Usando NPN Darlington para activar PNP

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Estoy intentando encender por separado los dígitos de una pantalla de segmento de ánodo 7 común de 2 dígitos (específicamente el Lumex LDD-E2802RD porque es pequeño y barato). Creo que la forma más fácil de conseguir que mi microcontrolador (un MSP430G2335) haga esto es conectando A-G, DP a través de resistencias \ $ R (4 + i), 0 \ le i \ le 7 \ $. Un registro de turnos activará los transistores \ $ Q (3 + i) \ $ (etiquetados incorrectamente \ $ Q (4 + i) \ $) para activar segmentos individuales (suponiendo que estén siendo alimentados "desde arriba") (cifras abajo).

Para activar los dígitos individuales, parece que un PNP es el camino a seguir. El problema es que quiero suministrar 6.3V a mis LED, que es el \ $ V_ {CC} \ $ de mi circuito, porque mi línea de 3.3V no puede suministrar mucha corriente.

Comencemos con lo que (creo) que conozco: cada segmento de la pantalla dibuja un estado estacionario de 25 mA, con un pico de 150 mA para 10us, y tiene una caída de tensión directa de aproximadamente 2,2V. Esto significa que mis resistencias LED deben ser $$ R_ \ text {LED} = \ frac {V_ \ text {LED}} {I_ \ text {LED}} = \ frac {V_ {CC} -V_f} {I_ \ text {LED}} = \ frac { 6.3 \ text {V} -2.2 \ text {V}} {25 \ text {mA}} = 164 \ Omega \ aprox. 180 \ Omega $$ y los transistores en la salida del registro de desplazamiento deben ser capaces de manejar al menos 25 mA (idealmente más para estar seguros, probablemente termine usando una matriz Darlington de 8 elementos).

Ahora, para la parte en la que me gustaría asegurarme de que no estoy cometiendo un error. Utilicé enlace como una guía sobre cómo usar el PNP, ya que solo he usado NPN y Dispositivos de canal N en diseños anteriores. El PNP, \ $ Q2 \ $, necesitará manejar al menos \ $ 8 \ cdot25 \ text {mA} = 200 \ text {mA} \ $ de la corriente que fluye a través de él (más un poco más solo para estar seguro), por lo que BC807 parece ser una opción apropiada. Para calcular \ $ R2 \ $, $$ I_B = \ frac {I_C} {h_ {FE}} = \ frac {200 \ text {mA}} {60} = 3.3 \ text {mA} $$ asi que $$ R_2 = \ frac {V_ {CC} -V_ {BE}} {I_B} = \ frac {6.3 \ texto {V} -1.2 \ texto {V}} {3.3 \ text {mA}} = 1242 \ aprox 1.2 \ text {k} $$ La guía PNP mencionada anteriormente sugirió que \ $ R3 \ approx 10 \ cdot R2 \ $, así que \ $ R3 = 12 \ text {k} \ $.

Debido a que la alta lógica de mi microcontrolador es de 3.3 V y puede hundir / generar un máximo de 6 mA en cada pin GPIO, parece una buena idea usar un transistor NPN (Darlington) para encender y apagar \ $ Q2 \ $ . (Tal vez 3.3V sería suficiente para desactivar \ $ Q2 \ $ y 3.3mA no es tan actual, pero los transistores son increíblemente baratos en términos de costo real y bienes raíces de PCB). Parece que \ $ I_ {C_ {Q1}} = I_ {B_ {Q2}} \ $, así que para calcular \ $ I_ {B_ {Q1}} \ $ (en adelante \ $ I_B \ $), realizo cálculos similares, esta vez utilizando valores del BCV27 ficha de datos. $$ I_B = \ frac {I_C} {h_ {FE}} \ approx \ frac {4 \ text {mA}} {4000} = 1 \ mu \ text {A} $$ y $$ R_1 = \ frac {V_ {CC} -V_ {BE}} {I_B} = \ frac {6.3 \ text {V} -1.5 \ text {V}} {1 \ mu \ text {A}} = 3.8 M \ aprox. 3.9M $$ aunque supongo que ya que \ $ I_B \ $ es tan bajo, \ $ R_1 \ $ no es realmente necesario, aunque si quisiera incluirlo, es más fácil encontrar algo como lo haría una resistencia de 1M.

Así que eso es todo, ¿verdad? A mí me parece un poco extraño que tenga que encender el PNP con el NPN, y quería asegurarme de que estoy haciendo esto correctamente.

LumexLDD-E2802RD

Configuración del circuito imaginado

    
pregunta Ryan M

2 respuestas

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Muy cerca.

Debes darle al PNP mucha más corriente base para asegurarte de que se sature. Utilice una beta forzada de 10-20, lo que significa que la resistencia R2 debería ser más como 470R.

El valor de R3 no es crítico, 10K estaría bien, también 20K.

No necesita un Darlington para conducir el transistor PNP, un NPN normal estará bien. Utilice una resistencia de base de más de 10K. La resistencia de base limita la corriente; está determinada por la corriente de base deseada, no por la ganancia del transistor, do siempre la necesita.

Ten en cuenta que estas cosas de Darlington no cambiarán instantáneamente y si no permites un tiempo muerto en el firmware de la unidad obtendrás "efecto fantasma".

    
respondido por el Spehro Pefhany
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Eso parece mucha complejidad. Si quieres hacerlo como un ejercicio, o una tarea, está bien. Haría algo más simple.

En primer lugar, los MOSFET de canal P serían una forma fácil de manejar los ánodos comunes.

Los P-MOSFETs necesitarán sus puertas para subir a la tensión de alimentación de LED elegida 6.3V para apagarse.

AFAICT el MCU MSP430G2335 no tiene pines tolerantes de 6.3V (o más). Por lo tanto, los pines MCU deberán estar aislados de los 6.3V.

Use un par de transistores NPN para conectar los pines MCU con los P-MOSFET. Las compuertas P-MOSFET se levantarán con una resistencia de 1k o más (use el mismo valor que las resistencias de base) y el transistor NPN las bajará. Para limitar la corriente de base desde el pin MCU, coloque una resistencia de 2k o más entre el pin MCU y la base del transistor NPN.

Use un controlador de pantalla LED de corriente constante 'apropiado' para cada cátodo LED, en lugar de transistores y resistencias limitadoras de corriente.

Por ejemplo, TI TLC5916 que tiene un registro de desplazamiento para la carga de datos y 8 controladores actuales constantes. El brillo se establece mediante una resistencia única para los 8 LED. Será menos cableado y menos componentes incluso que el uso de una matriz de transistores Darlington y resistencias.

Hay muchos otros dispositivos, y otros fabricantes también fabrican piezas adecuadas, por ejemplo Maxim.

Eso es todo:

  • 2 x MOSFET de canal P,
  • 2 x transistores NPN (casi cualquier cosa) para derribar las puertas P-MOSFET,
  • 4 x 2k + resistencias,
  • 1 x indicador LED de corriente constante de 8 canales (TI o Maxim),
  • 1 resistencia para programar el pin de brillo del LED del controlador de pantalla LED de 8 canales
respondido por el gbulmer

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