Pourquoi ce transistor PNP ne se déclenche-t-il pas?

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Le circuit ci-dessous devrait prendre un signal de 3,3 V provenant d'un MCU sur MCU_LS12 et émettre un signal de côté haut 12V.

La sortie est toujours 12V. Lors de la détermination de la base, le transistor de sortie n'est pas tiré à la masse "suffisamment" - ne passe que de 12 V puis à 11,5 V.

Qu'est-ce que je rate? Le signal d'entrée sur LS12 est un 3,3 V provenant d'un MCU, envoyant une onde carrée de 50% pour les tests. Pourquoi le Q6 ne laisse-t-il pas tomber la base des Q8 au sol? Que puis-je changer? Est-ce le diviseur?

entrez la description de l'image ici

MattyT2017
la source
2
Avez-vous dessiné Q8 avec le collecteur et l'émetteur inversés ou est-ce exact de votre circuit?
Colin
2
Vous avez besoin d'une résistance de base pour polariser Q6. Sinon, cela fonctionne comme émetteur suiveur.
Mitu Raj
Modifié comme demandé - je ne peux pas croire que j'ai placé Q8 à l'envers!
MattyT2017
2
Avez-vous une charge attachée à la sortie?
Le Photon
Oui avec une charge de 200 ohms et Q8 câblé correctement même problème - si je supprime la connexion de base du Q8, je peux voir qu'il est envoyé une onde carrée (bien que sa tension soit de 2,6 V faible, 4,6 Salut)
MattyT2017

Réponses:

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Tirons le schéma à l'aide de l'éditeur EESE (comme vous auriez dû le faire):

schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

Q8β

Cependant, ce qu'Andy a peut-être manqué [en supposant que je puisse vous prendre au sérieux que vous utilisez un MJD127G ( fiche technique )], alors c'est un Darlington !! Vous ne les inversez pas et attendez beaucoup. Vous devez les organiser correctement!

RLOAD=200ΩIC8=60mA

entrez la description de l'image ici

VCESAT800mV11VRLOAD

β=25060mA250μA

Q6 β=5000IC=10mAQ650nAβQ6

R22R22=3.3V1V250μA=9200Ω50μAR257.2kΩR2550μA22kΩR22=3.3V1V250μA+50μA7.2kΩ

schématique

simuler ce circuit

Si vous augmentez la charge, suivez simplement les calculs.


3A

Refaisons les choses pour ce genre de charge:

schématique

simuler ce circuit

1.5W

Ainsi, alors que tous les chiffres fonctionnent «semi-bien», vous avez plusieurs problèmes.

  1. La dissipation sur votre Darlington est simplement plusieurs fois trop élevée.
  2. 1.5V10.5V

A part ça, ça va.

Vous devez faire face à la dissipation. C'est l'un de ces cas où un MOSFET commence à bien paraître.

jonk
la source
Merci pour la réponse très détaillée. Darlingtons utilisé par mon naitvty en se concentrant sur l'emballage dans mon logiciel de CAO par opposition aux spécifications (paresseusement et précipitation de dernière minute pour faire tourner les PCB proto) @jonk - la charge est en fait plus comme 2 ou 3 A (donc environ 4-6 ohms) sans changer "trop" que puis-je faire ici - je pense d'abord changer le Q6 pour qu'il ressemble à mon proto de travail - un appareil SMT équivalent 2n3904, puis bien sûr retourner le Q8 mal placé / câblé - qui me ramènerait aux spécifications, et obtenir au moins le proto de travail - affiner la conception dans la prochaine étape?
MattyT2017
@ MattyT2017 wow. Donc, plusieurs amplis? D'accord. Maintenant, un Darlington a un certain sens. Cela facilite l'utilisation d'un bjt normal pour l'autre transistor. Je suis loin de chez moi, mais je répondrai mieux à votre commentaire après mon retour et j'aurai un moment. Bientôt.
jonk
Jonk - oui, le problème de puissance n'est qu'un simple gaspillage - quel serait le plus petit nombre de composants que vous pouvez considérer comme une "boîte noire" nécessitant un déclencheur à faible courant 3v3 -> une sortie capable de + 12v / 3A - ai-je simplement complètement faux? Nous utilisons tout le temps des fets pour les pilotes low side - alors en réalité quelle est la solution high side la plus propre que vous puissiez envisager?
MattyT2017
100mΩVGS∣=10V
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VBE0.7V3.3V0.7V=2.6VVCE

VCE(sat)

ICIE=VB0.7VR22=3.3V0.7V220Ω12mA

Le problème est que ce circuit fonctionne comme une source de courant tant qu'il a une marge de tension vers le rail 12V. Dans votre circuit, il force ces 12mA dans R25 (2.2kΩ) en parallèle avec la jonction BE de Q8 (en supposant que vous connectez Q8 correctement, c'est-à-dire que vous permutez C et E dans votre circuit).

0.7V2.2kΩ0.31mA<<12mA

Un courant de 12 mA dans sa base est plus que suffisant pour saturer le transistor de sortie et le faire fonctionner comme un interrupteur sous tension (ce dont vous avez besoin). Cependant, vous n'obtiendrez pas sa base mise à la terre, comme vous vous en doutez, car le transistor "pilote" Q6 ne fonctionne pas comme un interrupteur, mais comme une source de courant (commutable).

Lorenzo Donati - Codidact.org
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Erreur scolaire, je pense - Q8 à l'envers! Doh
MattyT2017
Le Q8 à la hausse serait plutôt un coupable? Ou est-ce que je manque toujours l'évidence?
MattyT2017
@ MattyT2017 Avez-vous uniquement dessiné Q8 inversé ou l'avez-vous câblé de cette façon dans votre circuit?
Lorenzo Donati - Codidact.org
câblé de cette façon aussi sur le PCB
MattyT2017
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Je suppose que le transistor PNP (Q8) est intentionnellement connecté à l'émetteur et au collecteur échangés afin d'obtenir un Vce légèrement inférieur lorsqu'il est saturé. Cette technique est utilisée de temps en temps, mais présente des problèmes potentiels avec une panne de tension émetteur-base inverse, alors faites le calcul si c'est intentionnel. Sinon, lisez la suite.

La sortie est toujours 12V.

Sans charge et en utilisant un compteur à haute impédance ET étant donné un petit courant de fuite à travers Q8, la sortie aura tendance à être tirée légèrement jusqu'à 12 volts et c'est peut-être ce que vous voyez.

Lors de la détermination de la base, le transistor de sortie n'est pas tiré à la masse "suffisamment" - ne passe que de 12 V puis à 11,5 V.

La jonction entre 12 volts et la base est une diode conductrice directe et elle ne risque de chuter qu'entre 0,4 volt et 0,7 volt pour un courant de base modéré. Ce n'est pas un problème. Le courant de base est défini par les 3,3 volts sur la base de Q6 - il "mettra" environ 2,7 volts sur l'émetteur de Q6 et forcera un courant d'environ 12 mA à traverser R22 - ce courant sera largement passé à travers la base de Q8 ( environ 10 mA) pour l'activer.

Qu'est-ce que je rate?

À part une charge de sortie et éventuellement un câblage incorrect du collecteur et de l'émetteur, rien de bien.

Andy aka
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Ok, j'ai donc essayé de déplacer R22 à la base et de relier l'émetteur à la terre, de sorte que j'ai maintenant un signal 4,5v / 0,7v assez stable venant à la base de Q8, et ajouté une charge de 200ohm à Q8, et échangé incorrectement filaire C / E - toujours pas de joie - je suis vraiment confus (doit être en fin de journée!) de ce qui devrait être un circuit latéral assez élevé - conçu pour piloter quelques amplis à partir d'un signal 3v3 - à quel point cela peut-il être difficile ? :)
MattyT2017
β
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@ MattyT2017 si vous voulez quelques amplis, peut-être que la bêta du transistor (Q8) est vraiment médiocre à ce niveau. J'utiliserais un MOSFET de canal P comme pilote de sortie pour un ampli ou supérieur.
Andy aka
@Andyaka Je viens de lire ton commentaire! Zut. Vous avez dit ce que je viens d'ajouter à ma réponse. :)
jonk
@ MattyT2017 Je viens d'ajouter quelques éléments supplémentaires auxquels vous pouvez penser. Je pense qu'Andy a raison au sujet du mosfet, au fait. Et maintenant, vous pouvez voir en partie pourquoi.
jonk
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Commentaire 1) Lorsque vous utilisez un transistor BJT comme commutateur (pas un amplificateur), connectez l'émetteur directement à la source d'alimentation, sans éléments de circuit entre l'émetteur et la source d'alimentation. Pour les transistors NPN, connectez l'émetteur directement au rail d'alimentation NÉGATIF ​​(par exemple, MISE À LA TERRE), et pour les transistors PNP, connectez l'émetteur directement au rail d'alimentation POSITIF (par exemple, 12V_IGN_ON, qui, je suppose, est votre source d'alimentation). Connectez le collecteur à la charge qui est allumée | éteinte. [De même, pour les commutateurs MOSFET, connectez la broche SOURCE du MOSFET directement à la source d'alimentation: SOURCE N-MOS à la source d'alimentation NÉGATIVE; SOURCE DE P-MOS à la source d'alimentation POSITIVE. Connectez le DRAIN à la charge.]

Commentaire 2) Le transistor de sortie dans une paire Darlington ne saturera pas (tourner complètement sur ON); il approchera de la saturation mais n'atteindra jamais la saturation. Dans cet esprit, les transistors Darlington que vous utilisez dissiperont (gaspilleront) plus de puissance et deviendront beaucoup plus chauds qu'un transistor BJT "standard" qui fonctionne en saturation; par conséquent, moins d'énergie sera disponible pour la livraison à la charge lors de l'utilisation d'une paire Darlington, comme cela se fait ici. TL; DR: N'utilisez jamais de transistors à paire Darlington pour les circuits de commutation qui doivent basculer entre la coupure (OFF) et la saturation (ON).

Commentaire 3) OMI, il est plus facile de travailler avec les calculs actuels lors de la conception des circuits de commutation BJT. Supposons que la charge de sortie consomme un courant maximum de 100 mA. Supposons que vous remplaciez le transistor Darlington Q8 par un PNP BJT à petit signal (par exemple, 2N3906) dont la saturation bêta est de 10 (voir la fiche technique). Pour un premier calcul d'approximation que nous utilisons,

Q8_IC_sat = Q8_Beta_sat * Q8_IB_sat

Donc,

=> IB_sat = IC_sat / Beta_sat
= (-100 mA) / (10)
=> IB_sat = -10 mA

Le courant sortant de la base du Q8 doit donc être d'au moins 10 mA. Ce courant de base est "programmé" via une résistance de limitation de courant de valeur appropriée R_X connectée en série entre le collecteur de Q6 et la base de Q8. (nb Éliminer les résistances R22 et R25.)

R_X = ((12V_IGN_ON) - (Q8_VBE(SAT) @ Q8_IC=100mA) - (Q6_VCE(SAT) @ Q6_IC=10mA)) / 10mA

Remplacez Q6 par un NPN BJT - par exemple, un petit signal 2N2222A. Le but est maintenant de saturer Q6 lorsque la broche de sortie numérique du microcontrôleur est programmée pour produire une sortie logique HAUTE. Une fois de plus, en regardant la fiche technique du 2N2222A, nous voyons que la bêta de saturation est de 10. Ainsi, le courant requis sortant de la broche de sortie numérique du microcontrôleur et dans la base du Q6 est

Q6_IB_sat = Q6_IC_sat / Q6_Beta_sat
= (10 mA) / (10)
=> IB_sat(Q6) = 1 mA

Ce courant de 1 mA peut être programmé via une résistance de limitation de courant de valeur appropriée R_Y connectée en série entre la broche de sortie numérique du microcontrôleur et la base de Q6:

R_Y = ( (microcontroller VOH) - (Q6_VBE(Sat) @ Q6_IC(sat)=10mA) ) / 1 mA

où 'VOH' est la tension minimale pour un signal logique de sortie ÉLEVÉ à la broche de sortie numérique du microcontrôleur (voir la fiche technique du microcontrôleur pour trouver VOH).

VOH <= uC digital output pin logic HIGH voltage < 3.3V
Jim Fischer
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2

Vous devez polariser correctement le Q6, avec une résistance de base. Actuellement, c'est un émetteur adepte. L'émetteur est donc à 3,3 V - Vbe = 2,6 V

Mitu Raj
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-2

Le deuxième bjt est en quelque sorte en saturation

Kunal p
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Expliquez ensuite ce qui a pu causer cela et comment y remédier.
Finbarr
Dans la figure de l'OP, le transistor Q8 est une paire de Darlington. Le transistor d'entrée sur une paire Darlington peut être conduit à saturation, mais le transistor de sortie ne peut pas saturer, en supposant que l'on utilise la définition habituelle de `` saturation '' pour un transistor NPN: VE <VB> VC.
Jim Fischer