Perché un circuito remoto a infrarossi dovrebbe utilizzare una coppia di resistori / transistor per ciascun LED?

Ho fatto un po 'di reverse engineering sul protcol per un telecomando che ... fa schifo. Lo sto sostituendo con uno del mio design, ma mentre ho migliorato l'interfaccia, la portata e l'angolo di visione del mio sistema sono terribili. Vorrei completarlo al più presto ... Ho frugato il mio telecomando originale mentre cercavo di eseguire il debug del mio. =]

Quindi, come ogni bravo geek, ho pensato di prendere in prestito dai successi di qualcun altro e tirato su lo schema elettrico per la TV B Gone:

La mia domanda è: perché avere un resistore e un transistor per ciascun LED, invece di concatenare i LED in serie e controllarli con un singolo transistor che è controllato, a sua volta, dal pin Arduino che entra attraverso un singolo resistore?

Non ho scrupoli nell'implementare allo stesso modo (francamente, sono tentato di usare circa 32 LED, resistori e transistor solo per il gusto di farlo), ma mi piacerebbe capire perché è stato fatto in questo modo.

La tensione diretta per un LED IR è molto più bassa rispetto a un LED a luce visibile, in genere intorno a 1,3 V, ma aumenta se si spingono attraverso correnti reali elevate, come> 100 mA. Non sembra esserci alcun motivo per cui non potresti metterne due in serie, specialmente se il tuo Vcc sarebbe 5 V. Se il tuo Vcc proviene da una coppia di batterie AA, la caduta di tensione di due LED + la tensione di saturazione del transistor potrebbe avvicinarsi a Vcc e ciò potrebbe limitare la corrente di uscita.

Le due uscite per pilotare i quattro LED servono per evitare di sovraccaricare l'uscita del microcontrollore. O meglio, dovrebbe evitare il sovraccarico. Una resistenza da 120 Ω indica una corrente di base di 35 mA per transistor, e questo è già troppo per l'AVR, per non parlare dei 70 mA che trarrà ora.

Anche il 2N3904 non è un buon transistor per questo: è valutato solo a 100 mA e il basso hFE richiede l'alta corrente di base. Un BC337-40 ha un hFE di almeno 250 a 100 mA di corrente del collettore, quindi una corrente di base di 5 mA dovrebbe essere sufficiente per pilotarlo. Una resistenza di base di 820 Ω ti permetterà di pilotare tutte e quattro le resistenze da 1 pin. Anche il BC817 ha una potenza nominale di 500 mA.

In alternativa, è possibile utilizzare un FET per pilotare i LED. Un PMV20XN è in grado di gestire diversi ampere e ha una resistenza di accensione di soli 25 mΩ in modo da dissipare quasi nessuna potenza. La tensione del gate di 1,5 V è sufficiente per 2,5 A.

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Una nota sulla limitazione attuale. Di solito avremo un resistore in serie con il LED per quello, ma se guardi lo schema di un telecomando commerciale quel resistore spesso manca, perché contano sulla resistenza interna delle batterie per quello, e quindi ne salvano un altro 0,001 dollari per telecomando.

Questa non è una buona idea se si alimenta da un regolatore di tensione alimentato dalla rete. Che sarà limitare la corrente, ma a un livello troppo alto, e se non distrugge il LED immediatamente sarà limitare severamente la durata. Quindi si consiglia una resistenza di piccole serie. Con alimentazione a 5 V e 2 LED in serie si avrà una caduta di tensione intorno a 2,9 - 3,0 V, quindi per 100 mA è necessario un resistore da 30 Ω. La potenza di picco sarà di 300 mW, ma con un ciclo di lavoro del 50% la potenza media è di soli 150 mW, quindi funzionerà una resistenza da 1/4 W.

Concatenare i LED in serie significa che è necessaria un'alimentazione di tensione più elevata per pilotarli tutti. E metterli in parallelo può causare problemi se le caratteristiche dei LED non sono abbinate correttamente o se il transistor non è in grado di gestire contemporaneamente la corrente di tutti i LED.

Potrebbero aver utilizzato più pin del microcontrollore per flessibilità - ad esempio, questo dispositivo ora ha la possibilità di accendere meno LED e quindi di risparmiare energia della batteria.

Mi sembra che il circuito si aspetti che i 3904 limitino la quantità di corrente che li attraversa alla quantità corretta per il LED. Poiché il transistor anziché un resistore viene utilizzato per limitare la corrente e poiché ciascun LED a filo parallelo (o stringa di LED) richiede un proprio dispositivo di limitazione della corrente, ciò implica l'uso di un transistor separato per ciascun LED. Non penso che progetterei un circuito in quel modo, poiché è sensibile alla beta dei 3904 e le caratteristiche del transistor beta non sono normalmente specificate molto strettamente. Tuttavia, il circuito ha il vantaggio che la corrente è un po 'meno sensibile al VDD rispetto a quella che sarebbe se usasse semplicemente un transistor a commutazione rigida e quindi resistori in serie per i LED.

Per quanto riguarda l'uso di due pin del processore per controllare due LED separati, la mia ipotesi sarebbe che se i LED fossero puntati in direzioni sostanzialmente diverse, il controller potrebbe attivarli in momenti diversi. I segnali remoti a infrarossi in genere si alternano tra il 50% di PWM e disattivati. Se durante il tempo "50% PWM" si alternano due serie di LED, la corrente di picco richiesta verrebbe tagliata della metà. L'unico svantaggio sarebbe che qualsiasi cosa che vedesse solo la luce da un LED avrebbe visto un'onda portante a piena forza, ma qualcosa che vedesse una luce da entrambi i LED avrebbe visto un'onda portante la cui forza era la differenza di forza della luce dei due LED . Questo fattore potrebbe essere mitigato usando ad esempio un segnale PWM al 25% e facendo funzionare i due gruppi di luci su quarti di ciclo adiacenti. Ciò consentirebbe l'uso di correnti LED più elevate, che compenserebbero la ridotta sensibilità dei ricevitori a onde PWM non del 50%. Inoltre, un dispositivo che vedeva la luce da entrambi i LED avrebbe visto un buon vettore del 50%.