Tại sao không kích hoạt Transitor PNP này?

Mạch bên dưới phải lấy tín hiệu 3,3V từ MCU trên MCU_LS12 và xuất tín hiệu phía cao 12V.

Đầu ra luôn là 12V. Trên phạm vi cơ sở để bóng bán dẫn đầu ra không được kéo xuống đất "đủ" - chỉ đi 12 V sau đó đến 11,5V.

Tôi đang thiếu gì? Tín hiệu đầu vào trên LS12 là 3,3V từ MCU, gửi trong một sóng vuông 50% để thử nghiệm. Tại sao Q6 không thả căn cứ Q8 xuống đất? Tôi có thể thay đổi điều gì? Có phải là dải phân cách?

Hãy vẽ sơ đồ bằng trình soạn thảo EESE (như bạn nên làm):

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Tôi tập hợp bạn dây lên sai. Như Andy chỉ ra, một PNP bình thường vẫn có thể hoạt động như một bóng bán dẫn PNP nếu bạn đảo ngược nó. Nhưng thông thường với tồi tệ hơn nhiều β (do cách mọi thứ được pha tạp chất và xây dựng trong một BJT).$Q_8$$\beta$

Tuy nhiên, những gì Andy có thể đã bỏ lỡ [giả sử tôi có thể nghiêm túc với bạn rằng bạn đang sử dụng MJD127G ( bảng dữ liệu )], thì đây là Darlington !! Bạn không đảo ngược những điều đó và mong đợi nhiều. Bạn cần phải có được những sắp xếp chính xác!

Vì bạn đã đề cập rằng bạn đã sử dụng , tôi sẽ đi với điều đó. Điều này có nghĩa là chỉ tôi C 8 = $R_{LOAD}=200\:\Omega$$I_{C_8}=60\:\textrm{mA}$ . Đây là một biểu đồ quan trọng từ biểu dữ liệu:

Các $V_{CE_{SAT}}\approx 800\:\textrm{mV}$ tại hiện tại. Vì vậy, bạn không thể nghiêm túc mong đợi tốt hơn khoảng trên R L O A D . Không bao giờ. Bạn cần lên kế hoạch cho điều đó. Và ít hơn, nếu hiện tại bộ sưu tập của bạn tăng đáng kể.$11\:\textrm{V}$$R_{LOAD}$

Lưu ý rằng họ sử dụng một cho độ bão hòa! Khá đáng kể. Nhưng đây là một Darlington. Vì vậy, đó là dự kiến. Nếu tải hiện tại của bạn chỉ thực sự là $\beta=250$ thì hiện tại cơ sở của bạn chỉ cần là$60\:\textrm{mA}$ .$250\:\mu\textrm{A}$

Bây giờ, khá rõ ràng bạn cũng đang sử dụng Darlington cho ! Gì?? Ồ, tốt. Thứ đó có tối thiểu β = 5000 tại một$Q_6$ $\beta=5000$ ơi! Bạn có tỉnh táo không Dòng cơ sở cần thiết cho Q $I_C=10\:\textrm{mA}$$Q_6$ ở đây, trong cấu hình người theo dõi phát này là (giả sử rằng tại các dòng điện thấp này mà β giữ (có thể không.) Trong mọi trường hợp, bạn không có bất kỳ dòng cơ sở nào để nói về$50\:\textrm{nA}$$\beta$ .$Q_6$

Vậy giá trị của gì? Đó là R $R_{22}$$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}}=9200\:\Omega$ . Tuy nhiên, kế toán, nói, cho R $50\:\mu\textrm{A}$$R_{25}$ , tôi muốn sử dụng một đó. Giá trị của R $7.2\:\textrm{k}\Omega$$R_{25}$ nên nguồn tối đa $50\:\mu\textrm{A}$ , vì vậy tôi muốn gắn bó một cái gì đó một đó. (Tôi rất muốn làm cho nó lớn hơn nhiều. Nhưng cái quái gì vậy. Hãy kiên trì với điều này.) Vì vậy, một lần nữa, R $22\:\textrm{k}\Omega$ .$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}+50\:\mu\textrm{A}}\approx 7.2\:\textrm{k}\:\Omega$

^{mô phỏng mạch này}

Nếu bạn tăng tải, chỉ cần làm theo các tính toán.

Tại sao bạn lại sử dụng Darlington? Ah. Bây giờ bạn đề cập đến bạn có thể có một tải lên$3\:\textrm{A}$ . Vì vậy, nó có ý nghĩa.

Hãy làm lại mọi thứ cho loại tải đó:

^{mô phỏng mạch này}

Rằng Darlington sẽ giảm thêm điện áp và bây giờ sẽ tiêu tan một lượng điện năng khá lớn. Trên thực tế, nó sẽ tiêu tan nhiều hơn bạn dám áp dụng !! Hãy xem khả năng chịu nhiệt và nhiệt độ hoạt động tối đa! Giả sử bạn không làm điều gì đó rất đặc biệt trên bảng để tiêu tan tốt hơn, bạn không thể tiêu tan nhiều hơn khoảng trên thiết bị đó.$1.5\:\textrm{W}$

Vì vậy, trong khi tất cả các con số hoạt động "bán ổn", bạn có một số vấn đề.

1. Tiêu tan trên Darlington của bạn chỉ đơn giản là nhiều lần quá cao.
2. $1.5\:\textrm{V}$$10.5\:\textrm{V}$

Khác hơn thế, có vẻ ổn.

Bạn cần phải đối phó với sự tiêu tan. Đây là một trong những trường hợp mà MOSFET bắt đầu trông khá tốt.

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

$V_{CE(sat)}$

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

The problem is that that circuit works as a current source as long as it has voltage headroom towards the 12V rail. In your circuit it forces those 12mA into R25 (2.2kΩ) in parallel with the BE junction of Q8 (assuming you connect Q8 correctly, i.e. you swap C and E in your circuit).

That current splits and flows almost entirely in the forward biased BE junction of Q8. Why? Because if that junction were OFF, the entire 12mA current would flow in R25, and this would require a 26V drop across it, which is not possible with a 12V rail. Hence the BE junction must be ON and as such it will show a ~0.7V drop across it, which will impose a very small current in R25 ($\frac{0.7V}{2.2k\Omega}\approx 0.31mA << 12mA$).

Một dòng điện 12mA trong cơ sở của nó là quá đủ để bão hòa bóng bán dẫn đầu ra và làm cho nó hoạt động như một công tắc bật (đó là những gì bạn cần). Tuy nhiên, bạn sẽ không khiến cơ sở của nó bị kéo xuống đất, như bạn mong đợi, bởi vì bóng bán dẫn "trình điều khiển" Q6 không hoạt động như một công tắc, mà là một nguồn hiện tại (có thể chuyển đổi).

Tôi giả định rằng bóng bán dẫn PNP (Q8) được kết nối có chủ ý với bộ phát và bộ thu được hoán đổi để đạt được Vce thấp hơn một chút khi bão hòa. Kỹ thuật này được sử dụng ngay bây giờ và sau đó có vấn đề tiềm ẩn với sự cố điện áp cơ sở ngược phát ra, vì vậy hãy làm toán nếu điều này là có chủ ý. Nếu không, hãy đọc tiếp.

Đầu ra luôn là 12V.

Không có tải và sử dụng đồng hồ đo trở kháng cao VÀ được cung cấp dòng rò nhỏ qua Q8, đầu ra sẽ có xu hướng được kéo nhẹ lên đến 12 volt và đây có thể là những gì bạn nhìn thấy.

Trên phạm vi cơ sở để bóng bán dẫn đầu ra không được kéo xuống đất "đủ" - chỉ đi 12 V sau đó đến 11,5V.

Điểm nối giữa 12 volt và cơ sở là một diode dẫn về phía trước và nó có khả năng chỉ giảm giữa 0,4 volt và 0,7 volt cho một dòng cơ sở vừa phải. Đây không phải là một vấn đề. Dòng điện cơ sở được đặt bởi 3,3 volt trên cơ sở Q6 - nó sẽ "đặt" khoảng 2,7 volt vào bộ phát của Q6 và buộc dòng điện khoảng 12 mA chảy qua R22 - dòng điện này sẽ chủ yếu được truyền qua cơ sở của Q8 ( khoảng 10 mA) để bật nó lên.

Tôi đang thiếu gì?

Khác với tải đầu ra và có thể sai bộ thu và phát dây, không có gì nhiều.

Nhận xét 1) Khi sử dụng bóng bán dẫn BJT làm công tắc (không phải bộ khuếch đại), hãy kết nối bộ phát trực tiếp với nguồn điện, không có phần tử mạch giữa bộ phát và nguồn điện. Đối với các bóng bán dẫn NPN, kết nối bộ phát trực tiếp với đường ray công suất NEGECT (ví dụ: NHÓM) và cho các bóng bán dẫn PNP kết nối bộ phát trực tiếp với đường ray công suất POSITIVE (ví dụ: 12V_IGN_ON, mà tôi giả sử là nguồn điện của bạn). Kết nối bộ thu với tải đang được BẬT | TẮT. [Tương tự, đối với các công tắc MOSFET, kết nối trực tiếp chân SOURCE của MOSFET với nguồn điện: SOURCE của N-MOS với nguồn điện NEGECT; NGUỒN của P-MOS đối với nguồn năng lượng TÍCH CỰC. Kết nối DRAIN với tải.]

Nhận xét 2) Transitor đầu ra trong cặp Darlington sẽ không bão hòa (BẬT hoàn toàn); nó sẽ tiến tới bão hòa nhưng nó sẽ không bao giờ đạt được bão hòa. Với ý nghĩ này, các bóng bán dẫn Darlington mà bạn đang sử dụng sẽ tiêu hao (lãng phí) nhiều năng lượng hơn và nóng hơn nhiều so với bóng bán dẫn BJT "tiêu chuẩn" đang hoạt động ở trạng thái bão hòa; do đó, sẽ có ít năng lượng hơn để cung cấp cho tải khi sử dụng cặp Darlington như đang được thực hiện ở đây. TL; DR: Không bao giờ sử dụng bóng bán dẫn cặp Darlington để chuyển mạch các mạch phải chuyển đổi giữa cắt (TẮT) và bão hòa (BẬT).

Nhận xét 3) IMO, thật dễ dàng để làm việc với các tính toán hiện tại khi thiết kế mạch chuyển đổi BJT. Giả sử tải đầu ra rút ra dòng điện tối đa 100 mA. Giả sử bạn thay thế bóng bán dẫn Darlington Q8 bằng một BJT PNP tín hiệu nhỏ (ví dụ: 2N3906) có beta bão hòa là 10 (xem biểu dữ liệu). Đối với phép tính gần đúng đầu tiên, chúng tôi sử dụng,

Q8_IC_sat = Q8_Beta_sat * Q8_IB_sat

Vì thế,

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

Vì vậy, cơ sở hiện tại của Q8 phải có ít nhất 10 mA. Dòng điện cơ sở này được "lập trình" thông qua một điện trở R_X giới hạn dòng có giá trị phù hợp được kết nối nối tiếp giữa bộ thu của Q6 và cơ sở của Q8. (nb Loại bỏ điện trở R22 và R25.)

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

Thay thế Q6 bằng NPN BJT - ví dụ: 2N2222A tín hiệu nhỏ. Mục tiêu bây giờ là bão hòa Q6 khi chân đầu ra kỹ thuật số của vi điều khiển được lập trình để tạo ra đầu ra CAO logic. Một lần nữa, nhìn vào bảng dữ liệu của 2N2222A, chúng ta thấy beta bão hòa là 10. Vì vậy, dòng điện yêu cầu chảy ra khỏi chân đầu ra kỹ thuật số của vi điều khiển và vào cơ sở của Q6 là

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

Dòng điện 1 mA này có thể được lập trình thông qua điện trở giới hạn dòng có giá trị R_Y được kết nối nối tiếp giữa pin đầu ra kỹ thuật số của vi điều khiển và chân đế của Q6:

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

trong đó 'VOH' là điện áp tối thiểu cho tín hiệu đầu ra logic logic ở chân đầu ra kỹ thuật số của vi điều khiển (xem biểu dữ liệu của vi điều khiển để tìm VOH).

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

Bạn cần thiên vị đúng Q6, với một điện trở cơ sở. Hiện tại nó là một người theo dõi phát. Do đó bộ phát ở mức 3,3V - Vbe = 2,6 V

Bjt thứ hai bằng cách nào đó đang bão hòa