Переключение 12 В с активным низким сигналом 5 В

Я пытаюсь переключить 12 В (макс. 30 мА) с помощью сигнала от MCU, который я бы предпочел, чтобы активный низкий уровень (таким образом, выходное напряжение составляет 12 В, когда сигнал управления равен 0 В, и 0 В, когда сигнал управления равен 5 В).

Поскольку у меня под рукой много биполярных транзисторов, я ищу решение с использованием биполярных транзисторов. Для активного сигнала высокого уровня я нашел ответ на этом сайте, который, кажется, отлично работает, и кажется, что его можно адаптировать к активному сигналу низкого уровня, добавив еще один транзистор PNP:

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

Тем не менее, 3 транзистора для того, что кажется довольно простой проблемой, кажется немного чрезмерным. Есть ли лучшее решение?

Как насчет этого для идеи.

При входе 5 В ток не может проходить через стабилитрон (5 + 9> 12). Выходной PNP-транзистор удерживается выключенным с помощью резисторов базового эмиттера (= 4k7 + 2k2), а выходной сигнал равен 0. Когда вход понижается до 0 В, небольшой ток будет течь через базу и резистор 2k2. Соединение двух резисторов будет 9 В (напряжение Зенера), а база будет в 11,4 В (при условии падения напряжения 0,6 В Vbe). Суммарный ток, протекающий через базу и стабилитрон (ток утечки), будет добавлен (закон Кирхгофа). С указанными значениями базовый ток будет 0,5 мА, а ток резистора 1,4 мА, что приведет к падению тока утечки чуть ниже 2 мА.

Вы можете достичь этого с помощью двух NPN-транзисторов, как показано ниже. Как вы можете видеть, всякий раз, когда 0Vдается сигнал, 12Vон виден на выходе, а всякий раз, когда 5Vдается на входе, 0Vвиден на выходе.

Посмотрим, как это работает. Прежде всего, давайте начнем со сценарием , где вход является 5V, или, другими словами, HIGH. Это включит Q1, и напряжение на коллекторе Q1 будет почти равно напряжению на его эмиттере, который является GND. База Q2 соединена с коллектором Q1, поэтому, когда 0Vколлектор Q1 включен, или, другими словами, когда Q1 включен, Q2 выключен. Это потому, что база Q2 будет замкнута на землю.

Когда вход 0Vили LOW, Q1 не включится и может быть представлен как не подключенный вообще. Таким образом, ток, проходящий через R1, включится Q2.

Ток Q2 ограничен его базовым током и hFE, как это видно из приведенного ниже уравнения;

$I_{CQ2}=I_{BQ2}*hFE_{Q2} = \dfrac{12-0.6}{10*10^3}*300=350 mA$

Как видно, максимальный ток, который может проходить через Q2, составляет около 350 мА. Но это сильно зависит от hFE транзистора, который может варьироваться от 50 до 300. При значении hFE, равном 50, ток может составлять максимум около 60 мА, что достаточно для ваших требований. Понижение R1 увеличит ток, который пройдет Q2.

Вот идея:

Два NPN и PNP для выходного каскада. Резистор R не обязателен, но некоторым нравится видеть его там. Сделай это 4к7.

При использовании логического привода 1 от MCU база среднего транзистора закорочена на землю, поэтому ток коллектора не будет течь, и, следовательно, выходной транзистор будет отключен.