Perché questo transistor PNP non si innesca?

Il circuito seguente dovrebbe ricevere un segnale 3.3V da un MCU su MCU_LS12 e emettere un segnale high-side da 12V.

L'uscita è sempre a 12V. Nel mirare la base al transistor di uscita non viene tirato a terra "abbastanza" - andando solo a 12V quindi a 11,5 V.

Cosa mi sto perdendo? Il segnale di ingresso su LS12 è 3,3 V da un MCU, che invia un'onda quadrata del 50% per il test. Perché Q6 non sta gettando a terra la base Q8? Cosa posso cambiare? È il divisore?

Disegniamo lo schema usando l'editor EESE (come avresti dovuto fare):

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Ho capito che hai sbagliato . Come sottolinea Andy, un normale PNP può comunque fungere da transistor PNP se lo si inverte. Ma di solito con β molto peggio (a causa del modo in cui le cose vengono drogate e costruite fisicamente in un BJT.)$Q_8$$\beta$

Tuttavia, ciò che Andy potrebbe aver perso [supponendo che io possa prenderti sul serio che stai usando un MJD127G (foglio dati )], allora questo è un Darlington !! Non li inverti e ti aspetti molto. Devi sistemarli correttamente!

Dal momento che hai detto che hai usato , ci andrò con quello. Questo significa un semplice I C 8 = $R_{LOAD}=200\:\Omega$ . Ecco un grafico importante dal foglio dati:$I_{C_8}=60\:\textrm{mA}$

Il a questa corrente. Quindi non puoi aspettarti seriamente di meglio di circa$V_{CE_{SAT}}\approx 800\:\textrm{mV}$ attraverso R L O A D . Mai. Devi pianificare su questo. E meno, se la corrente del tuo collezionista aumenta in modo significativo.$11\:\textrm{V}$$R_{LOAD}$

Nota che usano un per la saturazione! Abbastanza significativo. Ma questo è un Darlington. Quindi è prevedibile. Se la corrente di carico è veramente solo $\beta=250$ allora la tua corrente di base deve essere solo$60\:\textrm{mA}$ .$250\:\mu\textrm{A}$

Ora, è abbastanza chiaro che stai usando anche un Darlington per ! Che cosa?? Oh bene. Quella cosa ha un minimo β = 5000 ad un I C = $Q_6$ $\beta=5000$ ! Sei sano di mente? La corrente di base richiesta per Q 6 qui, in questa configurazione follower emettitore è$I_C=10\:\textrm{mA}$$Q_6$ (supponendo che a queste basse correnti che il β trattiene (probabilmente no.) In ogni caso, non hai alcuna corrente di base di cui parlare su Q 6 .$50\:\textrm{nA}$$\beta$$Q_6$

Quindi qual è il valore di ? È R 22 = $R_{22}$ . Tuttavia, rappresentando, diciamo,$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}}=9200\:\Omega$ per R 25 , userei un$50\:\mu\textrm{A}$$R_{25}$ lì. Il valore di R 25 dovrebbe essere al massimo$7.2\:\textrm{k}\Omega$$R_{25}$ , quindi incollerei qualcosa a$50\:\mu\textrm{A}$ lì. (Avevo molto tentato di renderlo molto più grande. Ma che diamine. Attenersi a questo.) Quindi, ancora una volta,.$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$

^{simula questo circuito}

Se si aumenta il carico, basta seguire i calcoli.

Perché stai usando Darlingtons ?? Ah. Ora dici che potresti avere un carico che sale di . Quindi ha senso.$3\:\textrm{A}$

Ripetiamo le cose per quel tipo di carico:

^{simula questo circuito}

Che Darlington lascerà cadere più tensione e ora dissiperà una discreta quantità di energia. In effetti, dissiperà più di quanto osi applicare !! Dai un'occhiata alla resistenza termica e anche alle massime temperature di esercizio! Supponendo che non si faccia qualcosa di molto speciale sulla scheda stessa per dissipare meglio, non è possibile dissipare più di circa su quel dispositivo.$1.5\:\textrm{W}$

Quindi, mentre tutti i numeri funzionano "semi-ok", hai diversi problemi.

1. La dissipazione sul tuo Darlington è semplicemente parecchie volte troppo alta.
2. Perderai circa $1.5\:\textrm{V}$$10.5\:\textrm{V}$

A parte questo, sembra a posto.

Devi affrontare la dissipazione. Questo è uno di quei casi in cui un MOSFET inizia a sembrare piuttosto buono.

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

$V_{CE(sat)}$

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

Il problema è che quel circuito funziona come una sorgente di corrente fintanto che ha un headroom di tensione verso la guida a 12V. Nel tuo circuito forza quei 12mA in R25 (2.2kΩ) in parallelo con la giunzione BE di Q8 (supponendo che tu colleghi correttamente Q8, cioè scambia C ed E nel tuo circuito).

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

Una corrente di 12 mA nella sua base è più che sufficiente per saturare il transistor di uscita e farlo funzionare come interruttore acceso (che è quello che ti serve). Tuttavia, non otterrai la sua base messa a terra, come ti aspetteresti, perché il transistor "driver" Q6 non funziona come uno switch, ma come una sorgente di corrente (commutabile).

Suppongo che il transistor PNP (Q8) sia intenzionalmente collegato all'emettitore e al collettore scambiati al fine di ottenere un Vce leggermente inferiore quando saturo. Questa tecnica viene utilizzata di tanto in tanto, ma presenta potenziali problemi con l'interruzione della tensione della base dell'emettitore inverso, quindi fare i calcoli se questo è intenzionale. In caso contrario, continua a leggere.

L'uscita è sempre a 12V.

Senza carico e utilizzando un misuratore di impedenza elevata E data una piccola corrente di dispersione attraverso Q8, l'uscita tenderà ad essere tirata leggermente fino a 12 volt e questo potrebbe essere quello che vedi.

Nel mirare la base al transistor di uscita non viene tirato a terra "abbastanza" - andando solo a 12V quindi a 11,5 V.

La giunzione tra 12 volt e la base è un diodo conduttore diretto ed è probabile che scenda tra 0,4 volt e 0,7 volt per una corrente di base moderata. Questo non è un problema. La corrente di base è impostata da 3,3 volt sulla base di Q6 - "metterà" circa 2,7 volt all'emettitore di Q6 e forzerà una corrente di circa 12 mA a fluire attraverso R22 - questa corrente sarà in gran parte fatta passare attraverso la base di Q8 ( circa 10 mA) per accenderlo.

Cosa mi sto perdendo?

A parte un carico di uscita e forse un cablaggio errato del collettore e dell'emettitore, niente di molto.

Commento 1) Quando si utilizza un transistor BJT come interruttore (non un amplificatore), collegare l'emettitore direttamente alla fonte di alimentazione, senza elementi di circuito tra l'emettitore e la fonte di alimentazione. Per i transistor NPN collegare l'emettitore direttamente alla barra di alimentazione NEGATIVA (ad es. GROUND) e per i transistor PNP collegare l'emettitore direttamente alla barra di alimentazione POSITIVA (ad es. 12V_IGN_ON, che presumo sia la fonte di alimentazione). Collegare il collettore al carico che viene attivato / disattivato. [Analogamente, per gli switch MOSFET, collegare il pin SOURCE del MOSFET direttamente alla fonte di alimentazione: SOURCE di N-MOS alla fonte di alimentazione NEGATIVA; SORGENTE di P-MOS alla fonte di energia POSITIVA. Collegare DRAIN al carico.]

Commento 2) Il transistor di uscita in una coppia Darlington non si saturerà (accendendolo completamente su ON); si avvicinerà alla saturazione ma non raggiungerà mai la saturazione. Con questo in mente, i transistor Darlington che stai utilizzando dissiperanno (sprecheranno) più potenza e diventeranno molto più caldi di un transistor BJT "standard" che funziona in saturazione; pertanto, sarà disponibile meno energia per la consegna al carico quando si utilizza una coppia Darlington come viene fatto qui. TL; DR: non utilizzare mai transistor Darlington per commutare circuiti che devono commutare tra cutoff (OFF) e saturazione (ON).

Commento 3) IMO, è più semplice lavorare con i calcoli attuali durante la progettazione di circuiti di commutazione BJT. Supponiamo che il carico di uscita assorba una corrente massima di 100 mA. Supponiamo che sostituiate il transistor Q8 Darlington con un BJT PNP a piccolo segnale (ad es. 2N3906) la cui beta di saturazione è 10 (vedere la scheda tecnica). Per un primo calcolo di approssimazione usiamo,

Q8_IC_sat = Q8_Beta_sat * Q8_IB_sat

Perciò,

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

Quindi l'attuale base di Q8 in uscita deve essere di almeno 10 mA. Questa corrente di base viene "programmata" tramite un resistore di limitazione di corrente R_X opportunamente valutato collegato in serie tra il collettore di Q6 e la base di Q8. (nb Elimina le resistenze R22 e R25.)

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

Sostituire Q6 con un NPN BJT, ad esempio un segnale piccolo 2N2222A. L'obiettivo ora è saturare Q6 quando il pin di uscita digitale del microcontrollore è programmato per produrre un'uscita logica ALTA. Ancora una volta, guardando la scheda tecnica del 2N2222A vediamo che la saturazione beta è 10. Quindi la corrente richiesta che fluisce dal pin di uscita digitale del microcontrollore e nella base di Q6 è

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

Questa corrente da 1 mA può essere programmata tramite un resistore R_Y con limitazione di corrente opportunamente valutato collegato in serie tra il pin di uscita digitale del microcontrollore e la base di Q6:

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

dove "VOH" è la tensione minima per un segnale di uscita HIGH logico sul pin di uscita digitale del microcontrollore (consultare la scheda tecnica del microcontrollore per trovare VOH).

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

È necessario polarizzare correttamente il Q6, con un resistore di base. Attualmente è un seguace emettitore. Quindi l'emettitore è a 3,3 V - Vbe = 2,6 V

Il secondo bjt è in qualche modo in saturazione