Berechnen Sie den Basiswiderstand des PNP-Transistors im Schaltkreis mit variablem Widerstand

Ich möchte analoge Eingaben auf meinem Raspberry Pi mit verschiedenen Widerstandssensoren lesen, die ich im folgenden Schema als Potentiometer (R5 und R7) darstelle. Ich muss in der Lage sein, die Schaltungen über GPIO-Pins ein- und auszuschalten (High-Side). Ich bin neu in elektronischen Schaltplänen und finde heraus, wie man selbst Schaltungen baut, also habe ich ein paar Amateurfragen zu den Basiswiderständen (R1 und R3) und der Schaltung im Allgemeinen.

Raspberry Pi-spezifische Informationen:
Die Wischerstifte an den Potentiometern gehen zu einem MCP3008 ADC, da der Raspberry Pi keine analogen Eingangsstifte hat. Ich verwende einen linearen Spannungsregler, um 3,3 V bereitzustellen, um die Verwendung der 3,3-V-Schiene zu vermeiden, die, wie ich gelesen habe, nur 50 mA liefern kann. Der ADC wird auch von den 3,3 V versorgt, die vom Regler kommen.

Allgemeine Informationen:
Ich habe einige Tutorials verfolgt, die die Basiswiderstände der beiden PNP-Transistoren (R1 und R3) berechnen.

Ein Raspberry Pi-spezifisches Video besagt, dass der Basiswiderstand anhand des β-Werts des Widerstands und des Stroms der Schaltung nach dem Kollektor (R2 + R5 und R6 + R7) berechnet werden muss. Dies würde den Basiswiderstand über 3 M Ω bringen, wenn man einen β-Wert von 75 und einen Strom (Ic) von 0,06 mA annimmt. Nicht, dass ich Erfahrung hätte, um das zu beurteilen, aber das scheint furchtbar hoch zu sein.

Das Tutorial auf Sparkfun scheint dem zu widersprechen und besagt, dass "1 mA bis 10 mA normalerweise ausreichen" in Bezug auf den Basisstrom. Wenn ich einen 1K-Ω-Widerstand als Basis verwende, bekomme ich 3,3 mA an die Basis der Transistoren.

Die überwiegende Mehrheit der Arduino-Tutorials scheint, obwohl sie NPN-Transistoren verwenden, weniger als einen 10-kΩ-Widerstand an der Basis ihrer Transistoren zu haben, unabhängig davon, was sie schalten.

Fragen:
Die offensichtliche Frage hier ist, welche Berechnung richtig ist? Wie würde ich die Strommenge finden, die erforderlich ist, um den Transistor 2N3906 anhand seines Datenblatts zu sättigen ? Ich bin mir nicht sicher, nach welcher Nummer ich suche, da ich es nicht gewohnt bin, Datenblätter zu lesen oder warum jeder Wert negativ ist (ich nehme an, dass der Transistor PNP ist, obwohl das meine Frage nicht beantwortet).

Bonus: Verhält sich die Schaltung korrekt, wenn die Potentiometer (R5 und R7) durch einen Fotowiderstand ersetzt werden, der direkt zum ADC führt? Spielt es eine Rolle, dass die digitalen Pins vom Raspberry Pi mit Strom versorgt werden und die VCC in dieser Schaltung von einer anderen Quelle mit Strom versorgt werden, obwohl die Spannung (fast) gleich ist und sie sich eine Masse teilen?

Danke.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Antworten (1)

Das Sparkfun-Tutorial ist sehr schlecht. Der größte Fehler, zumindest aus Ihrer Sicht, ist die Verwendung eines relativ hohen (75 bis 100) Wertes für Beta.

Da die Transistoren als Schalter verwendet werden, müssen sie im Vergleich zu "normalen" linearen Verstärkern übersteuert werden. Dies wird als Sättigung bezeichnet. Als Faustregel gilt in solchen Fällen, ein Beta von 10 anzunehmen, da dies sehr niedrige (0,1 bis 0,2) Spannungen für bescheidene Stromstärken erzeugt.

In Ihrem Fall begrenzen Ihre 50k-Töpfe den Kollektorstrom auf so niedrige Pegel (etwa 65 uA), dass Sie im Prinzip nur Basiswiderstände in der Größenordnung von 500k benötigen. Bei diesen niedrigen Pegeln treten jedoch Leckageprobleme auf.

Es ist wahrscheinlich besser, Ihre Töpfe durch 1k-Einheiten mit 100-Ohm-Begrenzungswiderständen zu ersetzen und so etwas wie 10k-Basiswiderstände zu verwenden.

Danke für die Antwort. Können Sie erklären, was Sie mit Leckageproblemen meinen, oder mich auf eine Ressource verweisen, die erklärt, was damit verbunden ist? Würde die Verwendung von MOSFETs anstelle von BJTs auch einen Vorteil für dieses Problem bieten?