Схема, которую вы показываете, должна работать, но она излишне сложна и дорога. Вот что-то проще и дешевле:
В этой роли подойдет любой маленький NPN-транзистор. Если падение BE транзистора составляет 700 мВ, светодиод падает на 2,0 В, то при R1 при включении светодиода на R1 будет 600 мВ. В этом примере это позволит 17 мА течь через светодиод. Сделайте резистор выше, если вы можете терпеть более низкий свет от светодиода и хотите сэкономить немного энергии.
Еще одним преимуществом этой схемы является то, что коллектор транзистора может быть подключен к чему-то выше 3,3 В. Это не изменит ток через светодиод, только падение напряжения на транзисторе и, следовательно, насколько он рассеивается. Это может быть полезно, если напряжение 3,3 В исходит от небольшого регулятора, а ток светодиода добавит значительную нагрузку. В этом случае подключите коллектор к нерегулируемому напряжению. Фактически транзистор становится регулятором только для светодиода, а ток светодиода поступает от нерегулируемого источника питания и не использует ограниченный бюджет тока регулятора 3,3 В.
Добавлено:
Я вижу, что есть некоторая путаница, как эта схема работает и почему нет базового резистора.
Транзистор используется в конфигурации повторителя эмиттера для обеспечения усиления по току, а не усиления по напряжению. Напряжение на цифровом выходе достаточно для управления светодиодом, но оно не может подавать достаточный ток. Вот почему усиление тока полезно, но усиление напряжения не требуется.
Давайте посмотрим на эту схему, предполагая, что падение BE является фиксированным 700 мВ, напряжение насыщения CE составляет 200 мВ, а коэффициент усиления равен 20. Это разумные значения, за исключением того, что коэффициент усиления низкий. Сейчас я намеренно использую низкое усиление, потому что позже мы увидим, что для транзистора требуется только минимальное усиление. Эта схема работает нормально, пока усиление находится где-то от этого минимального значения до бесконечности. Поэтому мы проанализируем при нереально низком коэффициенте усиления 20 для транзистора с небольшим сигналом. Если с этим все работает хорошо, мы подойдем к любым реальным сигнальным транзисторам, с которыми вы столкнетесь. Например, показанный мной 2N4401 может рассчитывать на усиление около 50 в этом случае.
Первое, что следует отметить, это то, что транзистор не может насыщать в этой схеме. Поскольку основание приводится в действие не более 3,3 В, излучатель никогда не превышает 2,6 В из-за падения напряжения BE на 700 мВ. Это означает, что всегда есть минимум 700 мВ через CE, что значительно выше уровня насыщения 200 мВ.
Поскольку транзистор всегда находится в «линейной» области, мы знаем, что ток коллектора - это базовый ток, умноженный на коэффициент усиления. Ток эмиттера является суммой этих двух токов. Следовательно, отношение тока эмиттера к базе составляет усиление + 1 или 21 в нашем примере.
Чтобы рассчитать различные токи, проще всего начать с эмиттера и использовать приведенные выше соотношения для получения других токов. Когда цифровой выход имеет напряжение 3,3 В, излучатель меньше на 700 мВ или на 2,6 В. Известно, что светодиод падает на 2,0 В, поэтому на R1 остается 600 мВ. Из закона Ома: 600 мВ / 36 Ом = 16,7 мА. Это будет хорошо зажигать светодиод, но оставит небольшой запас, чтобы он не превышал максимум 20 мА. Поскольку ток эмиттера составляет 16,7 мА, базовый ток должен составлять 16,7 мА / 21 = 790 мкА, а ток коллектора 16,7 мА - 790 мкА = 15,9 мА. Цифровой выход может выдавать до 4 мА, так что мы в пределах спецификации и даже не загружаем его значительно.
Чистый эффект состоит в том, что базовое напряжение контролирует напряжение эмиттера, но тяжелый подъем для обеспечения тока эмиттера осуществляется транзистором, а не цифровым выходом. Отношение того, какая часть тока светодиода (ток эмиттера) поступает от коллектора по сравнению с базой, является коэффициентом усиления транзистора. В приведенном выше примере это усиление составляло 20. Для каждых 21 части тока через светодиод 1 часть поступает с цифрового выхода, а 20 частей - от источника 3,3 В через коллектор транзистора.
Что бы произошло, если бы прибыль была выше? Еще меньше общего светодиодного тока будет исходить от базы. С приростом 20 20/21 = 95,2% поступает от коллектора. С приростом 50 это 50/51 = 98,0%. С бесконечным усилением это 100%. Вот почему эта схема на самом деле очень терпима к изменению деталей. Не имеет значения, будет ли 95% или 99,9% тока светодиодов поступать от источника 3,3 В через коллектор. Нагрузка на цифровом выходе изменится, но во всех случаях она будет значительно ниже максимальной, так что это не имеет значения. Напряжение эмиттера одинаково во всех случаях, поэтому светодиод будет видеть одинаковый ток независимо от того, имеет ли транзистор усиление 20, 50, 200 или более.
Другое тонкое преимущество этой схемы, о которой я упоминал ранее, заключается в том, что нет необходимости подключать коллектор к источнику питания 3,3 В. Как все изменится, если коллектор был подключен к 5 В, например? Ничего с точки зрения светодиода или цифрового выхода. Помните, что напряжение эмиттера является функцией базового напряжения. Напряжение на коллекторе не имеет значения, если оно достаточно высокое, чтобы не допустить насыщения транзистора, которое уже было 3,3 В. Единственной разницей будет падение CE через транзистор. Это увеличит рассеиваемую мощность транзистора, что в большинстве случаев будет ограничивающим фактором для максимального напряжения коллектора. Допустим, транзистор может безопасно рассеивать 150 мВт. С током коллектора 16,7 мА мы можем рассчитать напряжение между коллектором и эмиттером, чтобы вызвать рассеивание 150 мВт:
Это означает, что в этом примере мы можем привязать коллектор к любому удобному источнику питания от 3,3 В до 11,6 В. Его даже не нужно регулировать. Он может активно колебаться в любом месте в этом диапазоне, и ток светодиода будет оставаться стабильно стабильным. Это может быть полезно, например, если 3,3 В создается регулятором с малой силой тока, и большая часть этого уже распределена. Например, если он работает от источника примерно 5 В, то эта схема может получать большую часть тока светодиода от этого источника 5 В , сохраняя при этом плавно регулируемый ток светодиода . И эта схема очень терпима к изменениям части транзистора. Пока транзистор имеет некоторый минимальный коэффициент усиления, который намного ниже, чем у большинства транзисторов с малым сигналом, схема будет работать нормально.
Один из уроков здесь - подумать о том, как на самом деле работает схема. В технике нет места для реакций на коленный рефлекс или суеверий, таких как постоянное подключение резистора к основанию. Поместите один туда, когда это необходимо, но обратите внимание, что это не всегда, как показывает эта схема.
Многие светодиоды сегодня очень яркие и хорошо работают от 4 мА или даже меньше, и это избавит вас от дополнительных внешних компонентов. Светодиоды, которые я обычно использую, работают отлично (для моего приложения) при 1 мА!
Просто поместите резистор последовательно со светодиодом, достаточно большим, чтобы ограничить ток. Проверьте, не превышаете ли вы максимальный ток для всего устройства, это указано в техническом описании.
Поэтому убедитесь, что ваш светодиод достаточно яркий, напрямую подключен к выводу GPIO с последовательным резистором:
источник
Я знаю, что ваш вопрос касался дискретных компонентов, но я думаю, что в общем случае вам, вероятно, лучше взглянуть на буфер на основе микросхемы или драйвер линии. Например, ULN2803 представляет собой октальный буфер (8 входов / выходов) и потребляет менее 2 мА от ваших выводов GPIO, но может выдавать до 500 мА на выход. (Это инвертирующая логика, поэтому ваш код должен это учитывать). Очевидно, вы захотите использовать токоограничивающие резисторы для своих светодиодов.
источник
Комментируем предложенную схему в оригинальном посте:
Было бы неплохо использовать дискретный транзистор NMOS FET в качестве переключателя.
Примечание. Обычно светодиодный анод привязан к источнику питания, а резистор подключен последовательно с катодом; это может улучшить время переключения за счет уменьшения емкости в цепи, которая должна заряжаться / разряжаться при переключении, поскольку напряжение на катоде будет «падать» до напряжения на аноде, когда оно выключено.
Как упоминалось в другом плакате, если ток, необходимый для светодиода, достаточно низок, вы можете использовать GPIO напрямую. В режиме открытого стока это идентично поведению с внешним полевым транзистором (но инвертированным). Но я бы не рекомендовал использовать порт uC более 1 мА в течение длительного времени; ИС может не рассчитываться на такие большие постоянные токи (это может быть проблема электромиграции или самонагревания).
источник