Sterowanie LED za pomocą tranzystora

[Juhas]

Cześć, zakupiłem sobie zestawy do kursów i generalnie jest spoko, zaczynam rozumieć. Ale nie mogę ogarnąć jednej rzeczy.

Chcę stworzyć sobie taki układ, który będzie się składał z trzech LEDów. Zasilany baterią 9V. I teraz tak. Napięcie ma być regulowane (potencjometr albo wyobraźcie sobie regulowaną baterię).

Gdy zasilanie wzrośnie do 3V, zapali się pierwsza dioda. Gdy będzie 6V zapali się druga dioda. Gdy będzie 9V zapali się trzecia dioda.

Wiem, że muszę do tego wykorzystać tranzystory i tu już padam. Stosuję NPN. Wiem, że na kolektorze muszę mieć rezystor ograniczający jego prąd i LED. Rezystor, żeby LED się nie sfajczył. I nawet wiem, jak go obliczyć. OK. Wiem, że na bazie muszę mieć rezystor, który będzie mi sterował pracą tranzystora. OK. I na tym moja wiedza się kończy. Symulator Yenka pokazuje, że rezystor na bazie ma małe znaczenie, jeśli chodzi o prąd na kolektorze. Widziałem to tak, że im większy rezystor, tym mniejszy płynie prąd na bazę i tym później tranzystor zaczyna przewodzić. Ale widać, że to są tak małe prądy, że właściwie nie ma znaczenia, czy dam rezystor 1K, czy 10K. Więc gdzie mam błąd w rozumowaniu? Nie proszę o gotowy schemat, bo chcę go zrobić sam. Chcę wreszcie raz na zawsze zrozumieć tranzystory. A jeszcze nigdy nie byłem tak blisko 🙂

Załączam to, co zrobiłem. Chciałem zacząć od 3V i jednej diody.

[marek1707]

Rzeczywiście, gdy prądem bazy puszczonym przez opornik już raz włączysz tranzystor (czyli diodka się zapali), to dalsze zwiększanie napięcia (czyli prądu bazy) już niewiele daje - tranzystor i tak jest w nasyceniu. To jest przypadek samotnego rezystora w bazie, podłączonego do plusa. Obejrzyj prąd bazy - rośnie po przekroczeniu 0.5V zasilania i tranzystor - lepiej lub gorzej, ale już jest włączony.

W układzie który chcesz z robić musisz skorzystać z tego, że złącze baza-emiter jest diodą a więc ma napięcie progowe 0.6V poniżej którego prąd bazy jest znikomo mały. Użyj dzielnika napięcia do obniżenia tego co "widzi" baza. W najprostszym przypadku podłącz jeden opornik od plusa do bazy i drugi od bazy do masy. Policz go tak, by napięcie na bazie osiągało 0.6V wtedy gdy rosnące zasilanie ma zapalić diodkę. Górny opornik dobierz tak, by przy maksymalnym napięciu wejściowym prąd bazy nie przekroczył powiedzmy 1mA. Od razu uprzedzam, że taki układ jest skrajnie prymitywny i mniej więcej tak działa. Złącze B-E jest marnym "komparatorem" napięcia i próg załączania będzie bardzo rozmyty.

Robiąc trzy takie układy z trzema różnymi dzielnikami masz trzy progi. Możesz zrobić wspólny dzielnik (z pięciu oporników szeregowo) dla wszystkich trzech tranzystorów na raz, ale to jest jeszcze bardziej kłopotliwe (choć wygląda elegancko), bo prądy baz rozjeżdżają dzielnik. Musisz dać wtedy oporniki szeregowe w bazy a oporniki dzielnika dobrać tak, by wypływające "bokiem" prądy baz nie zmieniały progów tj. by prąd dzielnika był np. 10-50x większy niż prąd bazy.

Jednak najlepiej będzie to działało gdy zamiast "miekkich" dzielników rezystorowych dasz łańcuch diod. Każda dioda przesuwa napięcie o 0.6V więc jeśli wstawisz między każdą bazę 5 zwykłych diodek krzemowych dostaniesz przesunięcie 3V między progami załączania.

Pewnie przydałby się schemat, ale jak rozumiem chcesz go wymyślić sam. No to próbuj. Tu jest link do podobnego układu (słupkowy wskaźnik wysterowania LED), ale przecież nie musisz tam zaglądać 🙂

http://www.eleccircuit.com/led-vu-meter-circuit-by-transistor/

W układzie jest po jednej diodzie między tranzystorami więc przesunięcie jest tylko 0.5V.

EDIT: Jak rozumiem układ robisz tylko dla sportu. Robiąc to "na piechotę" dobrze jest użyć komparatorów napięcia a w ogóle to do tych celów są specjalne scalaki sterujące linijką LEDów w zależności od napięcia wejściowego. Nie mówiąc o czymś takim jak ATtiny 😉

[wsza12345]

A nie łatwiej zrobić to na diodach Zenera uwzględniając spadki napięć?

[marek1707]

Na wiele sposobów łatwiej, ale Kolega chce zrozumieć tranzystory.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Juhas]

Dobra, jest chyba lepiej ze mną, bo po pierwszej próbie doszedłem do wniosku, że bazy muszą być zwarte do masy. Po zerknięciu na załączony schemat, okazało się to prawdą. Mniej więcej rozumiem jak by to miało działać, ale u mnie nie działa. Mam coś takiego:

I teraz tak. Przy 3V ładnie mi się pierwsza dioda świeci. Dalej rozumiem - spadki napięcia na diodach powodują, że do drugiego tranzystora dociera zbyt małe napięcie i nie zostaje on aktywowany. Logiczne.

Problemy są dwa:

1. Pierwsza dioda ma za duży prąd przy napięciach większych niż 4, 5V i wybucha.

2. Pierwsza dioda zaczyna świecić już przy napięciach około 2V. Można by wstawić jeszcze kilka diod przed bazę pierwszego tranzystora, ale wtedy LED przy 3V nie świeci tak w pełni.

Co z tym? Czy w ogóle da się zrobić coś takiego za pomocą podstawowych komponentów? Bo dla pierwszego problemu marzy mi się taki element, który zwiększa swoją rezystancję wraz ze wzrostem prądu. Ale chyba nie ma czegoś takiego. Albo za bardzo kombinuję.

[marek1707]

Uprzedzałem, że prosty układ będzie działał marnie, ale nawet do takiego działania w Twoim przypadku jeszcze daleko. Przede wszystkim:

1. Nie możesz sterować łańcucha diod wprost napięciem wejściowym - takie coś ma ch-kę I=f(U) taką jak dioda o dużym napięciu przewodzenia (Uf), ale jednak dioda. Oznacza to niekontrolowane wzrosty prądu przy przekroczeniu napięcia Uf. Nigdy nie włączaj w ten sposób żadnych złączy półprzewodnikowych. Zauważ, że w układzie przeze mnie wskazanym ostatnia dioda nie jest podłączona do masy, ale do bazy ostatniego tranzystora. Tam rezystor w bazie stanowi ograniczenie prądu całego łańcucha diod.

2. Ostatni tranzystor ma bazę na masie - nigdy nie zostanie załączony.

3. Pierwszy tranzystor podłączyłeś wprost do wejścia - jego praca nie różni się niczym od Twojego pierwszego układu - dla małych napięć dzielnik diodowy nie działa.

Moja uwaga ogólna jest taka: postawiłeś sobie trudne zadanie. Układ ma działać w bardzo szerokim zakresie napięć zasilania - to zawsze jest kłopot. Sprawa by się uprościła gdybyś zasilanie podawał stałe (np. 5 czy 9V) a do wejścia doprowadzał napięcie mierzone w jakimś tam zakresie. Wtedy przynajmniej jasności diodek nie jechałyby tak strasznie. Nawet to jest do opanowania, ale nie w tak skrajnie prostym układzie. Na jednym tranzystorze chcesz bowiem zrobić komparator napięcia i źródło prądowe po to by zasilać LED stałym prądem niezależnie od napięcia zasilania. Czy możesz zrezygnować z któregoś z założeń? Będzie łatwiej i zniknie stopień swobody związany np. ze zmianami zasilania. Nie wiem jak udzielać Ci wskazówek. Najprościej byłoby narysować ten układ i tyle, ale chyba tego nie chcesz.