Circuito de corriente constante

Question

¿Cómo proporciona el LED rojo en la entrada a la base una corriente constante a los otros dos LED después del colector, a través del transistor? (Me han dicho que el transistor NPN aquí tiene un voltaje predeterminado de 0.6v, y el LED rojo en la base proporciona un voltaje adicional de 1.2v, para un total de 1.8v)

Si conecto en corto uno de los LED, el brillo del LED verde y del LED amarillo no fluctúa. ¿Qué está sucediendo cuando hago esto?

Answer 1

El $V_{BE}$ del transistor es aproximadamente 0.6V, como mencionaste. El LED rojo tiene un $V_F$ de aproximadamente 1.8V, por lo que el voltaje a través de la resistencia de 470R es de alrededor de 1.2V. Podemos ignorar la corriente de base, ya que el BC547 normalmente tiene un $h_{FE}$ de varios cientos. Por lo tanto, la corriente del colector (que es igual a la corriente del LED) está muy cerca de 1.2V/470R = 2.55mA, independientemente del voltaje del colector (y por lo tanto la caída del LED de los LED amarillo y verde).

Ten en cuenta que esto solo sigue siendo cierto mientras el transistor esté fuera de la saturación, por lo que el voltaje del colector del BC547 debe ser de más de aproximadamente 1.3V, por lo que la cadena de LED conectada al colector no puede caer más de 9V-1.3V = 7.7V.

Answer 2

¿Cómo la LED roja en la entrada a la base proporciona una corriente constante a los otros dos LED después del colector, a través del transistor?

No lo hace, la LED proporciona un voltaje efectivamente constante en la base del transistor.

$$V_B = V_{LED}$$

El voltaje en el emisor del transistor es proporcional a la corriente a través del transistor:

$$V_E = I_E \cdot 470 \Omega$$

y la corriente a través del transistor está relacionada con el voltaje entre la base y el emisor $V_{BE} = V_B - V_E$:

$$I_E \approx I_C = I_S e^{\frac{V_{BE}}{V_T}}$$

Ahora, hay dos observaciones importantes:

(1) $V_E$ incrementa si la corriente del transistor $I_E$ incrementa

(2) $V_{BE}$ y por lo tanto $I_E$ disminuye si $V_E$ incrementa

En otras palabras, si por alguna razón la corriente del transistor incrementa, el voltaje base-emisor disminuye lo que actúa para disminuir la corriente del transistor.

Esto es característico de la retroalimentación negativa y, en este caso, la retroalimentación negativa actúa para mantener constante la corriente del transistor*.

Si cortocircuito uno de los LED, el brillo del verde y el amarillo LED no fluctúa. ¿Qué está sucediendo cuando hago esto?

Si colocaras un amperímetro en serie con el colector del transistor, descubrirías que hay un aumento insignificante en la corriente del transistor (debido al efecto Early) cuando cortocircuitas uno de los LEDs.

Recuerda de la sección anterior, la retroalimentación negativa actúa para mantener la corriente del transistor efectivamente constante, por lo que cortocircuitar uno de los LEDs no cambia significativamente la corriente de los LED restantes y por lo tanto, el brillo no cambia.

*Este análisis no tiene en cuenta el efecto Early pero, para este circuito, el efecto es insignificante.

Answer 3

Si hago un cortocircuito en uno de los LED, el brillo del LED verde (grun) y el LED amarillo (gelb) no fluctúa. ¿Qué está sucediendo cuando hago esto?

Es un circuito de corriente constante (casi) por lo que hacer cortocircuito en uno de los LED no cambia la corriente (mucho) a través del otro LED. Esto significa que su brillo se mantiene aproximadamente igual.

Con 1.8V en la base, el emisor tiene alrededor de 0.6 voltios menos a 1.2V y esto significa que la corriente a través de los 470 ohmios tiene que ser de aproximadamente 2.6mA independientemente de lo que suceda principalmente en el colector.

Answer 4

Aunque las otras respuestas son correctas, me gustaría agregar que el resultado final cuando se corta uno de los LED es que el voltaje desde el colector hasta el emisor del BJT compensará el voltaje faltante del LED. Entonces, si uno de los LEDs estaba absorbiendo 1.8 voltios, cuando lo cortas, esos 1.8 voltios ahora se sumarán a la caída de voltaje colector-emisor del BJT. El BJT ahora consume esa energía adicional que el LED consumía anteriormente.

Answer 5

Para obtener un rendimiento aún mejor, puedes utilizar dos diodos de silicio o otro NPN en lugar de uno y colocar el LED rojo en el colector para combinaciones de colores RGB opcionales. De esta forma, la corriente será solo de una caída de diodo /Re para Re=33 Ohmios I= 0.7/33 = 21 mA (valor típico =20mA nom.)

Los 3 LEDs para R,G, B pueden sumar alrededor de 1.6 + 3.2 + 3.4 = 8.2 dejando justo lo suficiente para el transistor.

El Beta o hFE y la tolerancia de la ESR de los LEDs agregarán una considerable variación, por lo que el brillo puede disminuir a medida que la batería de 9V se agota. El rojo intenso tiene un voltaje más bajo que el rojo de alta eficiencia.

Colocar el 10% de la corriente LED en el Vbe para saturación efectiva y suficiente para que los diodos se saturen, requiere >2mA o Rb~450 Ohmios o ligeramente menos.