Dlaczego ten tranzystor PNP nie zadziała?

Poniższy obwód powinien pobierać sygnał 3,3 V z MCU na MCU_LS12 i wysyłać 12-woltowy sygnał wysokiej strony.

Moc wyjściowa wynosi zawsze 12 V. Po scopowaniu bazy do wyjściowego tranzystora nie jest „ciągnięty” do masy „wystarczająco” - tylko napięcie 12 V następnie do 11,5 V.

czego mi brakuje? Sygnał wejściowy na LS12 to 3,3 V z MCU, wysyłając 50% fali kwadratowej do testowania. Dlaczego Q6 nie upuszcza podstawy Q8 na ziemię? Co mogę zmienić? Czy to jest dzielnik?

Narysujmy schemat za pomocą edytora EESE (tak jak powinieneś to zrobić):

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Wnoszę masz okablowany źle. Jak zauważa Andy, normalny PNP może nadal działać jako tranzystor PNP, jeśli go odwrócisz. Ale zwykle z dużo gorszym β (ze względu na sposób domieszkowania i budowy fizycznej w BJT.)$Q_8$$\beta$

Jednak to, czego Andy mógł przegapić [zakładając, że mogę poważnie potraktować, że używasz MJD127G (karta katalogowa )], to jest to Darlington !! Nie odwracasz ich i oczekujesz wiele. Musisz je poprawnie ułożyć!

Odkąd wspomniałeś, że użyłeś , pójdę z tym. Oznacza to jedynie I C 8 = $R_{LOAD}=200\:\Omega$ . Oto ważny wykres z arkusza danych:$I_{C_8}=60\:\textrm{mA}$

przy tym prądzie. Nie możesz więc oczekiwać więcej niż około$V_{CE_{SAT}}\approx 800\:\textrm{mV}$ całej R L O A D . Zawsze. Musisz to zaplanować. I mniej, jeśli Twój prąd kolektora znacznie wzrośnie.$11\:\textrm{V}$$R_{LOAD}$

Zauważ, że używają do nasycenia! Całkiem znaczące. Ale to jest Darlington. Tak więc należy się spodziewać. Jeśli twój prąd obciążenia wynosi naprawdę tylko $\beta=250$ wówczas twój prąd podstawowy musi wynosić tylko$60\:\textrm{mA}$ .$250\:\mu\textrm{A}$

Teraz jest całkiem jasne, że używasz Darlingtona do ! Co?? No cóż. Ta rzecz ma minimum β = 5000 przy I C = $Q_6$ $\beta=5000$ ! Jesteś normalny? Prąd podstawowy wymagany dla Q 6 tutaj, w tej konfiguracji obserwatora emitera wynosi$I_C=10\:\textrm{mA}$$Q_6$ (przy założeniu, że przy tych niskich prądach, któreutrzymuje β (prawdopodobnie nie). W każdym razie nie masz żadnego prądu podstawowego, o którym można by mówić w Q 6 .$50\:\textrm{nA}$$\beta$$Q_6$

Jaka jest więc wartość dla ? To R 22 = $R_{22}$ . Jednak odpowiadając, powiedzmy,$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}}=9200\:\Omega$ dla R 25 , użyłbym$50\:\mu\textrm{A}$$R_{25}$ tam. Wartość R 25 powinna pochodzić co najwyżej$7.2\:\textrm{k}\Omega$$R_{25}$ , więc przykleiłbym coś$50\:\mu\textrm{A}$ tam. (Bardzo kusiło mnie, aby zrobić to znacznie większym. Ale do cholery. Trzymaj się tego.) Więc znowu, R 22 = $22\:\textrm{k}\Omega$ .$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}+50\:\mu\textrm{A}}\approx 7.2\:\textrm{k}\:\Omega$

^{zasymuluj ten obwód}

Jeśli zwiększysz obciążenie, po prostu wykonaj obliczenia.

Dlaczego używasz Darlingtons? Ach Teraz wspominasz, że obciążenie może wzrosnąć o . To ma sens.$3\:\textrm{A}$

Ponówmy rzeczy dla tego rodzaju obciążenia:

^{zasymuluj ten obwód}

Że Darlington spadnie więcej napięcia i teraz rozproszy sporą ilość mocy. W rzeczywistości rozproszy więcej niż ośmielisz się złożyć wniosek !! Spójrz na odporność termiczną, a także na maksymalne temperatury robocze! Zakładając, że nie robisz czegoś specjalnego na planszy, aby lepiej rozproszyć, nie możesz rozproszyć więcej niż około na tym urządzeniu.$1.5\:\textrm{W}$

Tak więc, podczas gdy wszystkie liczby działają „częściowo dobrze”, masz kilka problemów.

1. Rozproszenie twojego Darlington jest po prostu kilka razy za wysokie.
2. $1.5\:\textrm{V}$$10.5\:\textrm{V}$

Poza tym wydaje się w porządku.

Musisz poradzić sobie z rozpraszaniem. Jest to jeden z tych przypadków, w których MOSFET zaczyna wyglądać całkiem nieźle.

$V_{BE}$$\approx 0.7V$$3.3V-0.7V=2.6V$$V_{CE}$

$V_{CE(sat)}$

$I_C \approx I_E = \frac{V_B \;-\;0.7V}{R22} = \frac{3.3V \;-\;0.7V}{220\Omega}\approx 12mA$

Problem polega na tym, że obwód ten działa jako źródło prądu, o ile ma zapas napięcia w kierunku szyny 12V. W twoim obwodzie zmusza te 12mA do R25 (2,2kΩ) równolegle do złącza BE Q8 (zakładając, że poprawnie podłączasz Q8, tzn. Zamieniasz C i E w swoim obwodzie).

$\frac{0.7V}{2.2k\Omega}\approx 0.31mA << 12mA$

Prąd 12 mA w swojej podstawie wystarcza, aby nasycić tranzystor wyjściowy i sprawić, aby działał jako włącznik (czego potrzebujesz). Jednak nie dostaniesz podstawy do uziemienia, jak można się spodziewać, ponieważ tranzystor „sterujący” Q6 nie działa jak przełącznik, ale jako (przełączalne) źródło prądu.

Zakładam, że tranzystor PNP (Q8) jest celowo połączony z emiterem i zamienionym kolektorem w celu osiągnięcia nieco niższej wartości Vce po nasyceniu. Ta technika jest używana od czasu do czasu, ale ma potencjalne problemy z rozkładem napięcia odwrotnej podstawy emitera, więc matematyka, jeśli jest to celowe. Jeśli nie, czytaj dalej.

Moc wyjściowa wynosi zawsze 12 V.

Bez obciążenia i przy użyciu miernika o wysokiej impedancji ORAZ biorąc pod uwagę niewielki prąd upływowy przez Q8, moc wyjściowa będzie zwykle lekko ciągnięta do 12 woltów i może tak być.

Po scopowaniu bazy do wyjściowego tranzystora nie jest „ciągnięty” do masy „wystarczająco” - tylko napięcie 12 V następnie do 11,5 V.

Połączenie między 12 woltami a bazą stanowi dioda przewodząca do przodu i prawdopodobnie spadnie tylko między 0,4 wolta a 0,7 wolta dla umiarkowanego prądu podstawowego. To nie jest problem. Prąd podstawowy jest ustawiany przez 3,3 wolta na podstawie Q6 - „włoży” około 2,7 wolta na emiter Q6 i wymusi przepływ prądu o wartości około 12 mA przez R22 - prąd ten zostanie w dużej mierze przepuszczony przez podstawę Q8 ( około 10 mA) w celu włączenia.

czego mi brakuje?

Poza obciążeniem wyjściowym i prawdopodobnie nieprawidłowym okablowaniem kolektora i emitera, nic więcej.

Komentarz 1) Gdy używasz tranzystora BJT jako przełącznika (nie wzmacniacza), podłącz emiter bezpośrednio do źródła zasilania, bez elementów obwodu między emiterem a źródłem zasilania. W przypadku tranzystorów NPN podłącz emiter bezpośrednio do szyny zasilania NEGATYWNEJ (np. GROUND), aw przypadku tranzystorów PNP podłącz emiter bezpośrednio do szyny zasilania POZYTYWNEJ (np. 12V_IGN_ON, który, jak zakładam, jest twoim źródłem zasilania). Podłączyć kolektor do włączanego obciążenia | WYŁ. [Podobnie, w przypadku przełączników MOSFET, podłącz pin ŹRÓDŁA MOSFETA bezpośrednio do źródła zasilania: ŹRÓDŁO N-MOS do źródła zasilania NEGATYWNEGO; ŹRÓDŁO P-MOSA dla POZYTYWNEGO źródła zasilania. Podłącz odwodnienie do ładunku.]

Komentarz 2) Tranzystor wyjściowy w parze Darlingtona nie będzie nasycony (w pełni WŁĄCZONY); zbliży się do nasycenia, ale nigdy nie osiągnie nasycenia. Mając to na uwadze, używane tranzystory Darlington rozpraszają (marnują) więcej mocy i nagrzewają się znacznie bardziej niż „standardowy” tranzystor BJT pracujący w stanie nasycenia; dlatego podczas korzystania z pary Darlington, tak jak jest to tutaj robione, będzie mniej energii do dostarczenia do odbiornika. TL; DR: Nigdy nie używaj tranzystorów z parą Darlington do przełączania obwodów, które muszą przełączać między odcięciem (WYŁ.) A nasyceniem (WŁ.).

Komentarz 3) IMO, najłatwiej jest pracować z obliczeniami prądowymi podczas projektowania obwodów przełączających BJT. Załóżmy, że obciążenie wyjściowe pobiera maksymalny prąd 100 mA. Załóżmy, że zastąpiłeś tranzystor Darlingtona Q8 małosygnałowym PNP BJT (np. 2N3906), którego nasycenie beta wynosi 10 (patrz arkusz danych). Do pierwszego obliczenia przybliżenia używamy,

Q8_IC_sat = Q8_Beta_sat * Q8_IB_sat

W związku z tym,

=> IB_sat = IC_sat / Beta_sat
= (-100 mA) / (10)
=> IB_sat = -10 mA

Zatem prąd wychodzący z podstawy Q8 musi wynosić co najmniej 10 mA. Ten prąd bazowy jest „programowany” przez odpowiednio wartościowany rezystor ograniczający prąd R_X połączony szeregowo między kolektorem Q6 a bazą Q8. (nb Wyeliminuj rezystory R22 i R25.)

R_X = ((12V_IGN_ON) - (Q8_VBE(SAT) @ Q8_IC=100mA) - (Q6_VCE(SAT) @ Q6_IC=10mA)) / 10mA

Zamień Q6 na NPN BJT - np. Mały sygnał 2N2222A. Celem jest teraz nasycenie Q6, gdy pin wyjścia cyfrowego mikrokontrolera jest zaprogramowany do generowania logicznego WYSOKIEGO wyjścia. Po raz kolejny, patrząc na arkusz danych 2N2222A, widzimy, że nasycenie beta wynosi 10. Wymagany prąd wypływający z pinu wyjścia cyfrowego mikrokontrolera do podstawy Q6 wynosi

Q6_IB_sat = Q6_IC_sat / Q6_Beta_sat
= (10 mA) / (10)
=> IB_sat(Q6) = 1 mA

Ten prąd 1 mA można zaprogramować za pomocą odpowiednio wartościowego rezystora ograniczającego prąd R_Y połączonego szeregowo między pin wyjścia cyfrowego mikrokontrolera a podstawą Q6:

R_Y = ( (microcontroller VOH) - (Q6_VBE(Sat) @ Q6_IC(sat)=10mA) ) / 1 mA

gdzie „VOH” to minimalne napięcie dla logicznego WYSOKIEGO sygnału wyjściowego na pinie wyjścia cyfrowego mikrokontrolera (patrz arkusz danych mikrokontrolera, aby znaleźć VOH).

VOH <= uC digital output pin logic HIGH voltage < 3.3V

Musisz odpowiednio polaryzować Q6 za pomocą rezystora bazowego. Obecnie jest obserwatorem emitera. Stąd emiter ma napięcie 3,3 V - Vbe = 2,6 V.

Drugi bjt jest jakoś nasycony