Pourquoi ce transistor PNP ne se déclenche-t-il pas?

Le circuit ci-dessous devrait prendre un signal de 3,3 V provenant d'un MCU sur MCU_LS12 et émettre un signal de côté haut 12V.

La sortie est toujours 12V. Lors de la détermination de la base, le transistor de sortie n'est pas tiré à la masse "suffisamment" - ne passe que de 12 V puis à 11,5 V.

Qu'est-ce que je rate? Le signal d'entrée sur LS12 est un 3,3 V provenant d'un MCU, envoyant une onde carrée de 50% pour les tests. Pourquoi le Q6 ne laisse-t-il pas tomber la base des Q8 au sol? Que puis-je changer? Est-ce le diviseur?

Tirons le schéma à l'aide de l'éditeur EESE (comme vous auriez dû le faire):

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

$Q_8$$\beta$

Cependant, ce qu'Andy a peut-être manqué [en supposant que je puisse vous prendre au sérieux que vous utilisez un MJD127G ( fiche technique )], alors c'est un Darlington !! Vous ne les inversez pas et attendez beaucoup. Vous devez les organiser correctement!

$R_{LOAD}=200\:\Omega$$I_{C_8}=60\:\textrm{mA}$

$V_{CE_{SAT}}\approx 800\:\textrm{mV}$$11\:\textrm{V}$$R_{LOAD}$

$\beta=250$$60\:\textrm{mA}$$250\:\mu\textrm{A}$

$Q_6$ $\beta=5000$$I_C=10\:\textrm{mA}$$Q_6$$50\:\textrm{nA}$$\beta$$Q_6$

$R_{22}$$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}}=9200\:\Omega$$50\:\mu\textrm{A}$$R_{25}$$7.2\:\textrm{k}\Omega$$R_{25}$$50\:\mu\textrm{A}$$22\:\textrm{k}\Omega$$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}+50\:\mu\textrm{A}}\approx 7.2\:\textrm{k}\:\Omega$

^{simuler ce circuit}

Si vous augmentez la charge, suivez simplement les calculs.

$3\:\textrm{A}$

Refaisons les choses pour ce genre de charge:

^{simuler ce circuit}

$1.5\:\textrm{W}$

Ainsi, alors que tous les chiffres fonctionnent «semi-bien», vous avez plusieurs problèmes.

1. La dissipation sur votre Darlington est simplement plusieurs fois trop élevée.
2. $1.5\:\textrm{V}$$10.5\:\textrm{V}$

A part ça, ça va.

Vous devez faire face à la dissipation. C'est l'un de ces cas où un MOSFET commence à bien paraître.

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

$V_{CE(sat)}$

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

Le problème est que ce circuit fonctionne comme une source de courant tant qu'il a une marge de tension vers le rail 12V. Dans votre circuit, il force ces 12mA dans R25 (2.2kΩ) en parallèle avec la jonction BE de Q8 (en supposant que vous connectez Q8 correctement, c'est-à-dire que vous permutez C et E dans votre circuit).

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

Un courant de 12 mA dans sa base est plus que suffisant pour saturer le transistor de sortie et le faire fonctionner comme un interrupteur sous tension (ce dont vous avez besoin). Cependant, vous n'obtiendrez pas sa base mise à la terre, comme vous vous en doutez, car le transistor "pilote" Q6 ne fonctionne pas comme un interrupteur, mais comme une source de courant (commutable).

Je suppose que le transistor PNP (Q8) est intentionnellement connecté à l'émetteur et au collecteur échangés afin d'obtenir un Vce légèrement inférieur lorsqu'il est saturé. Cette technique est utilisée de temps en temps, mais présente des problèmes potentiels avec une panne de tension émetteur-base inverse, alors faites le calcul si c'est intentionnel. Sinon, lisez la suite.

La sortie est toujours 12V.

Sans charge et en utilisant un compteur à haute impédance ET étant donné un petit courant de fuite à travers Q8, la sortie aura tendance à être tirée légèrement jusqu'à 12 volts et c'est peut-être ce que vous voyez.

Lors de la détermination de la base, le transistor de sortie n'est pas tiré à la masse "suffisamment" - ne passe que de 12 V puis à 11,5 V.

La jonction entre 12 volts et la base est une diode conductrice directe et elle ne risque de chuter qu'entre 0,4 volt et 0,7 volt pour un courant de base modéré. Ce n'est pas un problème. Le courant de base est défini par les 3,3 volts sur la base de Q6 - il "mettra" environ 2,7 volts sur l'émetteur de Q6 et forcera un courant d'environ 12 mA à traverser R22 - ce courant sera largement passé à travers la base de Q8 ( environ 10 mA) pour l'activer.

Qu'est-ce que je rate?

À part une charge de sortie et éventuellement un câblage incorrect du collecteur et de l'émetteur, rien de bien.

Commentaire 1) Lorsque vous utilisez un transistor BJT comme commutateur (pas un amplificateur), connectez l'émetteur directement à la source d'alimentation, sans éléments de circuit entre l'émetteur et la source d'alimentation. Pour les transistors NPN, connectez l'émetteur directement au rail d'alimentation NÉGATIF ​​(par exemple, MISE À LA TERRE), et pour les transistors PNP, connectez l'émetteur directement au rail d'alimentation POSITIF (par exemple, 12V_IGN_ON, qui, je suppose, est votre source d'alimentation). Connectez le collecteur à la charge qui est allumée | éteinte. [De même, pour les commutateurs MOSFET, connectez la broche SOURCE du MOSFET directement à la source d'alimentation: SOURCE N-MOS à la source d'alimentation NÉGATIVE; SOURCE DE P-MOS à la source d'alimentation POSITIVE. Connectez le DRAIN à la charge.]

Commentaire 2) Le transistor de sortie dans une paire Darlington ne saturera pas (tourner complètement sur ON); il approchera de la saturation mais n'atteindra jamais la saturation. Dans cet esprit, les transistors Darlington que vous utilisez dissiperont (gaspilleront) plus de puissance et deviendront beaucoup plus chauds qu'un transistor BJT "standard" qui fonctionne en saturation; par conséquent, moins d'énergie sera disponible pour la livraison à la charge lors de l'utilisation d'une paire Darlington, comme cela se fait ici. TL; DR: N'utilisez jamais de transistors à paire Darlington pour les circuits de commutation qui doivent basculer entre la coupure (OFF) et la saturation (ON).

Commentaire 3) OMI, il est plus facile de travailler avec les calculs actuels lors de la conception des circuits de commutation BJT. Supposons que la charge de sortie consomme un courant maximum de 100 mA. Supposons que vous remplaciez le transistor Darlington Q8 par un PNP BJT à petit signal (par exemple, 2N3906) dont la saturation bêta est de 10 (voir la fiche technique). Pour un premier calcul d'approximation que nous utilisons,

Q8_IC_sat = Q8_Beta_sat * Q8_IB_sat

Donc,

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

Le courant sortant de la base du Q8 doit donc être d'au moins 10 mA. Ce courant de base est "programmé" via une résistance de limitation de courant de valeur appropriée R_X connectée en série entre le collecteur de Q6 et la base de Q8. (nb Éliminer les résistances R22 et R25.)

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

Remplacez Q6 par un NPN BJT - par exemple, un petit signal 2N2222A. Le but est maintenant de saturer Q6 lorsque la broche de sortie numérique du microcontrôleur est programmée pour produire une sortie logique HAUTE. Une fois de plus, en regardant la fiche technique du 2N2222A, nous voyons que la bêta de saturation est de 10. Ainsi, le courant requis sortant de la broche de sortie numérique du microcontrôleur et dans la base du Q6 est

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

Ce courant de 1 mA peut être programmé via une résistance de limitation de courant de valeur appropriée R_Y connectée en série entre la broche de sortie numérique du microcontrôleur et la base de Q6:

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

où 'VOH' est la tension minimale pour un signal logique de sortie ÉLEVÉ à la broche de sortie numérique du microcontrôleur (voir la fiche technique du microcontrôleur pour trouver VOH).

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

Vous devez polariser correctement le Q6, avec une résistance de base. Actuellement, c'est un émetteur adepte. L'émetteur est donc à 3,3 V - Vbe = 2,6 V

Le deuxième bjt est en quelque sorte en saturation