我有下面显示的电路,我想在 LED 上有 5 mA 恒定电流(Vf = 1.2 – 1.4 V)、Vcc = 5 V、NPN 2N2222。有些电路使用齐纳二极管,而其他电路只使用普通二极管。正确的电阻值是多少,以及最好放置齐纳二极管还是排除它。
– 使用
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除非您有充分的理由使用有源恒定电流电路,否则简单的串联 750 欧姆电阻在某些方面会更好。
不同单元的电流会略有不同,但由于 LED 差异,差异只有百分之几。电阻公差和 Vdd 公差也会导致差异。
与标准的 2 晶体管电流吸收器/源相比,电流将更加明确(晶体管之间的 Vbe 变化)并且温度变化更稳定(晶体管电路在室温下的 5mA 电流在 -40’C 时将更接近 6mA,在 80’C 时将更接近 4mA – 大约 +/-20%)。而电阻电路的变化小于 +/-1%。更不用说更简单,因此更便宜、更可靠。
它确实派上用场的地方是当 Vdd 可以在很大范围内变化时(例如,在通用 SSR 输入电路中,用户可以应用 3V 或 30V)或者当 LED 电压相当接近 Vdd 时,较小的 Vf 变化会导致电流发生较大变化,只需使用一个简单的电阻器。
无论如何,光耦合器都是相当粗糙的设备,最重要的是要有足够的LED 电流,但不要太多,以免 LED 过早老化,从而使电路在比预期产品寿命更短的时间内失效。为考虑正常老化,指定 50-100% 的安全裕度并不罕见。
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这是个不错的建议。电流的大小并不重要,重要的是电流不能太小,也不能太大。一个简单的电阻就可以完成这项工作,而且它不会改变 LED 的反应时间。光耦合器可能用于传递一些开/关信号,将速度限制在光耦合器本身,而不是复杂的驱动电路(可能很慢)会有所帮助。它不必因为复杂而变慢,但很容易在不知不觉中让某些东西变慢。
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常规二极管在这里不起作用,因为 Q1 基极需要远大于 0.7V 的电压。D1 的方向(反向偏置)意味着它应该是齐纳二极管,但符号不正确。
使用 3.3V 齐纳二极管作为 D1,按照图示方向,基极电压为 3.3V,Q1 发射极电压低约 0.7V,为 2.6V。要通过 R2 获得 5mA 电流:
R_2 = \frac{2.6V}{5mA} \approx 500\Omega
由于集电极电流大约为 5mA,2N2222 的最坏情况基极电流可能小 50 倍:
I_B \approx \frac{5mA}{50} \approx 100\mu A
D1 需要分流电流,因此流过 R1 的电流应该更大,比如说是其两倍。R1 两端的电压为五1号= 5伏− 3.3 V= 1.7伏五R1=5五−3.3五=1.7五V_{R1} = 5V – 3.3V = 1.7V, 所以:
R_1 = \frac{1.7V}{200\mu A} = 8.5k\Omega
在我看来,一切看起来都很好。电阻器 R1 并不重要,8.2kΩ 就可以了。R2 负责设置 LED 电流,因此您应该保持在计算出的 500Ω 的 10% 左右范围内。
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常规二极管无法正常工作。3.3 V 齐纳二极管可以工作,但低压齐纳二极管有软拐点,因此您需要考虑到这一点。它对 Vcc 变化很敏感。
此电路在 Vcc 为 5V 时效果更佳。这些值将为您提供约 4.8 mA 的 LED 电流。精度取决于晶体管 Vbe 压降,这会随温度而变化。
– 使用
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我注意到电路中只有一个二极管用于负极保护,但就我而言,我喜欢将输入置于 5 到 10v 之间,因此齐纳二极管是有意义的,只要给齐纳二极管足够的电流击穿,这样当输入电压增加时,IC 电流就不会发生太大变化。我也尝试过,不使用齐纳二极管,只使用 10k 这样的电阻器
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通过计算电阻两端的电压,可以轻松确定电阻值。
该电压由晶体管基极引脚上的电压减去基极-发射极电压降 (Vbe) 决定,通常假设该电压约为 0.6-0.7V。假设
您使用的是 3.6V 齐纳二极管。3.6V
– 0.6V = 3V
现在我们计算所需的电阻值,两端电压为 3V,流过电阻的电流约为 5mA:R = 3 V / 0.005 A = 600 Ω
实际上,如果不降低 R1 电阻值以允许约 5-20 mA 电流通过,3.6V 齐纳二极管将为您提供明显较低的电压。这将违背使用恒定电流源来获得等于或小于偏置电流的电流的目的。
您可以改用两个普通的正向偏置二极管,这将为您在电阻上提供更稳定的结果电压(约为 0.6 V),同时保持高值电阻 R1 不变。
如果在设备上施加了稳定的稳压电压,而该设备在给定电流下的电压也相当稳定,那么最好的“电流源”就是一个简单的电阻。
在本例中,您大概已经稳压了 5V,而光耦合器 LED 使用大约 1.3V,因此您只需计算 5 – 1.3 = 3.7 伏和 5 毫安的电阻值,即大约 740 Ω,最接近的标准值为 750 Ω。
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晶体管的 V(BE) 的温度敏感性低于 LED 的 Vf。因此,我们可以使用电流镜稍微改善 LED 电流的稳定性。我们以稳定的 5V 为参考,并使用电阻器将此电压(减去 1 V(BE) 压降)转换为电流,然后驱动 LED。
该电路消耗的功率是最简单的、最有可能足够的电阻+LED 电路的两倍。但它在电流调节方面确实比电阻+LED 做得更好。我展示它只是因为我可以,而不是因为这样的电路在你的应用中有多大用处。该电路在较低的电源电压下更有用,比如 2V..3V,其中 LED 的 Vf 变化起着更大的作用。
在下面的电路中,V1 和 V2 模拟 V(BE) 的热变化。在物理电路中,它们位于晶体管内部。
在 100°C 的温度范围内,LED 电流变化小于 0.3mA。这比使用电阻的 LED 电流变化小几倍。
这种“改进”对于 5V 的应用来说不是很有用。但是,如果您想在很宽的温度范围内使用 3.3V 电源运行,那么这是必要的。
– 使用
两个晶体管结点应保持相同的温度。这需要通过布局来解决:两个晶体管都应连接到一个大的接地平面,使用粗走线将基极连接在一起,然后使用细走线进行其他连接。此技术适用于通孔和 SMD 晶体管。对于通孔 TO92 和 TO226 部件,应将两个封装的平面粘合在一起。对于 TO126、TO220 和类似部件,在散热器上涂上少量导热油脂,然后使用螺丝将两个散热器面拧在一起。
该电路易于快速打开和关闭。数字 3.3V 控制信号可以以高于 10kHz 的频率打开和关闭 LED。低电平控制信号使 LED 开启,高电平控制信号使 LED 关闭。
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您需要 5 mA 的精度是多少?
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