Почему этот транзистор PNP не сработает?

Схема ниже должна принимать сигнал 3,3 В от MCU на MCU_LS12 и выводить сигнал 12 В на верхней стороне.

Выход всегда 12В. При определении диапазона база к выходному транзистору не достаточно "заземлена" - только на 12 В, затем до 11,5 В.

Что мне не хватает? Входной сигнал на LS12 - 3,3 В от MCU, посылающий 50% -ую прямоугольную волну для тестирования. Почему Q6 не сбрасывает базу Q8s на землю? Что я могу изменить? Это разделитель?

Давайте нарисуем схему, используя редактор EESE (как вы должны были сделать):

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Я так понял, вы неправильно подключили . Как указывает Энди, обычный PNP все еще может действовать как транзистор PNP, если вы измените его. Но обычно с гораздо худшим β (из-за того, как все легировано и физически встроено в BJT.)$Q_8$$\beta$

Однако то , что Энди , возможно, пропустили [предполагая , что я могу взять вас серьезно , что вы используете MJD127G ( спецификация )], то это Дарлингтон !! Вы не переворачиваете это и ожидаете многого. Вы должны правильно организовать их!

Поскольку вы упомянули, что использовали , я пойду с этим. Это означает, что просто я C 8 = $R_{LOAD}=200\:\Omega$ . Вот важный график из таблицы:$I_{C_8}=60\:\textrm{mA}$

при этом токе. Таким образом, вы не можете серьезно ожидать лучше, чем около$V_{CE_{SAT}}\approx 800\:\textrm{mV}$ через R L O A D . Когда-либо. Вы должны планировать это. И меньше, если ваш ток коллектора значительно возрастает.$11\:\textrm{V}$$R_{LOAD}$

Обратите внимание, что они используют для насыщения! Довольно показательно. Но это Дарлингтон. Так что этого следовало ожидать. Если ваш ток нагрузки действительно только $\beta=250$ тогда ваш базовый ток должен быть только$60\:\textrm{mA}$ .$250\:\mu\textrm{A}$

Теперь совершенно очевидно, что вы также используете Дарлингтон для ! Какая?? Ну что ж. Эта вещь имеет минимальное β = 5000 при I C = $Q_6$ $\beta=5000$ ! Ты в здравом уме? Базовый ток, необходимый для Q 6 здесь, в этой конфигурации следящего элемента эмиттера составляет$I_C=10\:\textrm{mA}$$Q_6$ (при условии, что при этих малых токах, что β сохраняется (вероятно, нет). В любом случае у вас нет базового тока, о котором можно было бы говорить на Q 6 .$50\:\textrm{nA}$$\beta$$Q_6$

Так, каково значение для ? Это R 22 = $R_{22}$ . Однако, скажем,$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}}=9200\:\Omega$ для R 25 , я бы использовать$50\:\mu\textrm{A}$$R_{25}$ там. Значение R 25 должно исходить не более$7.2\:\textrm{k}\Omega$$R_{25}$ , так что я бы воткнул что-то$50\:\mu\textrm{A}$ там. (Я очень хотел бы сделать его намного больше. Но какого черта. Придерживайтесь этого.) Итак, опять же, R 22 = $22\:\textrm{k}\Omega$ .$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}+50\:\mu\textrm{A}}\approx 7.2\:\textrm{k}\:\Omega$

^{смоделировать эту схему}

Если вы увеличиваете нагрузку, просто выполните расчеты.

Почему вы используете Дарлингтонс ?? Ах. Теперь вы упоминаете, что у вас может быть нагрузка выше . Так что это имеет смысл.$3\:\textrm{A}$

Давайте переделаем вещи для такой нагрузки:

^{смоделировать эту схему}

Это Дарлингтон будет падать больше напряжения и теперь будет рассеивать достаточное количество энергии. На самом деле, он рассеется больше, чем вы осмеливаетесь применить !! Посмотрите на тепловое сопротивление, а также максимальные рабочие температуры! Предполагая, что вы не делаете что-то особенное на самой плате, чтобы рассеивать лучше, вы не можете рассеять больше, чем около на этом устройстве.$1.5\:\textrm{W}$

Таким образом, хотя все цифры работают "нормально", у вас есть несколько проблем.

1. Рассеяние вашего Дарлингтона просто в несколько раз выше.
2. $1.5\:\textrm{V}$$10.5\:\textrm{V}$

Кроме этого, кажется, все в порядке.

Вам нужно бороться с диссипацией. Это один из тех случаев, когда MOSFET начинает выглядеть довольно хорошо.

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

$V_{CE(sat)}$

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

Проблема заключается в том, что эта схема работает как источник тока, если она имеет запас по напряжению в направлении шины 12 В. В вашей схеме он подает эти 12 мА в R25 (2,2 кОм) параллельно с переходом BE Q8 (при условии, что вы правильно подключили Q8, т.е. вы поменяете местами C и E в вашей цепи).

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

Ток 12 мА в его базе более чем достаточен для насыщения выходного транзистора и обеспечения его работы в качестве включенного переключателя (что вам нужно). Однако, как вы и ожидаете, его основание не будет притягиваться к земле, потому что транзистор Q6 с «драйвером» работает не как коммутатор, а как (переключаемый) источник тока.

Я предполагаю, что PNP-транзистор (Q8) преднамеренно соединен с эмиттером и коллектором поменялся местами, чтобы достичь немного более низкого значения Vce при насыщении. Этот метод используется время от времени, но у него есть потенциальные проблемы с обратным пробоем напряжения на базе эмиттера, поэтому сделайте математику, если это намеренно. Если нет, то читайте дальше.

Выход всегда 12В.

Без нагрузки и использования измерителя с высоким импедансом И с малым током утечки через Q8, выходной сигнал будет слегка повышен до 12 вольт, и это может быть тем, что вы видите.

При определении диапазона база к выходному транзистору не достаточно "заземлена" - только на 12 В, затем до 11,5 В.

Соединение между 12 вольт и основанием является диодом с прямой проводимостью, и оно может упасть только между 0,4 вольт и 0,7 вольт при умеренном токе базы. Это не проблема. Базовый ток устанавливается на уровне 3,3 В на базе Q6 - он «подает» около 2,7 В на эмиттер Q6 и заставляет ток около 12 мА протекать через R22 - этот ток будет в основном пропущен через базу Q8 ( около 10 мА), чтобы включить его.

Что мне не хватает?

Кроме выходной нагрузки и, возможно, неправильно проводки коллектор и эмиттер, ничего особенного.

Комментарий 1) При использовании BJT-транзистора в качестве переключателя (не усилителя) подключите излучатель непосредственно к источнику питания, без элементов цепи между излучателем и источником питания. Для NPN-транзисторов подключите эмиттер непосредственно к ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ шине питания (например, GROUND), а для PNP-транзисторов подключите эмиттер напрямую к ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ шине питания (например, 12V_IGN_ON, который, как я предполагаю, является вашим источником питания). Подключите коллектор к нагрузке, которая включается | выключается. [Аналогично, для переключателей MOSFET подключите вывод SOURCE MOSFET непосредственно к источнику питания: источник N-MOS к отрицательному источнику питания; ИСТОЧНИК P-MOS к ПОЗИТИВНОМУ источнику питания. Подключите Слив к нагрузке.]

Комментарий 2) Выходной транзистор в паре Дарлингтона не насыщается (полностью включается); оно приблизится к насыщению, но никогда не достигнет насыщения. Имея это в виду, используемые вами транзисторы Дарлингтона будут рассеивать (тратить) больше энергии и получать намного больше тепла, чем «стандартный» транзистор BJT, работающий в режиме насыщения; поэтому при использовании пары Дарлингтона будет доступно меньше энергии для доставки к нагрузке, как это делается здесь. TL; DR: Никогда не используйте парные транзисторы Дарлингтона для переключения цепей, которые должны переключаться между отсечкой (ВЫКЛ) и насыщением (ВКЛ).

Комментарий 3) IMO, проще всего работать с текущими расчетами при проектировании схем переключения BJT. Предположим, что выходная нагрузка потребляет максимальный ток 100 мА. Предположим, вы заменили транзистор Дарлингтона Q8 на PNP BJT со слабым сигналом (например, 2N3906), бета-насыщенность которого равна 10 (см. Таблицу данных). Для расчета в первом приближении мы используем,

Q8_IC_sat = Q8_Beta_sat * Q8_IB_sat

Следовательно,

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

Таким образом, ток на выходе из базы Q8 должен быть не менее 10 мА. Этот базовый ток «программируется» через соответствующим образом ограничивающий ток резистор R_X, подключенный последовательно между коллектором Q6 и базой Q8. (Примечание: устраните резисторы R22 и R25.)

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

Замените Q6 NPN BJT - например, слабый сигнал 2N2222A. Теперь цель состоит в насыщении Q6, когда вывод цифрового выхода микроконтроллера запрограммирован для получения логического ВЫСОКОГО выхода. Еще раз, глядя на таблицу данных 2N2222A, мы видим, что бета-насыщенность равна 10. Таким образом, требуемый ток, протекающий через вывод цифрового выхода микроконтроллера в базу Q6, равен

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

Этот ток 1 мА может быть запрограммирован через ограничитель тока R_Y с соответствующим значением, подключенный последовательно между выводом цифрового выхода микроконтроллера и базой Q6:

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

где «VOH» - минимальное напряжение для логического ВЫСОКОГО выходного сигнала на выводе цифрового выхода микроконтроллера (см. таблицу данных микроконтроллера, чтобы найти VOH).

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

Вы должны правильно сместить Q6 с базовым резистором. В настоящее время это последователь эмитента. Следовательно, излучатель имеет напряжение 3,3 В - Vbe = 2,6 В

Второй байт как-то в насыщении