ทำไม PNP Transistor ถึงไม่ทริกเกอร์?

วงจรด้านล่างควรรับสัญญาณ 3.3V จาก MCU บน MCU_LS12 และส่งสัญญาณสัญญาณสูงด้าน 12V

เอาต์พุตจะเป็น 12V เสมอ เมื่อกำหนดขอบเขตฐานไปยังทรานซิสเตอร์ขาออกจะไม่ถูกดึงลงดิน "เพียงพอ" - ไปที่ 12V แล้วถึง 11.5V

ฉันพลาดอะไรไป สัญญาณอินพุตบน LS12 เป็น 3.3V จาก MCU ส่งคลื่น 50% สำหรับการทดสอบ ทำไม Q6 ไม่ทิ้ง Q8s ลงสู่พื้นดิน? ฉันจะเปลี่ยนอะไรได้บ้าง มันคือตัวหาร?

มาวาดแผนผังโดยใช้เครื่องมือแก้ไข EESE (อย่างที่คุณควรทำ):

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ฉันรวบรวมสายให้คุณ $Q_8$ไม่ถูกต้อง. แอนดี้ชี้ให้เห็นว่า PNP ปกติยังคงทำหน้าที่เป็นทรานซิสเตอร์ PNP ได้หากคุณกลับด้าน แต่มักจะมีมากยิ่งขึ้น$\beta$ (เนื่องจากวิธีการที่สิ่งต่าง ๆ ถูกเจือและสร้างขึ้นใน BJT)

อย่างไรก็ตามสิ่งที่แอนดี้อาจพลาด [สมมติว่าฉันสามารถทำให้คุณจริงจังว่าคุณกำลังใช้ MJD127G ( แผ่นข้อมูล )] แล้วนี่คือดาร์ลิงตัน !! คุณไม่ได้ย้อนกลับไปและคาดหวังมาก คุณต้องจัดการให้ถูกต้อง!

ตั้งแต่ที่คุณพูดถึงว่าคุณเคยใช้ $R_{LOAD}=200\:\Omega$ฉันจะไปกับสิ่งนั้น นี่หมายถึงเพียง$I_{C_8}=60\:\textrm{mA}$. นี่คือแผนภูมิสำคัญจากแผ่นข้อมูล:

$V_{CE_{SAT}}\approx 800\:\textrm{mV}$ที่ปัจจุบันนี้ ดังนั้นคุณไม่สามารถคาดหวังได้ดีกว่าอย่างจริงจัง$11\:\textrm{V}$ ข้าม $R_{LOAD}$. เคย คุณต้องวางแผนเรื่องนั้น และน้อยกว่าหากนักสะสมของคุณเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในปัจจุบัน

โปรดทราบว่าพวกเขาใช้ $\beta=250$สำหรับความอิ่มตัว! ค่อนข้างสำคัญ แต่นี่คือดาร์ลิงตัน นั่นเป็นสิ่งที่คาดหวัง หากกระแสโหลดของคุณเป็นจริงเท่านั้น$60\:\textrm{mA}$ ดังนั้นปัจจุบันฐานของคุณจะต้องเป็น $250\:\mu\textrm{A}$.

ตอนนี้มันค่อนข้างชัดเจนว่าคุณกำลังใช้ดาร์ลิงตันอยู่ด้วย $Q_6$! อะไร?? อ๋อ สิ่งนั้นมีน้อยที่สุด $\beta=5000$ ที่ $I_C=10\:\textrm{mA}$! คุณมีสติหรือไม่ กระแสฐานที่จำเป็นสำหรับ$Q_6$ ที่นี่ในการกำหนดค่าผู้ติดตาม emitter นี้คือ $50\:\textrm{nA}$ สมมติว่าที่กระแสต่ำเหล่านี้ $\beta$ ถือ (อาจไม่) ในกรณีใด ๆ คุณไม่มีกระแสฐานที่จะพูดถึง $Q_6$.

ดังนั้นสิ่งที่มีค่าสำหรับ $R_{22}$? มัน$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}}=9200\:\Omega$. อย่างไรก็ตามการบัญชีสำหรับพูด$50\:\mu\textrm{A}$ สำหรับ $R_{25}$ฉันจะใช้ $7.2\:\textrm{k}\Omega$ที่นั่น คุณค่าของ$R_{25}$ ควรแหล่งที่มามากที่สุด $50\:\mu\textrm{A}$ดังนั้นฉันจะติดบางสิ่งบางอย่าง $22\:\textrm{k}\Omega$ที่นั่น (ฉันอยากจะทำให้มันมีขนาดใหญ่ขึ้นมาก แต่สิ่งที่ห่า. ติดกับนี้.) ดังนั้นอีกครั้ง$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}+50\:\mu\textrm{A}}\approx 7.2\:\textrm{k}\:\Omega$.

^{จำลองวงจรนี้}

หากคุณเพิ่มภาระให้ทำตามการคำนวณ

ทำไมคุณถึงใช้ดาร์ลิงตัน? อา. ตอนนี้คุณพูดถึงคุณอาจมีภาระเพิ่มขึ้น$3\:\textrm{A}$. ดังนั้นจึงสมเหตุสมผล

มาทำสิ่งใหม่สำหรับการโหลดแบบนั้น:

^{จำลองวงจรนี้}

ดาร์ลิงตันนั้นจะลดแรงดันไฟฟ้ามากขึ้นและจะกระจายพลังงานในปริมาณที่พอใช้ อันที่จริงแล้วมันจะกระจายไปมากกว่าที่คุณจะกล้าสมัคร !! ดูความต้านทานความร้อนและอุณหภูมิการทำงานสูงสุด! สมมติว่าคุณไม่ได้ทำอะไรที่พิเศษมากบนกระดานเพื่อการกระจายที่ดีขึ้นคุณจะไม่สามารถกระจายไปได้มากกว่า$1.5\:\textrm{W}$ บนอุปกรณ์นั้น

ดังนั้นในขณะที่ตัวเลขทั้งหมดทำงาน "กึ่งโอเค" คุณมีปัญหาหลายประการ

1. การกระจายในดาร์ลิงตันของคุณนั้นสูงเกินไปหลายเท่า
2. คุณจะสูญเสียเกี่ยวกับ $1.5\:\textrm{V}$จากรางจ่ายไฟด้านสูงไปจนถึงโหลดของคุณ หากคุณสามารถอยู่กับประมาณ$10.5\:\textrm{V}$นั่นอาจไม่เป็นปัญหา แต่มีอยู่สมมติว่าดาร์ลิงตันไม่เพียงเผาผลาญตัวเองก่อน

นอกเหนือจากนั้นดูเหมือนว่าโอเค

คุณต้องจัดการกับการกระจาย นี่เป็นหนึ่งในกรณีที่ MOSFET เริ่มดูดี

แม้ว่า Q6 จะสามารถเปิดใช้งานได้อย่างสมบูรณ์ซึ่งไม่ใช่สิ่งที่เกิดขึ้นในวงจรนี้มันจะมี $V_{BE}$ หล่น $\approx 0.7V$ดังนั้นเมื่อคุณปล่อยหามัน $3.3V-0.7V=2.6V$ประมาณ. ดังนั้นแม้ว่า$V_{CE}$ เกือบเป็นศูนย์ (อย่างที่ฉันบอกว่าเป็นไปไม่ได้ในวงจรของคุณ) ฐาน Q8 จะไม่ถูกดึงลงพื้น

กำจัด R22 จากตัวปล่อยและวางในซีรีย์พร้อมฐาน Q6 เพื่อตั้งค่าอคติที่เหมาะสมสำหรับ Q6 ที่จะเปิด ด้วยแผนผังที่ถูกดัดแปลงนี้ Q6 ทำหน้าที่เป็นสวิตช์และสามารถดึงฐาน Q8 ได้ใกล้กับพื้นดินมาก (ไม่แน่นอน: คุณจะมีแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเล็กน้อย)$V_{CE(sat)}$ ทั่วทั้งอาคาร CE ของ Q8 อาจน้อยกว่า 200mV)

ในฐานะที่เป็นบันทึกด้านข้างด้วย R22 บนตัวปล่อย, Q6 ทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายกระแสคงที่โดยมีกระแสเอาต์พุตเป็นของมัน $I_C \approx I_E = \frac{V_B \;-\;0.7V}{R22} = \frac{3.3V \;-\;0.7V}{220\Omega}\approx 12mA$.

ปัญหาคือว่าวงจรทำงานเป็นแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าตราบใดที่มีแรงดันไฟฟ้าที่ไหลเข้าสู่ราง 12V ในวงจรของคุณมันบังคับให้ 12mA เหล่านั้นเป็น R25 (2.2kΩ) ขนานกับทางแยก BE ของ Q8 (สมมติว่าคุณเชื่อมต่อ Q8 อย่างถูกต้องนั่นคือคุณสลับ C และ E ในวงจรของคุณ)

กระแสไฟฟ้านั้นแยกและไหลเกือบทั้งหมดในทางแยกลำเอียงไปข้างหน้าของ Q8 ทำไม? เพราะถ้าแยกนั้นปิดกระแส 12mA ทั้งหมดจะไหลใน R25 และสิ่งนี้จะต้องมีการปล่อย 26V ข้ามซึ่งไม่สามารถทำได้กับราง 12V ดังนั้นจุดเชื่อมต่อ BE จะต้องเปิดอยู่และจะแสดงการลดลง ~ 0.7V ข้ามมันซึ่งจะกำหนดกระแสขนาดเล็กมากใน R25 ($\frac{0.7V}{2.2k\Omega}\approx 0.31mA << 12mA$)

กระแส 12mA ในฐานมีมากเกินพอที่จะอิ่มตัวเอาท์พุททรานซิสเตอร์และทำให้มันทำงานเป็นสวิตช์เปิดเครื่อง (ซึ่งเป็นสิ่งที่คุณต้องการ) อย่างไรก็ตามคุณจะไม่ถูกดึงฐานมากราวด์อย่างที่คุณคาดไว้เพราะทรานซิสเตอร์ "ไดรเวอร์" Q6 ไม่ทำงานเหมือนสวิตช์ แต่เป็นแหล่งกระแส (สลับ) ได้

ฉันสมมติว่า PNP ทรานซิสเตอร์ (Q8) เชื่อมต่อกับตัวปล่อยความร้อนและตัวเก็บรวบรวมสลับเพื่อให้ได้ค่า Vce ที่ลดลงเล็กน้อยเมื่ออิ่มตัว เทคนิคนี้ใช้ตอนนี้แล้ว แต่มีปัญหาที่อาจเกิดขึ้นกับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าฐาน emitter ย้อนกลับทำคณิตศาสตร์ถ้านี่เป็นความตั้งใจ ถ้าไม่อ่านต่อ

เอาต์พุตจะเป็น 12V เสมอ

หากไม่มีโหลดและใช้เครื่องวัดความต้านทานสูงและมีกระแสไฟรั่วเล็กน้อยผ่าน Q8 เอาต์พุตจะมีแนวโน้มที่จะถูกดึงออกมาเบา ๆ ถึง 12 โวลต์และนี่อาจเป็นสิ่งที่คุณเห็น

เมื่อกำหนดขอบเขตฐานไปยังทรานซิสเตอร์ขาออกจะไม่ถูกดึงลงดิน "เพียงพอ" - ไปที่ 12V แล้วถึง 11.5V

จุดเชื่อมต่อระหว่าง 12 โวลต์และฐานเป็นไดโอดตัวนำไปข้างหน้าและมีแนวโน้มว่าจะลดลงระหว่าง 0.4 โวลต์และ 0.7 โวลต์สำหรับกระแสฐานปานกลาง นี่ไม่ใช่ปัญหา กระแสฐานถูกตั้งค่าโดย 3.3 โวลต์บนฐานของ Q6 - มันจะ "ใส่" ประมาณ 2.7 โวลต์ที่ตัวปล่อยของ Q6 และบังคับให้กระแสประมาณ 12 mA ไหลผ่าน R22 - กระแสนี้จะผ่านส่วนใหญ่ของฐาน Q8 ( ประมาณ 10 mA) เพื่อเปิด

ฉันพลาดอะไรไป

นอกเหนือจากโหลดเอาต์พุตและอาจรวมตัวเก็บสายไฟและตัวปล่อยผิดอย่างผิดปกติ

ความคิดเห็น 1) เมื่อใช้ทรานซิสเตอร์ BJT เป็นสวิตช์ (ไม่ใช่เครื่องขยายเสียง) ให้เชื่อมต่อตัวปล่อยโดยตรงกับแหล่งจ่ายไฟโดยไม่มีองค์ประกอบวงจรระหว่างตัวปล่อยและแหล่งพลังงาน สำหรับทรานซิสเตอร์ NPN เชื่อมต่อตัวปล่อยโดยตรงไปยังรางพลังงาน NEGATIVE (เช่น GROUND) และสำหรับทรานซิสเตอร์ PNP เชื่อมต่อตัวปล่อยโดยตรงไปยังรางพลังงาน POSITIVE (เช่น 12V_IGN_ON ซึ่งฉันถือว่าเป็นแหล่งพลังงานของคุณ) เชื่อมต่อตัวสะสมกับโหลดที่กำลังเปิดอยู่ | ปิด [ในทำนองเดียวกันสำหรับสวิทช์ MOSFET ให้เชื่อมต่อขา SOURCE ของ MOSFET เข้ากับแหล่งพลังงานโดยตรง: แหล่งที่มาของ N-MOS กับแหล่งพลังงานเชิงลบ; แหล่งที่มาของ P-MOS ไปยังแหล่งพลังงานเป็นบวก เชื่อมต่อ DRAIN กับโหลด]

ความคิดเห็น 2) ทรานซิสเตอร์เอาท์พุทในคู่ดาร์ลิงตันจะไม่อิ่มตัว (เปิดเต็มที่); มันจะเข้าใกล้ความอิ่มตัว แต่จะไม่บรรลุความอิ่มตัว เมื่อคำนึงถึงสิ่งนี้ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันที่คุณใช้จะกระจายพลังงาน (เสีย) และได้รับความร้อนมากกว่าทรานซิสเตอร์ BJT "มาตรฐาน" ที่ทำงานในความอิ่มตัว ดังนั้นจะมีพลังงานน้อยกว่าสำหรับการส่งมอบให้กับโหลดเมื่อใช้คู่ดาร์ลิงตันเหมือนที่ทำที่นี่ TL; DR: ห้ามใช้ทรานซิสเตอร์คู่ดาร์ลิงตันสำหรับการสลับวงจรที่ต้องสลับระหว่างการตัด (OFF) และความอิ่มตัว (ON)

ความคิดเห็นที่ 3) IMO ง่ายที่สุดในการทำงานกับการคำนวณปัจจุบันเมื่อออกแบบวงจรสวิตช์ BJT สมมติว่าโหลดเอาต์พุตวาดกระแสสูงสุด 100 mA สมมติว่าคุณแทนที่ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน Q8 ด้วย PNP BJT ขนาดเล็กสัญญาณ (เช่น 2N3906) ซึ่งมีค่าความอิ่มตัวเบต้าเท่ากับ 10 (ดูแผ่นข้อมูล) สำหรับการคำนวณครั้งแรกที่เราใช้

Q8_IC_sat = Q8_Beta_sat * Q8_IB_sat

ดังนั้น,

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

ดังนั้นฐานของ Q8 ที่ออกในปัจจุบันจะต้องมีอย่างน้อย 10 mA กระแสฐานนี้คือ "ตั้งโปรแกรม" ผ่านตัวต้านทาน R_X จำกัด กระแสที่มีมูลค่าที่เหมาะสมซึ่งเชื่อมต่อแบบอนุกรมระหว่างตัวสะสมของ Q6 และฐานของ Q8 (nb กำจัดตัวต้านทาน R22 และ R25)

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

แทนที่ Q6 ด้วย NPN BJT - เช่นสัญญาณขนาดเล็ก 2N2222A เป้าหมายตอนนี้คือการทำให้อิ่มตัว Q6 เมื่อพินเอาต์พุตดิจิตอลของไมโครคอนโทรลเลอร์ได้รับการตั้งโปรแกรมให้สร้างลอจิก HIGH อีกครั้งดูที่แผ่นข้อมูลของ 2N2222A ที่เราเห็นความอิ่มตัวของเบต้าคือ 10 ดังนั้นกระแสที่ต้องการไหลออกจากขาออกดิจิตอลของไมโครคอนโทรลเลอร์และเข้าสู่ฐานของ Q6 คือ

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

กระแส 1 mA นี้สามารถตั้งโปรแกรมผ่านตัวต้านทาน R_Y ที่ จำกัด ค่ากระแสอย่างเหมาะสมที่ต่ออยู่ในอนุกรมระหว่างขาออกดิจิตอลของไมโครคอนโทรลเลอร์และฐาน Q6 ของไมโครคอนโทรลเลอร์

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

โดยที่ 'VOH' เป็นแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำสำหรับสัญญาณตรรกะ HIGH output ที่ขาออกดิจิตอลของไมโครคอนโทรลเลอร์ (ดูที่แผ่นข้อมูลของไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อค้นหา VOH)

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

คุณต้องมีอคติอย่างเหมาะสมกับตัวต้านทานฐาน ขณะนี้เป็นผู้ติดตามตัวส่ง ดังนั้นอีซีแอลอยู่ที่ 3.3V - Vbe = 2.6 V

bjt ตัวที่สองเป็นอย่างใดในความอิ่มตัว