Lectura impar cuando se reemplaza un LED con un voltímetro en el colector de un PNP

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Estoy usando un circuito simple para conducir un LED de 12V con Arduino. He utilizado este circuito con éxito en el pasado. Estoy usando la combinación NPN-PNP para conducir una carga que necesita más voltaje que la tensión ALTA de Arduino (es decir, 5 V). Hoy, noté que mi voltímetro lee 10.2V en Arduino LOW y 12V en Arduino HIGH OUTPUT. No tenía ninguna carga adjunta cuando medí el comportamiento. Bueno, sirve para mi propósito cuando coloco el LED en lugar del voltímetro, ya que el LED tiene un voltaje directo de 12V, se enciende y apaga con la señal Arduino HIGH y LOW.

Pero mi pregunta es ¿por qué veo 10.2 V cuando la salida de Arduino es BAJA? Soy un novato Así que puede ser que estoy esperando algo mal. ¿No debería obtener 0V cuando Arduino está BAJO? ¿O es este interruptor solo bueno para controlar la corriente, no el voltaje? ¿O es porque estaba midiendo el voltaje del colector sin carga?

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

    
pregunta sribasu

3 respuestas

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Ha llegado suficiente información para que se puedan sugerir algunas respuestas, creo.

Realmente no necesita comprender el comportamiento de la medición de su voltímetro sin una carga presente. Su circuito no necesita administrar ni preocuparse por el caso donde no hay carga. Siempre habrá una carga allí. Y la carga en sí misma hará que la tensión del colector sea predecible, de todos modos. Así que profundizar en los detalles aquí es más una cuestión de curiosidad intelectual que cualquier otra cosa.

Tu pregunta lo propone, concedido. Y no podré realmente responderla, porque estoy 100% de acuerdo con la respuesta de Spehro. En cambio, le diré que no debería preocuparse por saber la razón exacta de su observación. No ahora. Debido a que tiene un problema diferente con su circuito que es mucho más importante y debe ser abordado.

Dicho esto, si realmente quiere rastrear el comportamiento por completo por razones intelectuales, le sugiero que comience una pregunta diferente en la que elimine el aspecto de la unidad LED y se centre al 100% en la pregunta. de su observación. Pero para hacer eso, se enfocará en posibles parásitos, posibles daños (por ejemplo, BJT que han experimentado un sesgo inverso \ $ V_ {BE} \ $ en exceso de 5 o 6 V y pueden haber sido "perforados"), y los comportamientos más bien oscuros de BJT que no están en las hojas de datos o tal vez ni siquiera pueden ser capturados por completo en los modelos que se encuentran generalmente en Spice y que rara vez son de interés para los ingenieros (aunque pueden ser de interés para los físicos de estado sólido). Necesito mejor equipo a mano, también. O bien, tenga bien caracterizados los equipos que tiene.

Por ejemplo, en un experimento es posible que desee variar ligeramente la carga presentada por su voltímetro, para ver cómo cambia el voltaje con los cambios cercanos en la impedancia neta para tener una idea de la pendiente local. Luego, modifíquelo más para ver si también hay una forma en ese comportamiento.

Es posible que sus métodos de cableado también deban someterse a un escrutinio muy cercano.

Pero todo eso sería una pregunta completamente diferente, realmente.

Volver al tema en cuestión. Necesita un circuito para proporcionar al menos \ $ 450 \: \ textrm {mA} \ $ del cumplimiento actual mientras se proporciona \ $ 12 \: \ textrm {V} \ $ al módulo LED / lo que sea.

El BC327 PNP puede no ser la mejor opción. Sí, una hoja de datos dice hasta \ $ 800 \: \ textrm {mA} \ $ en el área de calificaciones máximas absolutas. Pero eso no es una recomendación. ¡Es un máximo absoluto! Eche un vistazo a la tabla de Características eléctricas donde puede ver que con \ $ I_c = 500 \: \ textrm {mA} \ $, el caso más desfavorable \ $ \ vert V_ {CE \ left (sat \ right)} \ vert \ aproximadamente 700 \: \ textrm {mV} \ $. Si es así, e ignorando la \ $ V_ {BE \ left (sat \ right)} \ cdot I_C \ $ disipación por ahora, ya tendrías \ $ 0.7 \: \ textrm {V} \ cdot 0.45 \: \ textrm { A} = 315 \: \ textrm {mW} \ $. Eso puede parecer bien, pero recientemente vi un paquete TO-92 que contiene \ $ 325 \: \ frac {^ {\ circ} \ textrm {C}} {\ textrm {W}} \ $ (y parece que siempre son no mejor que \ $ 200 \: \ frac {^ {\ circ} \ textrm {C}} {\ textrm {W}} \ $, lo que probablemente sea a menudo optimista), lo que implicaría un aumento de temperatura de \ $ \ aproximadamente 100 \: ^ {\ circ} \ textrm {C} \ $. No tan bien.

Podría valer la pena encontrar un BJT diferente. Tal vez uno empaquetado en un TO-220 (o similar). Solo para estar en el lado más seguro. Pero tampoco sé si está utilizando un ciclo de trabajo lo suficientemente bajo como para afectar seriamente la disipación. Si es así, entonces quizás esta sea una buena opción para la operación pulsada.

Hablando en términos generales, utilizando su topología, el circuito debe diseñarse de esta manera:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Este es el caso ON, por supuesto. Puedes ver que hay una serie de pequeños detalles incluidos en el diseño. No profundizaré en los detalles, excepto para decir que si incluye varias variaciones de resistencia sobre su valor nominal y también las variaciones de los parámetros de BJT, el circuito seguirá funcionando de manera bastante cercana a las especificaciones de diseño allí.

Puedes ver que \ $ R_1 \ $ necesita disipar algo de poder. Debe tener al menos \ $ 1 \: \ textrm {W} \ $ de tamaño.

    
respondido por el jonk
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Sospecho que algo está sucediendo con su circuito, ya sea que el transistor Q2 esté dañado (o muy caliente) o que la salida de Arduino no sea realmente baja. O quizás R2 falta o está abierto el circuito.

La fuga CE típica para un BC327 es solo 2nA a Ta = 25 ° C, que mostrará ~ 20mV en un voltímetro típico con una impedancia de entrada de 10M. Si está utilizando un medidor de sobremesa costoso, como un Agilent 34401 configurado con una impedancia de entrada de 10G, entonces podría tener sentido.

    
respondido por el Spehro Pefhany
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En resumen, lo que está viendo se debe a fuga hasta Q2.

Q2 es un interruptor suficientemente bueno para que la carga del LED se pueda encender y apagar. Sin embargo, este interruptor no es perfecto. Una pequeña corriente fluirá incluso cuando esté "apagada".

No dijiste nada sobre tu voltímetro, así que asumiré que tiene una resistencia de entrada de 10 MΩ. Ese es un valor común para un voltímetro electrónico. Dado que usted midió 10.2 V, podemos calcular la corriente de la ley de Ohm: (10.2 V) / (10 MΩ) = 1.02 µA.

Eso parece alto. Acabo de agarrar una hoja de datos al azar BC327 (Fairchild), y enumera la corriente de fuga máxima como 100 nA. Estás viendo 10 veces eso.

Mi conjetura es que este transistor fue abusado previamente. Una fuga más alta de lo normal es un modo de falla suave común.

También verifique los otros voltajes y que Q1 esté apagado correctamente. La señal de control digital debe estar muy cerca de 0 V. El Q1 debe estar apagado en la medida en que pueda medirlo con su voltímetro. Su colector debe estar en el nivel completo de suministro de 12 V. Coloque el voltímetro entre el suministro de 12 V y el colector de Q1 y debería leer muy cerca de 0 (ni siquiera unos pocos milivoltios).

    
respondido por el Olin Lathrop

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