Mengapa Transistor PNP ini tidak akan memicu?

Rangkaian di bawah ini harus mengambil sinyal 3.3V dari MCU pada MCU_LS12 dan mengeluarkan sinyal sisi tinggi 12V.

Outputnya selalu 12V. Pada pelingkupan dasar ke transistor output tidak ditarik ke tanah "cukup" - hanya akan 12V kemudian ke 11.5V.

Apa yang saya lewatkan? Sinyal input pada LS12 adalah 3.3V dari MCU, mengirimkan gelombang persegi 50% untuk pengujian. Mengapa Q6 tidak menjatuhkan basis Q8 ke ground? Apa yang bisa saya ubah? Apakah pembagi?

Mari kita menggambar skematis menggunakan editor EESE (seperti yang seharusnya Anda lakukan):

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Saya tahu Anda salah kabel . Seperti yang ditunjukkan Andy, PNP normal masih dapat bertindak sebagai transistor PNP jika Anda membaliknya. Tetapi biasanya dengan jauh lebih buruk (karena cara doping dan secara fisik dibangun dalam BJT.)$Q_8$$\beta$

Namun, apa yang mungkin terlewatkan oleh Andy [dengan asumsi saya dapat menganggap Anda serius bahwa Anda menggunakan MJD127G ( lembar data )], maka ini adalah Darlington !! Anda tidak membalikkannya dan berharap banyak. Anda perlu mengaturnya dengan benar!

Karena Anda telah menyebutkan bahwa Anda telah menggunakan , saya akan menggunakannya. Ini berarti . Berikut bagan penting dari lembar data:I C 8 = $R_{LOAD}=200\:\Omega$$I_{C_8}=60\:\textrm{mA}$

The di saat ini. Jadi, Anda tidak dapat secara serius mengharapkan yang lebih baik daripada sekitar di seluruh . Pernah. Anda perlu merencanakan itu. Dan kurang, jika arus kolektor Anda meningkat secara signifikan.$V_{CE_{SAT}}\approx 800\:\textrm{mV}$R L O A $11\:\textrm{V}$$R_{LOAD}$

Perhatikan bahwa mereka menggunakan untuk saturasi! Cukup signifikan. Tapi ini Darlington. Jadi itu yang diharapkan. Jika arus muat Anda benar-benar hanya maka arus basis Anda hanya perlu .$\beta=250$$60\:\textrm{mA}$$250\:\mu\textrm{A}$

Sekarang, cukup jelas Anda juga menggunakan Darlington untuk ! Apa?? Baiklah. Benda itu memiliki minimum pada ! Apakah kamu waras? Arus basis yang diperlukan untuk sini, dalam konfigurasi pengikut emitor ini adalah (dengan asumsi bahwa pada arus rendah yang dipegang oleh (mungkin tidak.) Dalam kasus apa pun, Anda tidak memiliki basis apa pun saat ini untuk dibicarakan pada . β = 5000 I C = $Q_6$ $\beta=5000$Q 6$I_C=10\:\textrm{mA}$$Q_6$ β Q $50\:\textrm{nA}$$\beta$$Q_6$

Jadi, apa nilai ? Hal ini . Namun, untuk, katakanlah, untuk , saya akan menggunakan sana. Nilai harus berasal paling banyak , jadi saya akan menempelkan sesuatu sana. (Saya sangat tergoda untuk membuatnya lebih besar. Tapi apa-apaan ini. Tetap dengan ini.) Jadi, sekali lagi, . R 22 = $R_{22}$$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}}=9200\:\Omega$R 25$50\:\mu\textrm{A}$$R_{25}$R 25$7.2\:\textrm{k}\Omega$$R_{25}$$50\:\mu\textrm{A}$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$

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Jika Anda menambah beban, cukup ikuti perhitungannya.

$3\:\textrm{A}$

Mari kita ulangi hal-hal untuk beban semacam itu:

^{mensimulasikan rangkaian ini}

$1.5\:\textrm{W}$

Jadi, sementara semua angka berhasil "semi-oke," Anda memiliki beberapa masalah.

1. Pembuangan pada Darlington Anda hanya beberapa kali terlalu tinggi.
2. $1.5\:\textrm{V}$$10.5\:\textrm{V}$

Selain itu, sepertinya oke.

Anda harus berurusan dengan disipasi. Ini adalah salah satu kasus di mana MOSFET mulai terlihat cukup bagus.

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

$V_{CE(sat)}$

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

Masalahnya adalah bahwa rangkaian itu berfungsi sebagai sumber arus asalkan memiliki ruang kepala tegangan menuju rel 12V. Di sirkuit Anda itu memaksa 12mA ke R25 (2.2kΩ) secara paralel dengan persimpangan BE dari Q8 (dengan asumsi Anda menghubungkan Q8 dengan benar, yaitu Anda menukar C dan E di sirkuit Anda).

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

Arus 12mA di dasarnya lebih dari cukup untuk memenuhi transistor keluaran dan membuatnya berfungsi sebagai saklar yang dihidupkan (yang Anda butuhkan). Namun, Anda tidak akan mendapatkan basis ditarik ke tanah, seperti yang Anda harapkan, karena "driver" transistor Q6 tidak bekerja seperti saklar, tetapi sebagai sumber arus (switchable).

Saya berasumsi bahwa transistor PNP (Q8) sengaja dihubungkan dengan emitor dan kolektor bertukar untuk mencapai Vce yang sedikit lebih rendah ketika jenuh. Teknik ini digunakan sekarang dan kemudian tetapi memang memiliki potensi masalah dengan kerusakan tegangan basis emitor-balik jadi lakukan perhitungan jika ini disengaja. Jika tidak, baca terus.

Outputnya selalu 12V.

Tanpa beban dan menggunakan meter impedansi tinggi DAN diberi arus bocor kecil melalui Q8, output akan cenderung ditarik ringan hingga 12 volt dan ini mungkin apa yang Anda lihat.

Pada pelingkupan dasar ke transistor output tidak ditarik ke tanah "cukup" - hanya akan 12V kemudian ke 11.5V.

Persimpangan antara 12 volt dan basis adalah dioda konduktor maju dan kemungkinan hanya turun antara 0,4 volt dan 0,7 volt untuk arus basis moderat. Ini bukan masalah. Arus basis diatur oleh 3,3 volt pada basis Q6 - ia akan "menempatkan" sekitar 2,7 volt pada emitor Q6 dan memaksa arus sekitar 12 mA mengalir melalui R22 - arus ini sebagian besar akan dilewatkan melalui basis Q8 ( sekitar 10 mA) untuk menyalakannya.

Apa yang saya lewatkan?

Selain beban keluaran dan kolektor dan emitor kabel mungkin salah, tidak banyak.

Komentar 1) Saat menggunakan transistor BJT sebagai saklar (bukan amplifier), sambungkan emitor langsung ke sumber listrik, tanpa elemen rangkaian antara emitor dan sumber listrik. Untuk transistor NPN sambungkan emitor secara langsung ke power rail NEGATIF ​​(mis. GROUND), dan untuk transistor PNP sambungkan emitor langsung ke power rail POSITIF (mis., 12V_IGN_ON, yang saya anggap sebagai sumber listrik Anda). Hubungkan kolektor ke beban yang dihidupkan ON | OFF. [Demikian pula, untuk sakelar MOSFET, hubungkan pin SUMBER MOSFET langsung ke sumber daya: SUMBER N-MOS ke sumber daya NEGATIF; SUMBER P-MOS ke sumber daya POSITIF. Hubungkan DRAIN ke beban.]

Komentar 2) Transistor output dalam pasangan Darlington tidak akan jenuh (nyalakan sepenuhnya); itu akan mendekati saturasi tetapi tidak akan pernah mencapai saturasi. Dengan mengingat hal ini, transistor Darlington yang Anda gunakan akan menghamburkan lebih banyak tenaga dan menjadi jauh lebih panas daripada transistor BJT "standar" yang beroperasi dengan saturasi; oleh karena itu, daya yang lebih sedikit akan tersedia untuk pengiriman ke beban saat menggunakan pasangan Darlington seperti yang dilakukan di sini. TL; DR: Jangan pernah gunakan transistor pasangan Darlington untuk mengganti sirkuit yang harus beralih antara cutoff (OFF) dan saturation (ON).

Komentar 3) IMO, paling mudah untuk bekerja dengan perhitungan saat ini ketika merancang sirkuit switching BJT. Asumsikan beban output menarik arus maksimum 100 mA. Mari kita asumsikan Anda mengganti transistor Darlington Q8 dengan PNP BJT sinyal kecil (misalnya, 2N3906) yang beta saturasi-nya adalah 10 (lihat lembar data). Untuk perhitungan perkiraan pertama yang kami gunakan,

Q8_IC_sat = Q8_Beta_sat * Q8_IB_sat

Karena itu,

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

Jadi basis Q8 saat ini harus setidaknya 10 mA. Arus basis ini "diprogram" melalui resistor pembatas arus yang dinilai sesuai R_X yang terhubung secara seri antara kolektor Q6 dan basis Q8. (nb Hilangkan resistor R22 dan R25.)

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

Ganti Q6 dengan NPN BJT - misalnya, sinyal kecil 2N2222A. Tujuannya sekarang adalah untuk memenuhi Q6 ketika pin output digital mikrokontroler diprogram untuk menghasilkan output logika TINGGI. Sekali lagi, melihat lembar data 2N2222A kita melihat beta saturasi adalah 10. Jadi arus yang diperlukan mengalir keluar dari pin output digital mikrokontroler dan ke basis Q6 adalah

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

Arus 1 mA ini dapat diprogram melalui resistor pembatas arus yang dinilai dengan tepat R_Y yang terhubung secara seri antara pin keluaran digital mikrokontroler dan basis Q6:

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

di mana 'VOH' adalah tegangan minimum untuk logika sinyal output TINGGI di pin output digital mikrokontroler (lihat lembar data mikrokontroler untuk menemukan VOH).

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

Anda perlu bias Q6 dengan benar, dengan basis resistor. Saat ini ia adalah pengikut emitor. Karenanya emitor berada pada 3.3V - Vbe = 2.6 V

Bjt kedua entah bagaimana jenuh