Чому цей транзистор PNP не спрацьовує?

Наведена нижче схема повинна приймати сигнал 3,3 В від MCU на MCU_LS12 та виводити сигнал 12В високої сторони.

Вихід завжди 12В. При обробці основи на вихідному транзисторі не витягується на землю "достатньо" - йде лише 12В, потім 11,5В.

Що я пропускаю? Вхідний сигнал на LS12 - це 3,3 В від MCU, що надсилає 50% квадратної хвилі для тестування. Чому Q6 не скидає базу Q8 на землю? Що я можу змінити? Це роздільник?

Давайте намалюємо схему за допомогою редактора EESE (як і слід було зробити):

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Я збираю вас проводів $Q_8$неправильно. Як вказує Енді, звичайний PNP все ще може виступати транзистором PNP, якщо ви його перевернули. Але зазвичай із набагато гіршим$\beta$ (завдяки тому, як речі легуються та фізично будуються в BJT.)

Однак те, що Енді, можливо, пропустив [припускаючи, що я можу сприймати вас серйозно, що ви використовуєте MJD127G ( таблицю даних )], то це Дарлінгтон !! Ви не перевертаєте їх і очікуєте багато. Вам потрібно правильно їх влаштувати!

З тих пір, як ви згадали, що використовували $R_{LOAD}=200\:\Omega$, Я піду з цим. Це означає просто$I_{C_8}=60\:\textrm{mA}$. Ось важлива діаграма з таблиці:

The $V_{CE_{SAT}}\approx 800\:\textrm{mV}$при цій течії. Тож ви не можете серйозно розраховувати на краще, ніж приблизно$11\:\textrm{V}$ поперек $R_{LOAD}$. Колись. Потрібно планувати це. І менше, якщо струм вашого колектора значно збільшується.

Зауважте, що вони використовують a $\beta=250$для насичення! Досить вагомий. Але це Дарлінгтон. Тож цього і слід було очікувати. Якщо ваш струм навантаження справді лише$60\:\textrm{mA}$ тоді ваш базовий струм лише повинен бути $250\:\mu\textrm{A}$.

Тепер цілком зрозуміло, що ви також використовуєте Дарлінгтон $Q_6$! Що?? Ну добре. Ця річ має мінімум $\beta=5000$ в $I_C=10\:\textrm{mA}$! Ви здорові? Базовий струм, необхідний для$Q_6$ тут, у цій конфігурації послідовника випромінювача $50\:\textrm{nA}$ (припускаючи, що при цих низьких струмах, що $\beta$ утримує (напевно, ні.) У будь-якому випадку у вас немає базового струму, про який можна говорити $Q_6$.

Тож у чому значення $R_{22}$? Його$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}}=9200\:\Omega$. Однак облік, скажімо,$50\:\mu\textrm{A}$ для $R_{25}$, Я б використовував $7.2\:\textrm{k}\Omega$там. Значення$R_{25}$ має мати джерело не більше $50\:\mu\textrm{A}$, то я би приклею щось $22\:\textrm{k}\Omega$там. (Я б дуже спокусився зробити його набагато більшим. Але що за чорт. Дотримуйтесь цього.) Так, знову ж таки,$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}+50\:\mu\textrm{A}}\approx 7.2\:\textrm{k}\:\Omega$.

^{моделювати цю схему}

Якщо ви збільшуєте навантаження, просто дотримуйтесь розрахунків.

Чому ви використовуєте Дарлінгтони ?? Ага. Тепер ви згадуєте, що у вас може бути навантаження, що піднімається вгору$3\:\textrm{A}$. Тож має сенс.

Давайте повторимо речі для такого навантаження:

^{моделювати цю схему}

Цей Дарлінгтон знизить більше напруги і тепер розвіяє неабияку потужність. Насправді це розсіюється більше, ніж ви наважуєтесь застосувати !! Погляньте на термостійкість, а також на максимальні робочі температури! Якщо припустити, що ви не робите чогось особливого на самій дошці, щоб краще розсіюватися, ви не можете розсіяти більше, ніж приблизно$1.5\:\textrm{W}$ на цьому пристрої.

Отже, хоча всі номери працюють "напівдобре", у вас є кілька проблем.

1. Розсіювання на вашому Дарлінгтоні просто в кілька разів завелике.
2. Ви втратите приблизно $1.5\:\textrm{V}$від вашої високої сторони рейки подачі до вантажу. Якщо ви можете жити з о$10.5\:\textrm{V}$, то це може бути не такою проблемою. Але це так, припускаючи, що Дарлінгтон не просто спалює себе першим.

Крім цього, здається нормальним.

Потрібно мати справу з розсіюванням. Це один із тих випадків, коли MOSFET починає виглядати досить непогано.

Навіть якщо Q6 можна було б увімкнути повністю, що не відбувається в цій схемі, він матиме a $V_{BE}$ крапля $\approx 0.7V$, отже, ви знайдете його випромінювач $3.3V-0.7V=2.6V$приблизно. Тому навіть якщо$V_{CE}$ були майже нульовими (як я вже сказав, неможливо у вашій схемі), база Q8 не буде потягнута на землю.

Позбавтеся R22 від випромінювача і поставте його послідовно з базою Q6, щоб встановити відповідний ухил для включення Q6. За допомогою цієї модифікованої схеми Q6 діє як комутатор і може підтягувати основу Q8 дуже близько до землі (однак не зовсім так: у вас буде невелика напруга насичення$V_{CE(sat)}$ через термінали СЕ Q8, ймовірно, менше 200мВ).

Як бічна примітка, R22 на випромінювачі Q6 виступає як джерело постійного струму, при цьому вихідний струм є його $I_C \approx I_E = \frac{V_B \;-\;0.7V}{R22} = \frac{3.3V \;-\;0.7V}{220\Omega}\approx 12mA$.

Проблема полягає в тому, що цей ланцюг працює як джерело струму до тих пір, поки він має висоту напруги у напрямку до 12V рейки. У вашому ланцюзі він змушує цих 12 мА перетворюватися на R25 (2,2 кОм) паралельно з BE-переходом Q8 (якщо припустити, що ви правильно підключите Q8, тобто ви поміняєте C і E у своїй схемі).

Цей струм розбивається і протікає майже повністю у прямому зміщеному переході BE у Q8. Чому? Оскільки, якби цей перехід був відключеним, весь струм 12 мА протікав би в R25, і для цього знадобилося б перепад 26В через нього, що неможливо з 12В-рейкою. Отже, перехід BE повинен бути увімкнутим, і як такий він покаже перепад ~ 0,7 В через нього, що накладе дуже малий струм в R25 ($\frac{0.7V}{2.2k\Omega}\approx 0.31mA << 12mA$).

Струму 12 мА в його базі більш ніж достатньо, щоб наситити вихідний транзистор і змусити його працювати як включений перемикач (що саме вам потрібно). Однак ви не отримаєте його основу, як ви очікували, тому що «драйвер» транзистор Q6 працює не як комутатор, а як (перемикається) джерело струму.

Я припускаю, що транзистор PNP (Q8) навмисно пов'язаний з емітером і колектором, що змінюється, щоб досягти трохи нижчого Vce при насиченні. Ця методика застосовується час від часу, але у нього є потенційні проблеми із зворотним розбиттям напруги на базі випромінювача, тому робіть математику, якщо це навмисно. Якщо ні, читайте далі.

Вихід завжди 12В.

Без навантаження та з використанням вимірювача високого опору ТА з урахуванням невеликого струму витоку через Q8, вихід буде, як правило, легко витягуватися до 12 вольт, і це може бути те, що ви бачите.

При обробці основи на вихідному транзисторі не витягується на землю "достатньо" - йде лише 12В, потім 11,5В.

З'єднання між 12 вольтами і базою - це діод, що проводить вперед, і, швидше за все, для помірного базового струму він може знизитися лише від 0,4 до 0,7 вольт. Це не проблема. Базовий струм встановлюється 3,3 вольт на базі Q6 - він "покладе" близько 2,7 вольт на випромінювач Q6 і змусить текти близько 12 мА протікати через R22 - цей струм буде значною мірою пропускатися через базу Q8 ( близько 10 мА), щоб увімкнути його.

Що я пропускаю?

Окрім вихідного навантаження та, можливо, неправильно підключення колектора та випромінювача, нічого особливого.

Коментар 1) Використовуючи транзистор BJT як комутатор (а не підсилювач), підключіть випромінювач безпосередньо до джерела живлення, без елементів ланцюга між випромінювачем та джерелом живлення. Для транзисторів NPN підключіть випромінювач безпосередньо до напруги NEGATIVE (наприклад, GROUND), а для PNP-транзисторів підключіть випромінювач безпосередньо до позитивної силової рейки (наприклад, 12V_IGN_ON, на яку я припускаю, що є вашим джерелом живлення). Підключіть колектор до навантаження, яке перемикається УВІМКНЕНО | [Аналогічно, для перемикачів MOSFET підключіть джерело джерела живлення MOSFET безпосередньо до джерела живлення: ДЖЕРЕЛ N-MOS до НЕГАТИВНОГО джерела живлення; Джерело P-MOS до позитивного джерела живлення. Підключіть DRAIN до вантажу.]

Коментар 2) Вихідний транзистор у Дарлінгтонській парі не наситить (увімкніть повністю); вона наблизиться до насичення, але ніколи не досягне насичення. Зважаючи на це, транзистори Дарлінгтона, які ви використовуєте, будуть розсіювати (витрачати) більше енергії та отримувати набагато гарячіше, ніж "стандартний" транзистор BJT, який працює на насиченні; тому при використанні пари Дарлінгтона буде доступно менше енергії для доставки вантажу, як це робиться тут. TL; DR: Ніколи не використовуйте парні транзистори Дарлінгтона для комутації ланцюгів, які повинні перемикатися між відключенням (ВИКЛ) та насиченням (ВКЛ).

Коментар 3) IMO, найпростіше працювати з поточними розрахунками при проектуванні схем комутації BJT. Припустимо, що вихідне навантаження витягує максимальний струм 100 мА. Припустимо, ви замінили транзистор Q8 Дарлінгтона на малосигнальний PNP BJT (наприклад, 2N3906), бета-насиченість якого становить 10 (див. Таблицю даних). Для першого розрахунку наближення ми використовуємо,

Q8_IC_sat = Q8_Beta_sat * Q8_IB_sat

Тому

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

Таким чином, струм, що виходить з бази Q8, повинен бути не менше 10 мА. Цей базовий струм "запрограмований" за допомогою відповідного значення резистора обмеження струму R_X, з'єднаного послідовно між колектором Q6 і базою Q8. (nb Усуньте резистори R22 та R25.)

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

Замініть Q6 NPJ BJT - наприклад, малосигнальний 2N2222A. Мета тепер - наситити Q6, коли цифровий вихідний контакт мікроконтролера запрограмований для отримання логічного ВИСОКОГО виходу. Ще раз, дивлячись на таблицю даних 2N2222A, ми бачимо, що бета-насиченість дорівнює 10. Отже, необхідний струм, що витікає з цифрового вихідного штифта мікроконтролера і в базу Q6,

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

Цей струм 1 мА може бути запрограмований за допомогою відповідного значення резистора обмеження струму R_Y, підключеного послідовно між цифровим вихідним штифтом мікроконтролера та базою Q6:

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

де 'VOH' - мінімальна напруга для логічного ВИСОКОГО вихідного сигналу на цифровому вихідному штифті мікроконтролера (див. таблицю даних мікроконтролера, щоб знайти VOH).

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

Вам потрібно правильно змістити Q6, з базовим резистором. В даний час це послідовник випромінювачів. Отже, випромінювач знаходиться на рівні 3,3 В - Vbe = 2,6 В

Другий bjt якось насичений