Do czego służy ten rezystor w tym obwodzie?

Studiuję elektronikę i obecnie czytam / pracuję w „Make: Electronics” Charlesa Platta. Oto jeden ze schematów połączeń, który podaje, aby wykonać podstawowy alarm przeciwwłamaniowy:

Moje pytanie brzmi, jaki jest cel rezystora 1K po przełączeniu. Rozumiem sens wszystkich innych elementów, ale dlaczego ten rezystor musi tam być? Przeczytałem tę część książki kilka razy, ale wydaje się, że nie wspomina o tym, dlaczego ten rezystor jest obecny ani co robi. Czy można to pominąć?

Rezystory 10K i 1K w obwodzie tworzą dzielnik napięcia, gdy przełącznik jest wciśnięty w pozycji zamkniętej. Przy zasilaniu + 12V ten dzielnik nominalnie ustawia napięcie polaryzacji bazy tranzystora na około 1 wolt. Bardzo mało prądu bazowego płynie z powodu faktu, że emiter tranzystora NPN jest utrzymywany nad ziemią i dlatego napięcie emitera bazy NPN nigdy nie jest wystarczająco wysokie, aby pozwolić tranzystorowi się włączyć. W symulacji takiego obwodu z modelem tranzystorowym 2N3904 pokazuje, że obecność rezystora 1K utrzymuje pewne napięcie diody LED na poziomie około 0,7 V z powodu bardzo niskiego poziomu prądów w tranzystorze. Jeśli rezystor 1K zostanie usunięty, a przełącznik zostanie zamknięty w pozycji GND, wówczas odchylenie diody LED spadnie do zera, ponieważ tranzystor zostaje całkowicie wyłączony.

Z funkcjonalnego punktu widzenia, aby dioda LED włączała się i wyłączała z przełącznika, nie ma potrzeby, aby rezystor 1K dotyczył tylko tego prostego obwodu. Z drugiej strony, jeżeli obwód ten został zastosowany w bardziej złożonym systemie, który miał obwód monitorujący diodę LED w poszukiwaniu wyżej wspomnianego odchylenia, może to wskazywać, że całe okablowanie od przełącznika do diody LED było nienaruszone i na swoim miejscu. W prawdziwym systemie alarmowym, w którym przełącznik i dioda LED mogą znajdować się daleko od siebie, wykrywanie odchylenia resztkowego może odgrywać rolę w zapewnieniu, że okablowanie nie zostało naruszone.

Masz rację, rezystor 1 kΩ jest bezcelowy. Gdy przełącznik jest zamknięty, powoduje to, że podstawa tranzystora opada wystarczająco nisko, aby go wyłączyć, ale całkowite zwarcie podstawy do ziemi przyniosłoby jednoznacznie ten sam efekt.

Nie bardzo podoba mi się ten tor. W tym przypadku nie widzę sensu umieszczania diody LED w nodze emitera. Wydaje się to skomplikowanym sposobem robienia rzeczy bez rzeczywistych korzyści.

Biorąc powyższe pod uwagę, nie szukałbym niczego w tej książce jako przykładów dobrego projektu.

Jeśli przełącznik jest otwarty, napięcie podstawowe jest określane przez napięcie przewodzenia diody LED, na przykład 2 V + 0,7 V = 3,7 V. Następnie prąd podstawowy wynosi (12 V - 3,7 V) / 10 kΩ = 0,83 mA.

Jeśli zamkniesz przełącznik, prąd przez rezystor 10 kΩ zostanie podzielony, aby częściowo przejść przez rezystor 1 kΩ, a częściowo do podstawy. Wiemy, że baza potrzebuje 3,7 V, zanim tranzystor zacznie przewodzić. Aby mieć tam 3,7 V, prąd przez 1 kΩ musi wynosić 3,7 mA, zgodnie z prawem Ohma. Więc jeśli tranzystor będzie przewodził, jego prąd podstawowy będzie o 3,7 mA mniejszy niż prąd z zasilania 12 V przez rezystor 10 kΩ.

Ale widzieliśmy, że ten prąd nie będzie wyższy niż 0,83 mA, więc wszystko przejdzie przez 1 kΩ, a tranzystor w ogóle nie będzie przewodził. Ponieważ nie przewodzi, możemy go na razie zignorować i obliczyć napięcie podstawowe z dzielnika rezystora:

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

który rzeczywiście jest niższy niż wymagany 3,7 V.

Co jeśli pominięto 1 kΩ? Wtedy prąd uziemienia wzrośnie z 1,09 mA do 1,2 mA, to wszystko. Ta różnica 0,1 mA nie złamie banku, więc równie dobrze możesz go pominąć.

Szczerze mówiąc, nie sądzę, żeby to był dobry tor. Zamykasz przełącznik, aby wyłączyć diodę LED zamiast ją włączać, co jest OK, ale oznacza to, że gdy dioda LED jest wyłączona, nadal płynie prąd 1,1 mA, za darmo. Lepszym rozwiązaniem byłoby umieszczenie przełącznika po stronie 10 kΩ. Przyznaję, jego funkcja byłaby odwrócona (zamknięcie spowoduje włączenie diody LED), ale nie będzie prądu przy wyłączonej diodzie LED. W takim przypadku nadal można dodać rezystor do uziemienia, ale jego wartość powinna być znacznie wyższa: 4,5 kΩ pobiera 0,83 mA przy napięciu podstawowym 3,7 V. Ten 0,83 mA był prądem pochodzącym z zasilania 12 V, więc w tym momencie tranzystor dopiero zaczyna przewodzić. Zatem wartość musi być wyższa. Wartość 100 kΩ pobierze 37 µA, gdy tranzystor przewodzi, więc podstawa otrzyma 830 µA - 83 µA = 750 µA. Jeśli nie zależy ci na 10% stratach, możesz umieścić rezystor. Możesz go również pominąć (nie zastępując go drutem!), A następnie podstawa będzie unosić się, gdy przełącznik będzie otwarty. W przypadku tranzystora bipolarnego tak naprawdę nie stanowi to problemu, zwłaszcza że do uzyskania przewodności potrzebne byłoby wysokie 3,7 V. W przypadku tranzystora MOSFET wymagany byłby rezystor.

Prąd znajdzie ścieżkę o najniższym R. Wyłączyć, dzielnik zetknie napięcie podstawowe do 1 V, co nie jest wystarczające do włączenia tranzystora. Włącz, prąd wpłynie do tranzystora i włączy Vbe i diodę.

Czytam z twojego pytania, że ​​obwód jest przykładem alarmu antywłamaniowego.

Dlatego uważam, że funkcją tego rezystora jest uniknięcie sytuacji, w której jakiś intruz spala „bardzo wyrafinowany” alarm, umieszczając baterię 9 V bezpośrednio między stykami przełącznika.

Inną funkcją tego rezystora (być może w książce są później wyjaśnione w celu poprawy takiego włamywacza) jest to, że może być osadzony na przełączniku. W ten sposób, jeśli intruz po prostu zewrze przewody (tj. Zrobi bezpośrednie zwarcie między bazą a masą), rezystancja będzie wynosić 0. Dlatego możesz dodać komparator, który monitoruje napięcie bazy. Jeśli stanie się zbyt niski, alarm powinien się mimo to włączyć, gdy intruz próbował sabotować alarm.

Częścią tego jest to, że rezystor nie ma innych praktycznych funkcji: można go pominąć.

Skąd ta dziwna konfiguracja (tranzystor NPN, dioda LED na emiterze po stronie) Cóż, jeśli weźmiesz pod uwagę przełącznik i rezystor za jeden element, zauważysz, że oba mają uziemienie podłączone do jednego zacisku. Może to może być przydatne w niektórych okolicznościach?