Tricky Circuit

NPN + светодиод

Малый сигнал управляет большим.

Малым током базы управляй отдельным током светодиода.

Открыть интерактивный опыт
NPN · NPN-транзистор
n-type / p-type / n-type. N–P–N обозначает три области полупроводника: n-типа, p-типа, n-типа. В n-области основные носители — электроны, в p-области — дырки. Здесь малый ток базы управляет током светодиода.
LED · Светодиод
Light-emitting diode. Полупроводниковая деталь, которая излучает свет при прямом токе. В этой схеме резистор ограничивает этот ток.
Circuitpedia

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТОЛ

Меняй настройки схемы, предсказывай показания и проверяй решение задания. Это учебные модели; допущения объяснены в каждом уроке.

Войди, чтобы сохранять прогресс. Прогресс гостя хранится на этом устройстве.

Открыть лабораторию в полном окне

Два пути тока. Один управляющий сигнал.

Упрощённый NPN: усиление 100, VBE 0,7 В, насыщение VCE 0,2 В, LED 2 В. Это допущения, не гарантированные параметры.

Ток базы идёт через Rb и B–E. Ток коллектора — через Rc, LED и C–E. При насыщении ток ограничивает Rc. Светодиоду нужен резистор.

Сложность

  1. Собери · Зажги свет

    Включи питание и сигнал базы. Получи ток LED 5–20 мА.

    Нужна подсказка?

    Попробуй Rb = 10 кΩ и Rc = 330 Ω.

  2. Исследуй · Погаси свет

    Оставь питание включённым, но выключи сигнал базы. Ток LED должен стать нулевым.

    Нужна подсказка?

    Драйвер базы переключается между 5 В и 0 В.

  3. Реши сам · Управляй экономно

    Включи сигнал. Получи насыщение и 8–12 мА при токе базы не выше 0,20 мА.

    Нужна подсказка?

    Попробуй Rb = 33 кΩ и Rc = 330 Ω. В реальной схеме нужен запас по усилению.

Дополнительные материалы и карточки схем

Маленький сигнал управляет отдельной силовой цепью

Малый ток базы NPN-транзистора управляет током коллектора. Энергию светодиод получает от питания. Сигнал базы управляет путём энергии, а не создаёт её. Так начинается электронное управление.

Ib ≈ (Vin − 0.7) / Rb; Ic ≤ (5 − 2 − 0.2) / Rc

Rb = 10 кОм даёт около 0,43 мА базы. Rc = 330 Ом ограничивает ток светодиода примерно до 8,48 мА при насыщении. В модели напряжение коллектор–эмиттер около 0,2 В.

Усиление — не гарантия

В активном режиме модель использует коэффициент 100. У реального транзистора он зависит от экземпляра, тока и температуры. Надёжному ключу нужен запас.

Больше входа уже не помогает

При насыщении ток светодиода в основном задают питание и резистор. Дополнительный ток базы больше не умножает ток светодиода на 100.

Земля — общая точка отсчёта

Отдельному источнику сигнала нужна правильная общая точка отсчёта с ключом. Без неё «5 В на входе» может ничего не означать для транзистора.

Ошибка, которой стоит избежать

Двигатель или реле — не просто большой светодиод. Индуктивная нагрузка при выключении создаёт выброс напряжения. Драйверу нужны подходящая защита и допустимый ток. Здесь это не моделируется.

Транзистор уже насыщен. Уменьшаем Rb. Ток светодиода…

  1. обязательно удвоится
  2. в основном ограничен Rc
  3. станет нулевым
Читать дальше

Ток базы растёт, но Rc и доступное напряжение уже ограничивают ток коллектора.

Индикатор с управлением

Выключай и включай сигнал базы. Следи за обоими токами.

Около 0,43 мА управляет примерно 8,48 мА. Токи идут разными путями.

Меньше управления, тот же свет?

Уменьши ток базы, сохранив Rc.

Около 0,091 мА ещё обеспечивает насыщение в идеальной модели с усилением 100. Для реальной схемы это не гарантия.

Analog Devices: транзисторные каскады