Niedriger Strom vom PNP S8550-Transistor als Schaltkreis

Sie betreiben den Transistor als Emitterfolger im Rückwärtsmodus (es ist keine gute Schaltung, Sie sollten einfach einen S8050 kaufen, sie sind gut zu haben, also besorgen Sie sich ein paar NPN und PNP). Das Beta ist ziemlich niedrig, sodass der Pi versuchen wird, viel Strom zu versenken (übrigens ein = niedrig) und bei einem hohen Wert von 3,3 V die LED möglicherweise nicht vollständig ausschaltet. Als Emitterfolger hat es keine Spannungsverstärkung (aber es hat eine Stromverstärkung). Die Spannung am Emitter (Kollektor geerdet) ändert sich also von etwa 3,8 V auf etwa 0,8 V, wenn sich der Eingang von 3,3 V auf 0 V ändert.

Tauschen Sie dazu Emitter und Kollektor am Transistor aus. Um es vollständig auszuschalten (wenn das ein Problem ist), fügen Sie eine Diode hinzu, wie in der rechten Schaltung gezeigt. Dies ist erforderlich, wenn Ihre LED vom Typ IR (Infrarot) ist, was Ihre Berechnung der 62 Ohm zu implizieren scheint. Sie könnten auch zwei LEDs in Reihe verwenden, was eine effizientere Stromnutzung darstellt (doppelt so viel Licht bei gleichem Strom), wobei wiederum Infrarot-LEDs mit einer Vf im Bereich von etwa 1,2 V angenommen werden.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

R2 ist nicht unbedingt erforderlich, aber es könnte (möglicherweise) helfen, Ihren Pi zu retten, wenn Sie einen Verdrahtungsfehler machen oder der Transistor beschädigt wird.

Da der Transistor als Emitterfolger und nicht als Schalter arbeitet, beträgt der Spannungsabfall an ihm eher 700 mV als die 100 mV, die Sie mit einem geeigneten Sättigungsschalter (z. B. S8050 als Low-Side-Schalter) erhalten könnten. Daher müssen Sie sowohl den Wert von R1 anpassen als auch bedenken, dass die Verlustleistung des Transistors bei 60 mA im Bereich von 350-400 mW liegt, was bedeutet, dass er ziemlich heiß wird, wenn er kontinuierlich eingeschaltet bleibt (aber akzeptabel für den TO- 92-Version, bei moderater maximaler Umgebungstemperatur und für etwas, wo Zuverlässigkeit weniger wichtig ist als Kosten).

Betrachten Sie den 62-Ohm-Wert als Platzhalter, der tatsächliche Wert, um 60 mA zu erhalten, wird niedriger sein. Es ist möglich, es mit geeigneten Datenblättern zu berechnen, aber natürlich haben Sie diese Informationen nicht angegeben.

Unterm Strich würde die ideale Schaltung einen S8050 als Sättigungsschalter verwenden. Es gibt wenig Vorteile bei der Verwendung eines Emitterfolgers und wahrscheinlich etwas mehr Gefahr, Ihren Pi durch eine schlechte Verbindung zu beschädigen. Ein S8050 kostet vielleicht 1/3000 der Kosten des Pi, also ist Ihr x̄ niedriger, wenn die Wahrscheinlichkeit eines solchen Fehlers mehr als 0,000003% beträgt.

Sie könnten der 5-V-Versorgung auch einen neuen 3,3-V-Regler hinzufügen und dann den S8550 als Sättigungsschalter mit an die (neue) 3,3-V-Schiene angeschlossenem Emitter verwenden. Wenn in Ihrem Schaltkreis keine Spannungen über 3,3 V oder unter 0 V liegen, ist es viel schwieriger, den Pi zu beschädigen.

Ich bin mir nicht sicher, wie Sie die 3,5 mA erhalten, aber ich kann sagen, dass dies eine ziemlich seltsame Fahranordnung ist. Sie sollten den PNP oben platzieren, mit dem Emitter auf 5 V und dem Kollektor an der LED.

Alternativ könnten Sie den PNP gegen einen NPN austauschen und ihn von der niedrigen Seite aus ansteuern.

*** Um es klar zu sagen, ich finde das seltsam, weil dies wirklich kein Schaltkreis ist, also scheint es nicht das zu sein, was Sie wollen.

Die RPi-Ausgänge sind normalerweise$3.3\:\text{V}$und sie können wahrscheinlich mit der Sättigung Ihres PNP als Schalter umgehen. Aber das Problem ist die$3.3\:\text{V}$Grenze (wobei ein Strom von Null angenommen wird.) Der E / A-Pin kann Strom aufnehmen, wenn er hoch getrieben wird, aber das ist nicht steuerbar, da er nur über eine Schutzdiode erfolgt - auf die Sie sich für diese Zwecke im Allgemeinen NICHT verlassen sollten.

Wenn Sie nur einen S8550 BJT (und nicht zwei) haben, können Sie Folgendes versuchen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Sie müssen sich anpassen$R_3$um den gewünschten Strom in der LED zu erhalten. Der Wert, den ich angegeben habe, ist eine wilde Vermutung und sollte wahrscheinlich größer sein, als ich gezeigt habe. Beginnen Sie also vielleicht mit einem größeren Wert und arbeiten Sie auf diesen hin, um den gewünschten Strom zu erhalten.

Möglicherweise müssen Sie sich auch anpassen$R_1$. Aber hier ist das Problem. Diese Schaltung stützt sich auf die I/O-Pin-Schutzdioden und versucht, ihren Strom auf einen Wert zu begrenzen, der niedrig genug ist, um Latch-up zu vermeiden. Wenn Sie reduzieren$R_1$Um den Basisstrom zu erhöhen (beim aktiven Ansteuern der LED), gehen Sie das Risiko eines zu hohen Schutzdiodenstroms und damit eines Latch-up ein. Ich habe den Wert gewählt, den Sie sehen, um den Schutzdiodenstrom auf unter zu begrenzen$1\:\text{mA}$. Einige MCUs können damit umgehen. Manche können das nicht. Über dieses spezifische Design ist also nichts zugesichert. Es ist ein Risiko. Aber es kann auch befriedigend sein. Sei dir nur bewusst, dass dies nicht gut gehandhabt wird und dass du möglicherweise einige Risiken eingehst. Aber die Auszahlung ist, dass es gut funktionieren kann.

Eine letzte Anmerkung zur obigen Schaltung. Es kann immer noch etwas LED-Licht leuchten, auch wenn es ausgeschaltet ist (I/O-Pin hoch). Das liegt daran, dass immer noch ein kleiner Basisstrom vorhanden ist. Ich habe versucht, diese Basis auf etwa aktuell zu halten$1\:\mu\text{A}$, also sollte es nicht viel LED-Licht geben. Aber in einer dunklen Situation kann ich nicht versprechen, dass Sie es nicht bemerken werden. Selbst wenn also alles andere zu funktionieren scheint, ist es immer noch möglich, dass Sie "einige" Emission von der LED sehen, wenn Sie versucht haben, sie auszuschalten.

Wenn Sie zwei S8550 zur Hand haben, können Sie Folgendes versuchen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Hier$Q_2$arbeitet als Emitterfolger und$R_3$wird verwendet, um den Strom in die LED zu regulieren. Ich entschied mich, ungefähr anzunehmen$1\:\text{V}$über$R_3$. In Anbetracht dessen und davon ausgegangen$V_{\text{BE}_1}\approx 800\:\text{mV}$, das heißt, wir wollen ungefähr$3.2\:\text{V}$an der Basis von$Q_1$(Wenn die LED leuchtet . ) An diesem Punkt gibt es ein Problem – ich bin mir nicht sicher$Q_1$ist gesättigt. Es kann nicht sein - es hängt von der erforderlichen Spannung der LED ab. Nur um die Situation zu bewältigen , habe ich beschlossen, dass ich zumindest will$3\:\text{mA}$In$R_2$(Dies garantiert einen bestimmten Bereich von Emitterströmen für$Q_2$), also habe ich eingestellt$R_2=\frac{5\:\text{V}-3.2\:\text{V}}{3\:\text{mA}}\approx 560\:\Omega$.$Q_2$wird durch Design gesättigt ($R_4$wird es garantieren) und ich erwarte daher ca$2.5\:\text{V}$an der Basis von$Q_2$. Wenn ich davon ausgehe$Q_1$Der Basisstrom von wird ungefähr der gleiche Strom sein, den ich gerade eingestellt habe$R_2$(Dies setzt voraus$\beta_1\ge 20$), das heißt, ich muss sinken können$6\:\text{mA}$(was der RPi I/O-Pin erreichen kann.) Also$R_1=\frac{2.5\:\text{V}}{6\:\text{mA}}\approx 470\:\Omega$.

Wenn die LED aus ist , ist der I/O-Pin eingeschaltet$3.3\:\text{V}$und ich möchte die basis an$Q_1$zumindest sein$4.5\:\text{V}$, so dass es auch aus ist. Dies bedeutet die Basis von$Q_2$wird ungefähr sein$3.8\:\text{V}$. Also der Basisstrom in$Q_2$Jetzt wird es darum gehen$1\:\text{mA}$. Etwa all dieser Strom wird von bezogen$R_2$und das bedeutet nur ungefähr$560\:\text{mV}$gegenüber von. Dies deutet stark darauf hin$Q_1$wird aus sein , was erwünscht ist.

Behalten$Q_2$in beiden Fällen vollständig gesättigt und erkennen, dass dafür nicht viel Kollektorstrom vorhanden sein wird$Q_2$In beiden Fällen ist es eine gute Idee, den Kollektorwiderstand "groß" zu machen. Wenn ich mir den LED * Off- Fall zu Herzen nehme, möchte ich, dass der Kollektorwiderstand mindestens ist$11\times$größer als$R_2$, aber angesichts meiner Unsicherheit über den Sättigungszustand von$Q_1$das sollte wieder mindestens das Doppelte sein. Also zumindest$22\times$größer als$R_2$. Ich entschied mich$R_4=22\:\text{k}\Omega$. Du könntest vielleicht mit weniger auskommen, aber ich würde es vorziehen, wenn du es nicht tätest.

Jetzt können Sie sich anpassen$R_3$um den LED-Strom zu erhalten, den Sie benötigen. (Der von mir angegebene Wert ist nur eine Schätzung, und es gibt eine Reihe von Faktoren, wie z. B. Umgebungs- und Betriebstemperaturen, die Ihre tatsächliche Wahl beeinflussen.)

Beides halte ich für keine besonders gute Wahl. Beide können im ausgeschalteten Zustand einen sehr niedrigen LED-Strom aufweisen, der unter Umständen sichtbar sein kann. Beide können angepasst werden (zum Beispiel try$R_2=470\:\Omega$im 2. Kreis) dazu beitragen. Aber keine Schaltung ist perfekt.

Es ist wirklich besser, wenn Sie ein paar verschiedene Arten von Transistoren auswählen, um zu vermeiden, dass Sie gezwungen sind, die falschen aktiven Geräte zu verwenden, wodurch Sie einige Kompromisse bei Ihren Zielen erzwingen.