Controlador de ánodo para el reloj Nixie

  

¿Cuál podría ser la razón por la que la configuración única de MPSA42 no se enciende?

En realidad, el transistor se enciende, pero el voltaje que puede alcanzar en el emisor es más pequeño que el voltaje en la base. Esta configuración se llama "seguidor de emisor".

Un transistor NPN se "conducirá" si la unión del emisor de base está polarizada hacia delante. Por lo tanto, debe ser \ $ V_b-V_e > V_f \ $, donde \ $ V_f \ $ es el voltaje directo de la unión del emisor de base (entre 0,6 V y 0,7 V).

Dado que su salida de Arduino es 5V, el voltaje máximo en el emisor será \ $ V_e = V_b - V_f = 4.3 \ V \ $ (asumiendo un valor despreciable \ $ I_b \ $).

  

¿Por qué el otro diseño agregaría el MPSA92 y cuál es la lógica detrás?   ¿Utilizando la combinación MPSA42 + MPSA92?

Este circuito tiene un gran problema: debe colocar una resistencia en serie en la base MPSA92, de la siguiente manera (de otra manera, es probable que ambos BJT sean destruidos). O puede cambiar el MPSA92 con un MPSA42 (NPN).

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Suponiendo que usas el circuito de la izquierda: El primer transistor (MPSA42) actúa como un traductor de nivel. Cuando está apagado, la tensión del colector se eleva (a + HV). Cuando está ENCENDIDO, el voltaje del colector es de aproximadamente 0 V.

El segundo transistor, a su vez, (MPSA92) es un PNP BJT. Estará APAGADO cuando el colector del primer BJT esté a alto voltaje (debido a que su unión del emisor-base es 0V), y se encenderá cuando el colector del primer BJT esté a 0 V (porque habrá una corriente siendo inyectado en la base del MPSA92).

Si usa el circuito a la derecha: el primer transistor es un traductor de nivel, el segundo en un seguidor de emisor. La diferencia con su primer circuito de un solo transistor es que ahora el voltaje de la base puede aumentar. Con este fin, si conoce la corriente del ánodo, debe calcular correctamente los valores de la resistencia (¡vigile también la disipación de potencia!)

En su primer ejemplo con un MPSA42 (NPN BJT), cuando el arduino cambia a alto (5V), su NPN se enciende ENCENDIDO . Sin embargo, el voltaje que se presenta en el ánodo de su tubo nixie es solo \ $ 5-1V_ {be} \ $, que es aproximadamente de 4,3 V. No es bueno, para un tubo nixie de alto voltaje.

Como puede ver, para utilizar un transistor NPN como interruptor de lado alto, debe tirar de la base 1Ve por encima del riel de suministro que desea encender. Además, debe tirar de la base hasta el suelo para apagarla. Debido a estos requisitos, un NPN se usa rara vez como un interruptor de lado alto.

En su segundo ejemplo, está utilizando un PNP como un interruptor de lado alto. En este caso, todo lo que tiene que preocuparse es actual. Cuando desee activar el PNP, extraiga \ $ I_c / 10 \ $ el terminal base para obtener una buena saturación.

Para apagar el PNP, no extraiga ninguna corriente de la base del PNP. El pull-up en paralelo con la base & Los terminales emisores del PNP son la carga base de descarga y la corriente de fuga base potencial.

Nota: falta una resistencia en el segundo esquema.

El diagrama de muestra de un interruptor PNP de lado alto para un tubo nixie se muestra a continuación,

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Para seleccionar componentes \ $ R_x \ $ & \ $ R_2 \ $ comenzamos desde la carga y trabajamos hacia atrás hacia la señal de control.

Supondremos que la corriente de carga máxima de un tubo nixie es de 20 mA. Para asegurar una buena saturación de Q2 deseamos una corriente base de,

$$ I_ {B2} = \ dfrac {20 \ text {mA}} {10} = 2 \ text {mA} $$

Cuando Q2 está conduciendo, sabemos que \ $ V_ {B2} \ $ estará uno \ $ V_ {BE} \ $ debajo del riel de suministro \ $ \ aprox. 169.3 \ $ V (170 también es una buena aproximación aquí).

La corriente de pull-up a través de R1 es, $$ I_P = \ dfrac {0.7} {100 \ text {k} \ Omega} = 7 \ mu \ text {A} $$

La corriente de colector de Q1 es la suma de \ $ I_ {B2} + I_P \ $, que es aproximadamente solo \ $ I_ {B2} \ $ = 2 mA.

Resistor \ $ R_x \ $ es una resistencia de descargador / lastre usada para establecer la unidad de corriente base de Q2. Sabemos que \ $ V_ {B2} = 169.3 \ $ V. El voltaje del colector de Q1 (\ $ V_ {C1} \ $) se puede aproximar a 0 V (normalmente se utilizan 200 mV como un Vce aproximado, pero es insignificante en este circuito).

Por ley de ohmios, podemos encontrar Rx como, $$ R_X = \ dfrac {169.3} {2 \ text {mA}} = 84.650 \ text {k} \ Omega $$

La selección del siguiente valor más bajo en la serie de resistencias EIA24 sería de 82 kOhms.

Seleccione \ $ R_2 \ $ para al menos 200 uA de disco base. Cualquier valor inferior a 25 kOhms estaría bien para \ $ R_2 \ $. Personalmente, solo usaría una resistencia de 10k para \ $ R_2 \ $.

En el siguiente esquema, puede ver un diseño que he notado en este sitio de "instructables", Simple Nixie Clock ajustable por el usuario .

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Aquí, \ $ Q_2 \ $ se opera como un interruptor saturado, tirando de su colector hacia el suelo y causando que aparezca casi todo el suministro de alto voltaje en \ $ R_2 \ $ para proporcionar una corriente de base para operar \ $ Q_1 \ $ también como un interruptor. En este diseño, \ $ R_2 \ $ puede producir casi \ $ 400 \: \ mu \ textrm {A} \ $ de la unidad base actual a \ $ Q_1 \ $ (con un riel de suministro de \ $ + 190 \: \ textrm { V} \ $), lo que significa que puede admitir tal vez hasta \ $ 15 \: \ textrm {mA} \ $ de corriente de ánodo al Nixie (probablemente no más). \ $ R_3 \ $ proporciona quizás \ $ 100 \: \ mu \ textrm {A} \ $ de la unidad base actual para \ $ Q_2 \ $, que es más que suficiente.

Hay un riesgo restante. El colector de \ $ Q_2 \ $ estará expuesto a la tensión completa del riel HV de \ $ + 190 \: \ textrm {V} \ $. Hay un condensador, en efecto, entre ese colector y la base. Incluso con \ $ R_3 \ $ y un emisor conectado a tierra, todavía representa una posible ruta de falla de un componente al pin de E / S de la MCU.

El aislamiento óptico es una forma de agregar protección. Pero otro se encuentra en el siguiente esquema.

^{simular este circuito}

Aquí, he usado \ $ Q_2 \ $ como parte de un diseño de controlador en cascada y un divisor resistivo del pin de E / S. (\ $ R_3 \ $ puede guardarse acortándolo, pero lo he agregado para tener la libertad de hacer ajustes aquí en caso de que haya un problema de oscilación; dados los cambios de voltaje altos presentes.) \ $ Q_3 \ $ se opera como un seguidor de emisor, generando aproximadamente \ $ 400 \: \ mu \ textrm {A} \ $ de unidad base para \ $ Q_1 \ $ con un \ $ 5 \: \ textrm {V} \ $ Voltaje de pin de E / S. Este acuerdo es un poco más seguro, creo, y puede ser un enfoque que probaría.

Sin embargo, si estuviera siendo paranoico, también podría agregar un BAV99 en la base de \ $ Q_3 \ $. Como se muestra a continuación:

^{simular este circuito}

Eso es todo.

Ahora puede elegir su complejidad según sus propias consideraciones. Pero sus pensamientos originales sobre el uso de un solo BJT por sí mismo realmente no podrían haber funcionado. Por eso no lo hizo. También es bastante peligroso incluso intentarlo.

Nota agregada: he incluido un resistor llamado \ $ R_A \ $, que se necesita con un tubo Nixie, que tiene voltajes de impacto y sostenimiento que son marcadamente diferentes. El valor de esta resistencia varía y deberá calcularse para el tubo Nixie específico que se está accionando y la tensión del riel del ánodo específico que se está aplicando. Además, debe tener en cuenta los tiempos de borrado necesarios mientras realiza la mezcla y no dejar el extremo del cátodo de un dígito flotando cuando no está activo (debe colocarse a una tensión lo suficientemente alta como para que no sea "fantasma"). / p>     

Tu primer circuito

nofuncionaráporquelabasedebetenerunpocomásdevoltajequelasalidadeseada.Estaeslaconfiguraciónemitterfollower.Tedagananciadecorriente,peronogananciadevoltaje.Noesapropiadoparaloqueestástratandodehacer.

Tusegundocircuito

estámáscercadelaideacorrecta,perotienefallascomosemuestra.NohaynadaquelimitelacorrienteatravésdeE-BdeltransistorsuperioryC-Edeltransistorinferior.Comonopuedesconfiarenunagananciamáxima,esprobablequeestostransistoresexploten.

Aquíhayunamejormaneradehacerloquequiereconpartesmínimas:

Con la resistencia en su emisor, Q1 se convierte en un sumidero de corriente controlado. Se apaga cuando la señal digital está a 0 V, y se hunde aproximadamente 1 mA cuando 5 V. La mayor parte de ese 1 mA pasa por la base de Q2 y la enciende. Eso hace que la FUERA sea tirada hacia arriba. R2 se asegura de que Q2 esté sólidamente apagado cuando Q1 esté apagado. De lo contrario, Q2 amplificaría la pequeña fuga a través de Q1, y su base también sería más susceptible a los ruidos parásitos.

Este circuito puede generar aproximadamente 1 mA veces la ganancia de Q2. Esa cantidad de corriente debe ser mucho mayor que la requerida para los tubos normales.

La carga en la salida digital es el 1 mA dividido por la ganancia de Q1. Cualquier salida digital de forma remota ordinaria puede manejar eso.

Tenga en cuenta que ambos transistores deben tener una capacidad nominal de 200 V o más.

Q1 disipará unos 170 mW cuando esté encendido. Eso es aproximadamente el límite para un paquete SOT-23. Lo más probable es que no necesite 1 mA de corriente base hasta Q2. El aumento de R1 reduce la corriente de base de Q2 y también la disipación de Q1. Encuentre la corriente que realmente necesita para obtener la fuente, divida eso por la ganancia mínima garantizada de Q2 después de una reducción de calificación, luego ajuste R1 para obtener esa corriente. Probablemente sea menos de ½ mA, en cuyo caso casi cualquier transistor que pueda encontrar para Q1 puede manejar la disipación.