei üblichen PWM-Frequenzen vernachlässigbar, besonders wenn wir eine LED-Helligkeit steuern möchten, sind ein paar kHz in Ordnung. Zweitens ist ein PWM-Treiber normalerweise ein Mikrocontroller, der mit 3 V 3 oder weniger (bei 5 V bereits wenige) betrieben werden kann. Möglicherweise ist nicht genügend Spannung vorhanden, um die EF-Konfiguration zu steuern.
Joan
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Ich bin nicht überzeugt von Ihrer impliziten Annahme, dass der übliche Weg darin besteht, eine gemeinsame Emitterkonfiguration zu verwenden. Nehmen wir jedoch an, dass dies wahr ist. Es lohnt sich nicht, auf die Vorzüge der verschiedenen Ansätze einzugehen, da dies sowieso nicht Ihre Frage ist.

Ich denke, der Grund dafür ist, dass die gemeinsame Emitterkonfiguration die konzeptionell offensichtliche ist, und es steckt wenig mehr dahinter. Denken Sie daran, wer diese Art von Ratschlägen schreibt, die Sie "irgendwo im Internet sehen". Der Typ, der die für das jeweilige Design geeignete Methode anwendet, ohne dass ihm dies einfällt, wird nicht daran denken, eine Webseite zum Ansteuern einer LED zu erstellen. Es ist die Person, die gerade 2 Tage damit verbracht hat, herauszufinden, welche Beine des Transistors der Sammler, der Emittent und die Basis-A-Ma-Sache sind, und dann eine Woche, um den Mikrocontroller-Code zum Blinken der LED zu bringen, die stolz Looky me world veröffentlichen wird. Ich habe mir eine LED geblinkt !!! Für diese Leute ist die gemeinsame Emitterkonfiguration die konzeptionell naheliegende.

Ein gemeinsamer Emitter ist ein Beispiel für die Verwendung eines Bipolartransistors. Es ist offensichtlicher, wie der Transistor eine Verstärkung liefert. Für den Neuling klingen Emitterfolger und noch schlimmer, einen Bipolar als kontrollierte Stromsenke zu verwenden, wie fortgeschrittene Konzepte.

Olin Lathrop
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Könnten Sie bitte den 2. Absatz durch einen (dann dritten) Absatz ersetzen, der ein wenig erklärt, was einen BJT zu einer geregelten Stromsenke macht ? Dies würde Ihre Antwort viel wertvoller machen. Danke.
try-catch-finally
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@try: Das würde das Thema der Frage verlassen, weshalb eine Methode häufiger "im Internet gesehen" wird.
Olin Lathrop