Circuito de emisor común básico: reducción de voltaje en la salida

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Tengo un circuito básico para convertir la señal de 3.3V de una placa de microcontrolador a un voltaje constante de 24V necesario para controlar un dispositivo conmutado por voltaje.

Cuando mido el voltaje en la salida mientras el transistor está encendido, es de 0 V, y cuando está apagado, obtengo 24 V, como se esperaba. El problema es que, cuando conecto la salida al dispositivo mientras el transistor está apagado, el voltaje cae a 14.8V. El voltaje que estoy recibiendo parece depender del resistor de carga, el resistor más pequeño produce menos caída de voltaje, pero aumenta la corriente cuando el transistor está cerrado.

Entonces, la pregunta : ¿qué causa la caída de voltaje y cómo puedo evitarlo? En mi opinión, la resistencia parece estar causando la caída de voltaje, pero ¿por qué no es así cuando el circuito externo está desconectado? ¿Es la única manera de evitar esto usando menos resistencia en el emisor? Gracias.

    

3 respuestas

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El problema es que R2 (oh, claro, no tienes designadores de componentes, solo tendrás que averiguar a partir del contexto cuál es) es la impedancia de tu señal cuando está alta. Esto, junto con la entrada de cualquier cosa que se esté conectando a su salida, forma un divisor de voltaje.

Por ejemplo, al utilizar el circuito que se muestra, digamos que la salida es de 7 V cuando está conectado al dispositivo. Eso significa que R2 está bajando 5 V, lo que significa que 5 mA fluyen a través de él, lo que también significa que la corriente de la entrada de su dispositivo se está hundiendo cuando se mantiene a 7 V. Para calcular la resistencia de entrada del dispositivo en este punto de operación , usa la ley de Ohm. (7 V) / (5 mA) = 1.4 kΩ.

Para obtener un voltaje de salida más alto, baje R2. Sin embargo, tenga en cuenta que esto conlleva el costo de una corriente más alta cuando la salida es baja. También tenga en cuenta la disipación de R2. En su ejemplo, la corriente a través de R2 cuando la salida es baja es (12 V) / (1 kΩ) = 12 mA, y la disipación es (12 V) 2 (1 kΩ) = 144 mW . Tenga en cuenta que la potencia aumenta con el cuadrado de la tensión de alimentación. Duplicar eso mientras se mantiene el mismo R2 causará 4 veces la disipación, o 576 mW. Incluso una resistencia de ½ W sería demasiado pequeña en ese caso.

Añadido:

Aquí hay una forma de arreglar su circuito sin usar mucha corriente cuando la salida es baja:

R1,Q1yR2sonbásicamenteloquetienesahora.Q2esunseguidordeemisoresqueproporcionaunasalidamuchomásactualqueelR2.Lasalidaseráaproximadamente700mVmásbajaqueelextremoinferiordeR2,perocreoqueesapequeñacantidadesirrelevanteparaunaseñaldigitalqueoscilaa24V.

Sipuedeorganizarlasalidadelmicrocontroladorparaquetengalapolaridadopuesta,entoncespuedeusarestecircuito:

Este circuito no es inverso, a diferencia de su original y mi ejemplo anterior. Esto tiene una capacidad de corriente de salida más alta y una caída de voltaje de salida más baja en comparación con el circuito anterior.

    
respondido por el Olin Lathrop
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El circuito que está utilizando es para una carga basada en suministro positivo común, es decir, si la carga está en paralelo con la resistencia, al encender el transistor se aplicarán 24 voltios a través de la carga (dentro de las restricciones de la corriente que puede tomar el transistor suministro).

Parece que necesita un circuito para una carga conectada a tierra común y esto se lograría utilizando un circuito de transistor bipolar de lado alto como este: -

Aquí también hay un pequeño artículo sobre el cambio de lado alto y lado bajo.

    
respondido por el Andy aka
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@ No tengo idea de lo que estoy haciendo , el rol de la resistencia que debe conectarse entre la base y el emisor (a través de la unión entre la base y el emisor) de un BJT es crucial para apaga el transistor ... pero no es tan fácil explicar por qué. Bueno, vamos a intentarlo ... es un gran desafío :)

El problema es que seguramente puede apagar el PNP BJT bajando el voltaje del emisor de la base (por debajo de aproximadamente 0,6 V); no puede hacerlo solo disminuyendo la corriente base (cortando el transistor NPN anterior). Aquí puede ver otro divisor de voltaje compuesto por la unión colector-emiter PNP (la parte inferior de la pierna) y la resistencia en cuestión (la parte superior de la pierna). Cuando se corta el transistor PNP, la relación de este divisor es lo suficientemente baja como para que la tensión del emisor de base del transistor NPN también sea lo suficientemente baja.

También puede ver esta resistencia en la solución de @ Andy aka donde es absolutamente necesario conducir (no solo apagar sino también encenderla) la unión de la fuente y la fuente del FET "accionado por voltaje". Puede pensar en esta resistencia como en un convertidor de corriente a voltaje .

Como puedo ver, @ Olin Lathrop ya ha agregado esta solución de circuito BJT (NPN + PNP).

    
respondido por el Circuit fantasist

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