Для чего этот резистор в этой цепи?

Я изучаю электронику, и в настоящее время я читаю / работаю над «Make: Electronics» Чарльза Платта. Вот одна из принципиальных схем, которые он дает для создания базовой охранной сигнализации:

У меня вопрос, каково назначение резистора 1К после выключателя. Я понимаю суть всех других компонентов, но почему этот резистор должен быть там? Я перечитал эту часть книги несколько раз, но, кажется, не упоминается, почему этот резистор есть или что он делает. Можно ли это опустить?

Резисторы 10К и 1К в цепи образуют делитель напряжения, когда переключатель замкнут. При питании + 12 В этот делитель номинально устанавливает напряжение смещения базы транзистора на уровне около 1 вольт. Очень малый базовый ток течет из-за того, что эмиттер NPN-транзистора удерживается над землей, и, как таковое, базовое эмиттерное NPN-напряжение никогда не становится достаточно высоким, чтобы позволить транзистору включиться. При моделировании такой схемы с моделью транзистора 2N3904 это показывает, что наличие резистора 1K сохраняет некоторое смещение на светодиоде около 0,7 В из-за очень низкого уровня тока в транзисторе. Если резистор 1К снимается и когда переключатель замкнут на GND, то смещение на светодиоде падает практически до нуля, потому что транзистор полностью отключается.

С функциональной точки зрения, чтобы светодиод включался и выключался от переключателя, нет необходимости иметь резистор 1 кОм, относящийся только к этой простой схеме. С другой стороны, если эта схема использовалась в более сложной системе, в которой на светодиодном индикаторе находилась цепь контроля, на которой наблюдалось вышеупомянутое смещение, это могло бы указывать на то, что вся проводка от коммутатора до светодиода была исправна и на месте. В реальной системе охранной сигнализации, где переключатель и светодиод могут быть расположены далеко друг от друга, это обнаружение остаточного смещения может сыграть роль, чтобы убедиться, что проводка не была взломана.

Вы правы, резистор 1 кОм не имеет смысла. Когда переключатель замкнут, это приводит к тому, что база транзистора становится достаточно низкой для его выключения, но прямое замыкание базы на землю однозначно приведет к тому же эффекту.

Мне не очень нравится эта схема. В этом случае я не вижу смысла помещать светодиод в ногу эмиттера. Это кажется запутанным способом делать вещи без реальной выгоды.

Учитывая все вышесказанное, я бы не стал рассматривать в этой книге примеры хорошего дизайна.

Если переключатель разомкнут, базовое напряжение определяется прямым напряжением светодиода, например, 2 В + 0,7 В = 3,7 В. Тогда ток базы составляет (12 В - 3,7 В) / 10 кОм = 0,83 мА.

Если вы замкнете переключатель, ток через резистор 10 кОм будет разделен, чтобы проходить частично через резистор 1 кОм и частично в базу. Мы знаем, что базе требуется 3,7 В, прежде чем транзистор начнет проводить. Чтобы иметь 3,7 В, ток через 1 кОм должен быть 3,7 мА, в соответствии с законом Ома. Таким образом, если транзистор будет проводить, его базовый ток будет на 3,7 мА меньше, чем ток от источника 12 В через резистор 10 кОм.

Но мы видели, что этот ток не будет выше 0,83 мА, поэтому все будет проходить через 1 кОм, а транзистор вообще не будет работать. Поскольку он не работает, мы можем пока игнорировать его и рассчитать базовое напряжение из резисторного делителя:

$V_B = \dfrac{1 k\Omega}{1 k\Omega + 10 k\Omega} \times 12 V = 1.09 V$

что на самом деле ниже требуемого 3,7 В.

Что если 1 кОм был опущен? Тогда ток заземления увеличится с 1,09 мА до 1,2 мА, и все. Эта разница в 0,1 мА не сломает банк, так что вы можете ее пропустить.

Честно говоря, я не думаю, что это хорошая трасса. Вы закрываете переключатель, чтобы выключить светодиод, а не включить, что, в общем-то, нормально, но это означает, что когда светодиод выключен, ток все равно будет течь 1,1 мА, даром. Было бы лучше разместить переключатель на стороне 10 кОм. Допустим, его функция будет инвертирована (закрытие включит светодиод), но у вас не будет тока при выключенном светодиоде. В этом случае вы все еще можете добавить резистор к земле, но его значение должно быть намного выше: 4,5 кОм потребует 0,83 мА при напряжении 3,7 В. Эти 0,83 мА были током от источника 12 В, так что это точка, в которой транзистор только начинает работать. Таким образом, значение должно быть выше, чем это. Значение 100 кОм при подключении транзистора будет составлять 37 мкА, поэтому база получит 830 мкА - 83 мкА = 750 мкА. Если вас не волнует потеря 10%, вы можете установить резистор. Вы также можете опустить его там (не заменяя его проводом!), Тогда база будет плавать, когда переключатель разомкнут. Для биполярного транзистора это на самом деле не проблема, тем более что для его проводимости потребуется высокое 3,7 В, но для полевого МОП-транзистора этот резистор потребуется.

Ток найдет путь с наименьшим R. Выключите, делитель ограничит напряжение базы до 1 В, что недостаточно для включения транзистора. Включите, ток будет течь в транзистор и включите Vbe и Diode.

Я прочитал из вашего вопроса, что схема является примером охранной сигнализации.

Поэтому я думаю, что функция этого резистора состоит в том, чтобы не допустить, чтобы какой-то злоумышленник сжег ваш «очень сложный» сигнал тревоги, поместив батарею 9 В непосредственно между контактами переключателя.

Еще одна функция этого резистора (может быть, позже в книге объясняется, как его улучшить) - это то, что он встроен в коммутатор. Таким образом, если нарушитель просто замыкает провода (т.е. он / она делает прямое короткое замыкание между базой и землей), сопротивление фактически будет равно 0. Поэтому вы можете добавить компаратор, который контролирует базовое напряжение. Если он становится слишком низким, то тревога должна включиться в любом случае, так как злоумышленник попытался изменить вашу тревогу.

Часть этого резистора не имеет других практических функций: его можно было бы опустить.

Почему это странное расположение (транзистор NPN, светодиод на стороне эмиттера). Что ж, если вы рассматриваете переключатель и резистор как один компонент, вы заметите, что они оба имеют заземление, подключенное к одной клемме. Может быть, это может быть полезно в некоторых обстоятельствах?