Selección de la resistencia de base en el controlador LED de corriente constante controlado por el amplificador óptico

Question

¿Cómo puedo calcular el valor adecuado de R1 y R8 para que no fluya corriente extra por las bases de mis transistores a bajo voltaje?

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

He heredado este proyecto a mitad de diseño y no tengo ninguna experiencia con los op-amps. Normalmente, V2 es más alto, pero el diseño tal como se presenta es la especificación de bajo voltaje requerida. Con este circuito de alimentación de bajo voltaje, los potenciales del colector caen más bajo que las bases, causando un exceso de corriente (~10mA) que fluye fuera del op-amp y en las bases. Usando la simulación he averiguado que si aumento R1 y R8 al rango de 2,5k-5k puedo reducir esta corriente a un nivel razonable (<2mA), pero me gustaría saber cómo diseñarlo correctamente desde el principio.

Answer 1

Puedes establecer un límite inferior en el valor de la resistencia a partir de la corriente máxima que quieres que fluya desde el op-amp.

Puedes establecer un límite superior en el valor de la resistencia a partir de la corriente mínima necesaria para encender el transistor. Eso requiere encontrar el voltaje mínimo del op-amp bajo carga cuando está en carril y así sucesivamente, por lo que un poco de cálculo y la interpretación de la hoja de datos.

Es posible que el límite superior sea más bajo que el límite inferior basado en tus preferencias en primera instancia, y tendrás que vivir con la limitación de corriente en el op-amp, ajustar tus preferencias, o añadir algún circuito externo UVLO (undervoltage lock-out) si eso te preocupa.

Answer 2

Esto no es realmente una respuesta, pero no hay suficiente espacio en los "comentarios" para describir esto...

Un comportamiento clave de los amplificadores operacionales, cuando están configurados de la forma en que usted lo ha hecho (con la salida conectada al terminal "-") es que tratarán de conducir su salida a lo que sea necesario para hacer que los terminales de entrada tengan el mismo voltaje. Esto es la clásica "retroalimentación negativa".

Además, para simplificar, considere que las entradas del amplificador óptico son CIRCUITOS ABIERTOS (es decir, no fluye corriente en ellos)

Su terminal "+" es fácil. Es un divisor de voltaje. Así que hay 5,5*(24/(24+101) = 1,056 voltios. Ese es un valor fijo, no importa lo que pase aquí.

El terminal "-" es un poco más complicado

Dado que NO fluye corriente en la entrada "-", eso significa que no hay corriente que fluya a través de la resistencia de 1k (R2), lo que significa además que cualquier tensión presente en la parte superior de la resistencia de 14 ohmios será (debería ser) la misma tensión en el pin "-". es decir, 1,056V

Entonces tienes por ley de ohmios (E=IR) 1,056 = I * 14..... I= 75mA

El amplificador óptico conducirá su salida hacia arriba o hacia abajo a cualquier valor que tenga que ser tal que lo anterior sea cierto. Esta es la esencia de la retroalimentación negativa.

Lo único que puede hacer que NO funcione es que el voltaje que tiene que alcanzar el opamp sea superior al que puede alcanzar... Esto sería dictado por el suministro de voltaje de los opamps. Si es +- 12V, puedes conseguir la salida a tal vez +-11V o más o menos (Opamp dependiente).

Ahora ten en cuenta que aún no se ha mencionado la resistencia de base de 100 ohmios. Esto es porque su valor exacto realmente no importa. De nuevo, el amplificador óptico hará lo que tenga que hacer para obtener 1,056V en esa resistencia.

Si ves que no puedes conseguir 1,056 y es DEMASIADO BAJO, significa que el transistor no puede ser conducido con suficiente fuerza, y tal vez sea necesario bajar esos 100 ohmios. Si siempre es demasiado alto, puede que sea necesario aumentar los 100 ohmios.

Ahora mismo no tengo tiempo para hacer todas las cuentas, pero espero que esta descripción de cómo funciona todo esto te encienda una bombilla.

Buena suerte.

Answer 3

El amplificador óptico intentará mantener la parte superior de R3 a 1V. Eso significa una corriente total de emisor de ~140mA (Q1 y Q2).

Cuando todo funciona correctamente, la corriente de base necesaria depende de la ganancia de corriente de los transistores. En el lado de baja ganancia, I_emisor/I_base puede estar en torno a 20. Para estar seguro, diga 15, a menos que la hoja de datos del transistor diga otra cosa.

Con una ganancia de 15 aproximadamente, el amplificador óptico tendrá que suministrar 9mA. Suponiendo una caída conservadora de 1V a través de B-E, y que la salida de tu amplificador óptico puede llegar hasta 5,5V (que supongo que es su alimentación), eso significa 3,5V / R1 = 0,0045.

R1 sale a 777 ohmios. Deberías poder aumentar R1 y R8 a 750 ohmios más o menos sin perjudicar el funcionamiento del circuito. Tu amplificador operacional proporcionará entonces como máximo 12mA de corriente, tanto si los LEDs están suficientemente alimentados como si no.

Sin embargo, comprueba la hoja de datos de Q1 y Q2. Si te promete más ganancia, entonces puedes subir más R1 y R8. Además, puede que quieras poner otra resistencia como R2 en la parte superior de R7. De esta manera tu corriente de salida será la que quieres aunque Q1 y Q2 no estén perfectamente ajustados.