El circuito a continuación debe tomar una señal de 3.3V de una MCU en MCU_LS12 y emitir una señal de lado alto de 12V.
La salida es siempre 12V. En el alcance de la base, el transistor de salida no se está arrastrando a tierra "lo suficiente", solo va a 12V y luego a 11.5V.
¿Qué me estoy perdiendo? La señal de entrada en el LS12 es 3.3V de una MCU, enviando una onda cuadrada del 50% para la prueba. ¿Por qué Q6 no está cayendo Q8s base a tierra? ¿Qué puedo cambiar? ¿Es el divisor?
Dibujemos el esquema usando el editor EESE (como deberías haber hecho):
Supongo que te has cableado \ $ Q_8 \ $ mal. Como señala Andy, un PNP normal aún puede actuar como un transistor PNP si lo invirtió. Pero generalmente con mucho peor \ $ \ beta \ $ (debido a la forma en que las cosas se dopan y se construyen físicamente en un BJT).
Sin embargo, lo que Andy pudo haber pasado por alto [suponiendo que puedo tomarte en serio que estás usando un MJD127G ( hoja de datos )], entonces este es un Darlington !! No los reviertes y esperas mucho. ¡Necesitas tenerlos arreglados correctamente!
Ya que has mencionado que has usado \ $ R_ {LOAD} = 200 \: \ Omega \ $, continuaré con eso. Esto significa un mero \ $ I_ {C_8} = 60 \: \ textrm {mA} \ $. Aquí hay una tabla importante de la hoja de datos:
El\$V_{CE_{SAT}}\approx800\:\textrm{mV}\$enestacorriente.Porlotanto,nopuedeesperarseriamentealgomejorqueaproximadamente\$11\:\textrm{V}\$atravésde\$R_{LOAD}\$.Siempre.Necesitasplaneareso.Ymenos,sisucorrientedecolectoraumentasignificativamente.
¡Tengaencuentaqueusanun\$\beta=250\$paralasaturación!Bastantesignificativo.PeroestoesunDarlington.Esoesloqueseespera.Sisucargaactualesrealmentesolo\$60\:\textrm{mA}\$,entoncessucorrientebasesolonecesitaser\$250\:\mu\textrm{A}\$.
Ahora,estábastanteclaroquetambiénestáutilizandounDarlingtonpara\$Q_6\$!¿¿Qué??Ohbien.¡Esacosatieneunmínimo\$\beta=5000\$enun\$I_C=10\:\textrm{mA}\$!Estascuerdo?Lacorrientedebaserequeridapara\$Q_6\$aquí,enestaconfiguracióndeseguidordeemisores\$50\:\textrm{nA}\$(suponiendoqueaestascorrientesbajas,la\$\beta\$semantiene(probablementeno).Encualquiercaso,notieneningunabaseactualdelaquehablaren\$Q_6\$.
Entonces,¿cuáleselvalorde\$R_{22}\$?Es\$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}}=9200\:\Omega\$.Sinembargo,teniendoencuenta,porejemplo,\$50\:\mu\textrm{A}\$para\$R_{25}\$,usaríaun\$7.2\:\textrm{k}\Omega\$allí.Elvalorde\$R_{25}\$deberíaserlafuentealosumo\$50\:\mu\textrm{A}\$,porloquepegaríaalgoa\$22\:\textrm{k}\Omega\$allí.(Estabamuytentadodehacerlomuchomásgrande.Peroquédiablos.Sigueconesto.)Entonces,denuevo,\$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}+50\:\mu\textrm{A}}\approx7.2\:\textrm{k}\:\Omega\$.
Si aumenta la carga, simplemente siga con los cálculos.
¿Por qué estás usando Darlingtons? Ah Ahora menciona que podría tener una carga que supere \ $ 3 \: \ textrm {A} \ $. Así que tiene sentido.
Vamos a rehacer las cosas para ese tipo de carga:
Que Darlington dejará caer más voltaje y ahora disipará una buena cantidad de energía. De hecho, ¡se disipará más de lo que te atreves a aplicar! ¡Eche un vistazo a la resistencia térmica y también a las temperaturas máximas de funcionamiento! Suponiendo que no haga algo muy especial en la placa para disiparse mejor, no puede disipar más de aproximadamente \ $ 1.5 \: \ textrm {W} \ $ en ese dispositivo.
Entonces, mientras todos los números funcionan "semi-bien", tienes varios problemas.
Aparte de eso, parece estar bien.
Necesitas lidiar con la disipación. Este es uno de esos casos en los que un MOSFET comienza a verse bastante bien.
Incluso si Q6 se pudiera encender completamente, lo cual no es lo que sucede en este circuito, tendrá un \ $ V_ {BE} \ $ drop \ $ \ approx 0.7V \ $, por lo tanto, en su emisor encontrará \ $ 3.3V-0.7V = 2.6V \ $ aproximadamente. Por lo tanto, incluso si \ $ V_ {CE} \ $ fueran casi cero (como dije, imposible en su circuito), la base Q8 no se tiraría a tierra.
Deshágase de R22 del emisor y colóquelo en serie con la base Q6 para establecer un sesgo adecuado para que se active el Q6. Con este esquema modificado, Q6 actúa como un interruptor y puede tirar de la base de Q8 muy cerca del suelo (no exactamente, sin embargo: tendrá una pequeña tensión de saturación \ $ V_ {CE (sat)} \ $ en todos los terminales CE de Q8, menos de 200mV probablemente).
Como nota al margen, con R22 en el emisor, Q6 actúa como una fuente de corriente constante, siendo la corriente de salida su PS I_C \ approx I_E = \ frac {V_B \; - \; 0.7V} {R22} = \ frac {3.3V \; - \; 0.7V} {220 \ Omega} \ approx 12mA PS
El problema es que ese circuito funciona como una fuente de corriente siempre que tenga un margen de voltaje hacia el riel de 12V. En su circuito, fuerza esos 12mA en R25 (2.2kΩ) en paralelo con la unión BE de Q8 (suponiendo que conecte Q8 correctamente, es decir, intercambie C y E en su circuito).
Esa corriente se divide y fluye casi en su totalidad en la unión BE con polarización directa de Q8. ¿Por qué? Porque si esa unión estuviera en OFF, toda la corriente de 12 mA fluiría en R25, y esto requeriría una caída de 26V a través de ella, lo que no es posible con un riel de 12V. Por lo tanto, la unión BE debe estar ENCENDIDA y como tal mostrará una caída de ~ 0.7V a través de ella, lo que impondrá una corriente muy pequeña en R25 (\ $ \ frac {0.7V} {2.2k \ Omega} \ approx 0.31mA & lt ; < 12mA \ $).
Una corriente de 12 mA en su base es más que suficiente para saturar el transistor de salida y hacer que funcione como un interruptor encendido (que es lo que necesita). Sin embargo, no obtendrá su base tirada a tierra, como es de esperar, porque el transistor Q6 "controlador" no funciona como un interruptor, sino como una fuente de corriente (conmutable).
Supongo que el transistor PNP (Q8) está conectado intencionalmente con el emisor y el colector intercambiados para lograr un Vce ligeramente inferior cuando está saturado. Esta técnica se usa de vez en cuando, pero tiene problemas potenciales con la ruptura del voltaje de la base del emisor inverso, así que haga los cálculos si esto es intencional. Si no, sigue leyendo.
La salida es siempre 12V.
Sin una carga y usando un medidor de alta impedancia Y dada una pequeña corriente de fuga a través de Q8, la salida tenderá a ser ligeramente tirada hasta 12 voltios y esto podría ser lo que vea.
En el alcance de la base para el transistor de salida no se está tirando a tierra "suficiente" - solo va 12V luego a 11.5V.
La unión entre 12 voltios y la base es un diodo conductor delantero y es probable que solo caiga entre 0,4 voltios y 0,7 voltios para una corriente de base moderada. Esto no es un problema. La corriente de base se establece mediante los 3,3 voltios en la base de Q6: "pondrá" aproximadamente 2,7 voltios en el emisor de Q6 y forzará una corriente de aproximadamente 12 mA para que fluya a través de R22; esta corriente pasará en gran medida a través de la base de Q8 ( unos 10 mA) para encenderlo.
¿Qué me estoy perdiendo?
Aparte de una carga de salida y, posiblemente, cableado incorrecto del colector y el emisor, no mucho.
Comentario 1) Cuando utilice un transistor BJT como un interruptor (no un amplificador), conecte el emisor directamente a la fuente de alimentación, sin elementos de circuito entre el emisor y la fuente de alimentación. Para los transistores NPN, conecte el emisor directamente al riel de alimentación NEGATIVO (por ejemplo, TERRENO), y para los transistores PNP, conecte el emisor directamente al riel de alimentación POSITIVO (por ejemplo, 12V_IGN_ON, que supongo que es su fuente de alimentación). Conecte el colector a la carga que se está encendiendo y apagando. [De manera similar, para los interruptores MOSFET, conecte el pin SOURCE del MOSFET directamente a la fuente de alimentación: SOURCE de N-MOS a la fuente de alimentación NEGATIVA; FUENTE DE P-MOS a la fuente de poder POSITIVA. Conecte el DRENAJE a la carga.]
Comentario 2) El transistor de salida en un par Darlington no se saturará (se encenderá completamente); se acercará a la saturación pero nunca logrará la saturación. Con esto en mente, los transistores Darlington que está utilizando disiparán (desperdiciarán) más energía y se calentarán mucho más que un transistor BJT "estándar" que funciona en saturación; por lo tanto, habrá menos energía disponible para entregar a la carga cuando se use un par Darlington como se hace aquí. TL; DR: Nunca utilice transistores de pares Darlington para cambiar circuitos que deben cambiar entre corte (OFF) y saturación (ON).
Comentario 3) OMI, es más fácil trabajar con los cálculos actuales al diseñar circuitos de conmutación BJT. Suponga que la carga de salida consume una corriente máxima de 100 mA. Supongamos que reemplaza el transistor Darlington Q8 con un PNP BJT de señal pequeña (por ejemplo, 2N3906) cuya beta de saturación es 10 (consulte la hoja de datos). Para un primer cálculo de aproximación utilizamos,
Q8_IC_sat = Q8_Beta_sat * Q8_IB_sat
Por lo tanto,
=> IB_sat = IC_sat / Beta_sat
= (-100 mA) / (10)
=> IB_sat = -10 mA
Por lo tanto, la corriente que sale de la base del Q8 debe ser de al menos 10 mA. Esta corriente de base se "programa" a través de un resistencia limitadora de corriente R_X conectado en serie entre el colector de Q6 y la base de Q8. (n.b. Eliminar las resistencias R22 y R25.)
R_X = ((12V_IGN_ON) - (Q8_VBE(SAT) @ Q8_IC=100mA) - (Q6_VCE(SAT) @ Q6_IC=10mA)) / 10mA
Reemplace Q6 con un NPN BJT, por ejemplo, un 2N2222A de señal pequeña. El objetivo ahora es saturar Q6 cuando el pin de salida digital del microcontrolador está programado para producir una salida HIGH lógica. Una vez más, mirando la hoja de datos del 2N2222A, vemos que la saturación beta es 10. Por lo tanto, la corriente requerida que sale del pin de salida digital del microcontrolador y en la base de Q6 es:
Q6_IB_sat = Q6_IC_sat / Q6_Beta_sat
= (10 mA) / (10)
=> IB_sat(Q6) = 1 mA
Esta corriente de 1 mA se puede programar a través de un resistor limitador de corriente R_Y de valor apropiado conectado en serie entre el pin de salida digital del microcontrolador y la base de Q6:
R_Y = ( (microcontroller VOH) - (Q6_VBE(Sat) @ Q6_IC(sat)=10mA) ) / 1 mA
donde 'VOH' es el voltaje mínimo para una señal de salida ALTA lógica en el pin de salida digital del microcontrolador (consulte la hoja de datos del microcontrolador para encontrar VOH).
VOH <= uC digital output pin logic HIGH voltage < 3.3V
Es necesario desviar correctamente el Q6, con una resistencia de base. Actualmente es un seguidor de emisor. Por lo tanto, el emisor está a 3.3 V - Vbe = 2.6 V
El segundo bjt está de alguna manera en saturación
Lea otras preguntas en las etiquetas transistors bjt biasing