Πώς να χρησιμοποιήσετε αντιστάσεις με LED, Zener και Transistor

Σε αυτήν την ανάρτηση μαθαίνουμε πώς να χρησιμοποιούμε αντιστάσεις ενώ σχεδιάζουμε ηλεκτρονικά κυκλώματα χρησιμοποιώντας LED, διόδους zener ή τρανζίστορ. Αυτό το άρθρο μπορεί να είναι πολύ χρήσιμο για τους νέους χομπίστες που συνήθως συγχέονται με τις τιμές αντίστασης που θα χρησιμοποιηθούν για ένα συγκεκριμένο συστατικό και για την επιθυμητή εφαρμογή.

Τι είναι η αντίσταση

Η αντίσταση είναι ένα παθητικό ηλεκτρονικό στοιχείο που μπορεί να φαίνεται αρκετά μη εντυπωσιακό σε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα σε σύγκριση με τα άλλα ενεργά και προηγμένα ηλεκτρονικά εξαρτήματα όπως BJT, mosfets, ICs, LED κ.λπ.

Ωστόσο, αντίθετα με αυτό το συναίσθημα, οι αντιστάσεις είναι ένα από τα πιο σημαντικά μέρη σε οποιοδήποτε ηλεκτρονικό κύκλωμα και η φαντασία ενός PCB χωρίς αντιστάσεις μπορεί να φαίνεται περίεργο και αδύνατο.

Οι αντιστάσεις χρησιμοποιούνται βασικά για τον έλεγχο της τάσης και του ρεύματος σε ένα κύκλωμα που καθίσταται εξαιρετικά κρίσιμο για τη λειτουργία των διαφόρων ενεργών, εξελιγμένων εξαρτημάτων.

Για παράδειγμα, ένα BJT όπως ένα BC547 ή παρόμοιο μπορεί να χρειαστεί μια σωστά υπολογισμένη αντίσταση σε όλη τη βάση / πομπό για να λειτουργήσει βέλτιστα και με ασφάλεια.

Εάν δεν ακολουθηθεί, το τρανζίστορ μπορεί απλώς να σβήσει και να καταστραφεί.

Παρομοίως, έχουμε δει πώς οι αντιστάσεις γίνονται τόσο απαραίτητες σε κυκλώματα που περιλαμβάνουν IC όπως 555 ή 741 κ.λπ.

Σε αυτό το άρθρο θα μάθουμε πώς να υπολογίζουμε και να χρησιμοποιούμε αντιστάσεις σε κυκλώματα ενώ σχεδιάζουμε μια συγκεκριμένη διαμόρφωση.

Πώς να χρησιμοποιήσετε αντιστάσεις για οδήγηση τρανζίστορ (BJT).

Ένα τρανζίστορ απαιτεί αντίσταση κατά μήκος της βάσης και του πομπού του και αυτή είναι μια από τις πιο σημαντικές σχέσεις μεταξύ αυτών των δύο συστατικών.

Ένα τρανζίστορ NPN (BJT) χρειάζεται ένα καθορισμένο ποσό ρεύματος για να ρέει από τη βάση του στη ράγα πομπού ή στη σιδηροτροχιά εδάφους για να ενεργοποιήσει (να περάσει) ένα βαρύτερο ρεύμα φορτίου από τον συλλέκτη του στον πομπό του.

Ένα τρανζίστορ PNP (BJT) χρειάζεται μια καθορισμένη ποσότητα ρεύματος για να ρέει από τον πομπό ή τη θετική σιδηροτροχιά στη βάση του για να ενεργοποιήσει (να περάσει) ένα βαρύτερο ρεύμα φορτίου από τον πομπό στον συλλέκτη του.

Προκειμένου να ελέγχεται το ρεύμα φορτίου με τον βέλτιστο τρόπο, ένα BJT πρέπει να έχει μια σωστά υπολογισμένη αντίσταση βάσης.

Ίσως θέλετε να δείτε ένα σχετικό παράδειγμα παραδείγματος για κάνοντας μια σκηνή οδηγού ρελέ

Ο τύπος για τον υπολογισμό της βασικής αντίστασης ενός BJT φαίνεται παρακάτω:

R = (Us - 0,6). Hfe / Φορτίο ρεύματος,

Όπου R = αντίσταση βάσης του τρανζίστορ,
Us = Πηγή ή τάση ενεργοποίησης στη βασική αντίσταση,
Hfe = Προώθηση του τρέχοντος κέρδους του τρανζίστορ.

Ο παραπάνω τύπος θα παρέχει τη σωστή τιμή αντίστασης για τη λειτουργία ενός φορτίου μέσω ενός BJT σε ένα κύκλωμα.

Αν και ο παραπάνω τύπος μπορεί να φαίνεται κρίσιμος και επιτακτικός για το σχεδιασμό ενός κυκλώματος με χρήση BJT και αντιστάσεων, τα αποτελέσματα στην πραγματικότητα δεν χρειάζεται να είναι τόσο ακριβή.

Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να οδηγήσουμε ένα ρελέ 12V χρησιμοποιώντας ένα τρανζίστορ BC547, εάν το ρεύμα λειτουργίας του ρελέ είναι περίπου 30mA, από τον παραπάνω τύπο, μπορούμε να υπολογίσουμε την αντίσταση βάσης ως:

R = (12 - 0,6). 200 / 0,040 = 57000 ohms που ισούται με 57K

Η παραπάνω τιμή θα μπορούσε να θεωρηθεί ότι είναι εξαιρετικά βέλτιστη για το τρανζίστορ έτσι ώστε το τρανζίστορ να λειτουργεί το ρελέ με τη μέγιστη απόδοση και χωρίς να διασκορπίζει ή να σπαταλάει υπερβολικό ρεύμα.

Ωστόσο, στην πράξη θα διαπιστώσετε ότι στην πραγματικότητα οποιαδήποτε τιμή μεταξύ 10K και 60k λειτουργεί καλά για την ίδια υλοποίηση, το μόνο περιθωριακό μειονέκτημα είναι η διαγραφή τρανζίστορ που μπορεί να είναι ελαφρώς μεγαλύτερη, μπορεί να είναι περίπου 5 έως 10mA, αυτό είναι απολύτως αμελητέο και δεν έχει σημασία όλα.

Η παραπάνω συνομιλία δείχνει ότι αν και ο υπολογισμός της τιμής του τρανζίστορ μπορεί να συνιστάται, αλλά δεν είναι απολύτως απαραίτητος, καθώς οποιαδήποτε λογική τιμή μπορεί να κάνει τη δουλειά για σας εξίσου καλά.

Ωστόσο, ας υποθέσουμε ότι στο παραπάνω παράδειγμα αν επιλέξατε την αντίσταση βάσης κάτω από 10K ή πάνω από 60k, τότε σίγουρα θα άρχιζε να προκαλεί κάποια δυσμενή αποτελέσματα στα αποτελέσματα.

Κάτω από 10k το τρανζίστορ θα αρχίσει να θερμαίνεται και να διαχέεται σημαντικά .. και πάνω από 60K θα βρείτε το ρελέ να τραυλίζει και να μην ενεργοποιείται σφιχτά.

Αντίσταση για την οδήγηση Mosfets

Στο παραπάνω παράδειγμα παρατηρήσαμε ότι ένα τρανζίστορ εξαρτάται αποφασιστικά από μια αξιοπρεπώς υπολογισμένη αντίσταση σε όλη τη βάση του για την ορθή εκτέλεση της λειτουργίας φορτίου.

Αυτό συμβαίνει επειδή μια βάση τρανζίστορ είναι μια εξαρτώμενη από το ρεύμα συσκευή, όπου το ρεύμα βάσης είναι άμεσα ανάλογο με το ρεύμα φόρτωσης συλλεκτών.

Εάν το ρεύμα φορτίου είναι μεγαλύτερο, το ρεύμα βάσης θα πρέπει επίσης να αυξηθεί αναλογικά.

Σε αντίθεση με αυτό το mosfets είναι εντελώς διαφορετικοί πελάτες. Πρόκειται για συσκευές που εξαρτώνται από την τάση, που σημαίνει ότι μια πύλη mosfet δεν εξαρτάται από το ρεύμα μάλλον από την τάση για την ενεργοποίηση ενός φορτίου κατά μήκος της αποστράγγισης και της πηγής του.

Εφόσον η τάση στην πύλη του είναι πάνω ή γύρω στα 9V, το mosfet θα πυροδοτεί το φορτίο άριστα ανεξάρτητα από το ρεύμα πύλης του που θα μπορούσε να είναι τόσο χαμηλό όσο 1mA.

Λόγω του παραπάνω χαρακτηριστικού, μια αντίσταση πύλης mosfet δεν απαιτεί σημαντικούς υπολογισμούς.

Ωστόσο, η αντίσταση σε μια πύλη mosfet πρέπει να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερη αλλά πολύ μεγαλύτερη από μια τιμή μηδέν, δηλαδή μεταξύ 10 και 50 ohms.

Αν και το mosfet εξακολουθεί να ενεργοποιείται σωστά, ακόμη και αν δεν έχει εισαχθεί αντίσταση στην πύλη του, συνιστάται αυστηρά χαμηλή τιμή για την αντιμετώπιση ή τον περιορισμό μεταβατικών ή αιχμών κατά μήκος της πύλης / πηγής του mosfet.

Χρήση αντίστασης με LED

Ακριβώς όπως ένα BJT, η χρήση μιας αντίστασης με LED είναι απαραίτητη και θα μπορούσε να γίνει χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

R = (Τάση τροφοδοσίας - τάση LED fwd) / ρεύμα LED

Και πάλι, τα αποτελέσματα της φόρμουλας είναι μόνο για την απόλυτη βέλτιστη απόδοση από τη φωτεινότητα των LED

Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι έχουμε LED με προδιαγραφές 3.3V και 20mA.

Θέλουμε να φωτίσουμε αυτό το LED από τροφοδοσία 12V.

Η χρήση του τύπου μας λέει ότι:

R = 12 - 3,3 / 0,02 = 435 ohms

Αυτό σημαίνει ότι απαιτείται αντίσταση 435 ohm για την επίτευξη των πιο αποδοτικών αποτελεσμάτων από το LED.

Ωστόσο, στην πράξη θα διαπιστώσετε ότι οποιαδήποτε τιμή μεταξύ 330 ohm και 1K θα αποφέρει ικανοποιητικά αποτελέσματα από το LED, οπότε πρόκειται για λίγη εμπειρία και λίγη πρακτική γνώση και θα μπορούσατε εύκολα να ξεπεράσετε αυτά τα εμπόδια ακόμη και χωρίς υπολογισμούς.

Χρήση αντιστάσεων με διόδους zener

Πολλές φορές θεωρούμε απαραίτητο να συμπεριλάβουμε ένα στάδιο διόδου zener σε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα, για παράδειγμα σε κυκλώματα opamp όπου ένα opamp χρησιμοποιείται σαν συγκριτής και σκοπεύουμε να χρησιμοποιήσουμε μια δίοδο zener για τον καθορισμό τάσης αναφοράς σε μία από τις εισόδους του ο οπαμς.

Μπορεί κανείς να αναρωτηθεί πώς μπορεί να υπολογιστεί μια αντίσταση zener;

Δεν είναι καθόλου δύσκολο και είναι ακριβώς ίδιο με αυτό που κάναμε για το LED στην προηγούμενη συζήτηση.

Απλώς χρησιμοποιήστε τον ακόλουθο τύπο:

R = (Τάση τροφοδοσίας - Τάση Zener) / ρεύμα φορτίου

Δεν χρειάζεται να αναφέρουμε ότι οι κανόνες και οι παράμετροι είναι πανομοιότυπες με αυτές που ισχύουν για το LED παραπάνω, δεν θα αντιμετωπιστούν κρίσιμα ζητήματα εάν η επιλεγμένη αντίσταση zener είναι ελαφρώς μικρότερη ή σημαντικά μεγαλύτερη από την υπολογιζόμενη τιμή.

Πώς να χρησιμοποιήσετε αντιστάσεις στο Opamps

Γενικά, όλα τα IC έχουν σχεδιαστεί με προδιαγραφές αντίστασης υψηλής εισόδου και προδιαγραφές αντίστασης χαμηλής εξόδου.

Δηλαδή, οι είσοδοι προστατεύονται καλά από το εσωτερικό και δεν εξαρτώνται από το ρεύμα για τις παραμέτρους λειτουργίας, αλλά σε αντίθεση με αυτό, οι έξοδοι του περισσότερου IC θα είναι ευάλωτες σε ρεύματα και βραχυκύκλωμα.

Επομένως, ο υπολογισμός των αντιστάσεων για την είσοδο ενός IC μπορεί να μην είναι καθόλου κρίσιμος, αλλά κατά τη διαμόρφωση της εξόδου με ένα φορτίο, μια αντίσταση μπορεί να γίνει κρίσιμη και μπορεί να χρειαστεί να υπολογιστεί όπως εξηγείται στις παραπάνω συζητήσεις μας.

Χρησιμοποιώντας αντιστάσεις ως αισθητήρες ρεύματος

Στα παραπάνω παραδείγματα, ειδικά για τα LeDs και τα BJT, είδαμε πώς οι αντιστάσεις θα μπορούσαν να διαμορφωθούν ως τρέχοντες περιοριστές. Τώρα ας μάθουμε πώς μια αντίσταση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως τρέχων αισθητήρας:

Μπορείτε επίσης να μάθετε το ίδιο σε αυτό το παράδειγμα άρθρου που εξηγεί πώς να φτιάξετε τρέχουσες ενότητες ανίχνευσης

Σύμφωνα με το νόμο Ohms όταν περνά ρεύμα μέσω μιας αντίστασης, αναπτύσσεται ένα αναλογικό ποσό πιθανής διαφοράς σε αυτήν την αντίσταση, η οποία μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο νόμου Ohms:

V = RxI, όπου V είναι η τάση που αναπτύσσεται κατά μήκος της αντίστασης, το R είναι η αντίσταση στο Ohms και I είναι το ρεύμα που διέρχεται από την αντίσταση στο Amps.

Ας πούμε για παράδειγμα, ότι ένα ρεύμα 1 amp περνάει από μια αντίσταση 2 ohm, η επίλυση αυτού στον παραπάνω τύπο δίνει:

V = 2x1 = 2 V,

Εάν το ρεύμα μειωθεί σε 0,5 αμπέρ, τότε

V = 2x0,5 = 1 V

Οι παραπάνω εκφράσεις δείχνουν πώς η διαφορά δυναμικού στην αντίσταση μεταβάλλεται γραμμικά και αναλογικά σε απόκριση του ρέοντος ρεύματος μέσω αυτής.

Αυτή η ιδιότητα μιας αντίστασης εφαρμόζεται αποτελεσματικά σε όλα τα τρέχοντα κυκλώματα μέτρησης ή προστασίας.

Μπορεί να δείτε τα ακόλουθα παραδείγματα για τη μελέτη του παραπάνω χαρακτηριστικού των αντιστάσεων, όλα αυτά τα σχέδια έχουν χρησιμοποιήσει μια υπολογισμένη αντίσταση για την ανίχνευση των επιθυμητών τρεχόντων επιπέδων για τις συγκεκριμένες εφαρμογές.

Κύκλωμα ρεύματος περιορισμού ρεύματος Universal High Watt LED - Σταθερό ...

Φτηνό κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας ελεγχόμενου ρεύματος 12 Volt ...

LM317 ως ρυθμιστής μεταβλητής τάσης και μεταβλητή ...

Κύκλωμα οδηγού δίοδος λέιζερ - Ελεγχόμενο ρεύμα | Σπιτικό ...

Δημιουργήστε σταθερό ρεύμα προβολέα LED 100 Watt ...

Χρησιμοποιώντας αντιστάσεις ως Potential Divider

Μέχρι στιγμής είδαμε πώς μπορούν να εφαρμοστούν αντιστάσεις σε κυκλώματα για περιορισμό ρεύματος, τώρα ας διερευνήσουμε πώς μπορούν να καλωδιαστούν οι αντιστάσεις για να πάρουμε οποιοδήποτε επιθυμητό επίπεδο τάσης μέσα σε ένα κύκλωμα.

Πολλά κυκλώματα απαιτούν ακριβή επίπεδα τάσης σε συγκεκριμένα σημεία τα οποία γίνονται κρίσιμες αναφορές για το κύκλωμα για την εκτέλεση των επιδιωκόμενων λειτουργιών.


Για τέτοιες εφαρμογές, οι υπολογισμένες αντιστάσεις χρησιμοποιούνται σε σειρά για τον προσδιορισμό των ακριβών επιπέδων τάσης που ονομάζονται επίσης διαφορές δυναμικού σύμφωνα με τις απαιτήσεις του κυκλώματος. Οι επιθυμητές αναφορές τάσης επιτυγχάνονται στη διασταύρωση των δύο επιλεγμένων αντιστάσεων (βλέπε σχήμα παραπάνω).

Οι αντιστάσεις που χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό συγκεκριμένων επιπέδων τάσης ονομάζονται δυνητικά δίκτυα διαχωριστή.

Ο τύπος για την εύρεση των αντιστάσεων και των αναφορών τάσης φαίνεται παρακάτω, αν και μπορεί επίσης να επιτευχθεί απλά χρησιμοποιώντας μια προεπιλογή ή ένα δοχείο και μετρώντας την κεντρική τάση του μολύβδου χρησιμοποιώντας DMM.

Vout = V1.Z2 / (Z1 + Z2)
Έχετε περαιτέρω ερωτήσεις; Παρακαλώ σημειώστε τις σκέψεις σας μέσω των σχολίων σας.