Ungerader Messwert beim Ersetzen einer LED durch ein Voltmeter am Kollektor eines PNP

Es sind genug Informationen eingetroffen, dass einige Antworten vorgeschlagen werden können, denke ich.

Sie müssen das Verhalten der Messung Ihres Voltmeters ohne vorhandene Last nicht wirklich verstehen. Ihre Schaltung muss den Fall, in dem keine Last vorhanden ist, nicht verwalten oder sich darum kümmern. Es wird immer eine Ladung da sein. Und die Last selbst macht die Kollektorspannung ohnehin vorhersehbar. Es ist also mehr eine Frage der intellektuellen Neugier als alles andere, hier in die Details einzudringen.

Ihre Frage schlägt es vor, zugegeben. Und ich werde es nicht wirklich beantworten können, weil ich Spehros Antwort zu 100% zustimme. Stattdessen werde ich Ihnen sagen, dass es Ihnen egal sein sollte, den genauen Grund für Ihre Beobachtung zu kennen. Nicht jetzt. Weil Sie ein anderes Problem mit Ihrer Schaltung haben, das viel wichtiger ist und angegangen werden muss.

Wenn Sie das Verhalten jedoch tatsächlich nur aus intellektuellen Gründen aufspüren möchten, dann schlage ich vor, dass Sie eine andere Frage beginnen, bei der Sie den Aspekt des LED-Antriebs eliminieren und sich zu 100% auf die Frage Ihrer Beobachtung konzentrieren . Dazu konzentrieren Sie sich jedoch auf mögliche Parasiten, mögliche Schäden (z. B. BJTs, die in Sperrrichtung vorgespannt wurden$V_{BE}$über 5 oder 6 V liegen und möglicherweise "durchstochen" wurden), und ziemlich obskure Verhaltensweisen von BJTs, die nicht in den Datenblättern enthalten sind oder möglicherweise nicht einmal vollständig in den Modellen erfasst werden, die normalerweise in Spice zu finden sind, und die Ingenieure selten betreffen (obwohl sie für Festkörperphysiker von Interesse sein könnten.) Aber Sie werden wahrscheinlich auch eine bessere Ausrüstung zur Hand haben müssen. Oder haben Sie die Ausrüstung, die Sie haben, gut charakterisiert.

In einem Experiment möchten Sie beispielsweise die von Ihrem Voltmeter angezeigte Last leicht variieren, um zu sehen, wie sich die Spannung bei Änderungen der Netzimpedanz in der Nähe ändert, um eine Vorstellung von der lokalen Steigung zu bekommen. Variieren Sie es dann mehr, um zu sehen, ob dieses Verhalten auch eine Form hat.

Auch Ihre Verdrahtungsmethoden müssen unter Umständen sehr genau unter die Lupe genommen werden.

Aber das wäre wirklich eine ganz andere Frage.

Zurück zum eigentlichen Thema. Sie müssen mindestens eine Schaltung bereitstellen$450\:\textrm{mA}$der aktuellen Compliance während der Bereitstellung$12\:\textrm{V}$zum LED-Modul/was auch immer.

Der BC327 PNP ist möglicherweise nicht die beste Wahl. Ja, ein Datenblatt sagt bis zu$800\:\textrm{mA}$im Bereich der absoluten Maximalbewertungen. Aber das ist keine Empfehlung. Es ist ein absolutes Maximum! Werfen Sie einen Blick auf die Tabelle der elektrischen Eigenschaften, wo Sie das sehen können$I_c=500\:\textrm{mA}$, der schlimmste Fall$\vert V_{CE\left(sat\right)}\vert \approx 700\:\textrm{mV}$. Wenn ja, und Ignorieren der$V_{BE\left(sat\right)}\cdot I_C$Dissipation für jetzt, würden Sie bereits haben$0.7\:\textrm{V} \cdot 0.45\:\textrm{A}= 315\:\textrm{mW}$. Das mag in Ordnung erscheinen, aber ich habe kürzlich ein TO-92-Paket gesehen$325\:\frac{^{\circ}\textrm{C}}{\textrm{W}}$(und sie scheinen immer nicht besser zu sein als$200\:\frac{^{\circ}\textrm{C}}{\textrm{W}}$, was wahrscheinlich oft optimistisch ist), was eine Temperaturerhöhung von bedeuten würde$\approx 100\:^{\circ}\textrm{C}$. Nicht so gut.

Es könnte sich lohnen, einen anderen BJT zu finden. Vielleicht eins verpackt in einem TO-220 (o.ä.) nur um auf der sicheren Seite zu sein. Aber ich weiß auch nicht, ob Sie einen Arbeitszyklus verwenden, der niedrig genug ist, um die Verlustleistung ernsthaft zu beeinflussen. Wenn ja, dann ist dies vielleicht eine gute Wahl für den gepulsten Betrieb.

Im Großen und Ganzen sollte die Schaltung unter Verwendung Ihrer Topologie ungefähr so ​​aufgebaut sein:

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

Dies ist natürlich der ON-Fall. Sie können sehen, dass das Design eine Reihe kleiner Details enthält. Ich werde die Details nicht weiter ausführen, außer zu sagen, dass, wenn Sie verschiedene Widerstandsvariationen über ihren Nennwert und auch BJT-Parametervariationen einbeziehen, die Schaltung immer noch ziemlich genau den dortigen Designspezifikationen entspricht.

Sie können sehen, dass$R_1$muss etwas Leistung abbauen. Sollte zumindest sein$1\:\textrm{W}$in Größe.

Ich würde vermuten, dass mit Ihrer Schaltung etwas nicht stimmt - entweder ist der Transistor Q2 beschädigt (oder sehr heiß) oder der Arduino-Ausgang ist nicht wirklich niedrig. Oder vielleicht fehlt R2 oder ein offener Stromkreis.

Ein typischer CE-Leckstrom für einen BC327 beträgt nur 2 nA bei Ta = 25 ° C, was bei einem typischen Voltmeter mit 10 M Eingangsimpedanz ~ 20 mV anzeigt. Wenn Sie ein teures Tischmessgerät wie ein Agilent 34401 verwenden, das auf eine Eingangsimpedanz von 10 G eingestellt ist, kann dies sinnvoll sein.

Kurz gesagt, was Sie sehen, ist auf eine Leckage durch Q2 zurückzuführen.

Q2 ist ein Schalter, der gut genug ist, damit die LED-Last ein- und ausgeschaltet werden kann. Dieser Schalter ist jedoch nicht perfekt. Auch im ausgeschalteten Zustand fließt ein wenig Strom.

Sie haben nichts über Ihr Voltmeter gesagt, daher gehe ich davon aus, dass es einen Eingangswiderstand von 10 MΩ hat. Das ist ein üblicher Wert für ein elektronisches Voltmeter. Da Sie 10,2 V gemessen haben, können wir den Strom nach dem Ohmschen Gesetz berechnen: (10,2 V)/(10 MΩ) = 1,02 µA.

Das erscheint hoch. Ich habe mir gerade ein zufälliges BC327-Datenblatt (Fairchild) geholt, in dem der maximale Leckstrom mit 100 nA angegeben ist. Sie sehen das 10-fache.

Meine Vermutung ist, dass dieser Transistor zuvor missbraucht wurde. Ein Leckstrom im ausgeschalteten Zustand, der höher als normal ist, ist ein üblicher weicher Fehlermodus.

Überprüfen Sie auch die anderen Spannungen und ob Q1 ordnungsgemäß ausgeschaltet ist. Das digitale Steuersignal sollte sehr nahe bei 0 V liegen. Q1 sollte ausgeschaltet sein, soweit Sie es mit Ihrem Voltmeter messen können. Der Kollektor sollte auf dem vollen 12-V-Versorgungspegel liegen. Stellen Sie das Voltmeter zwischen die 12-V-Versorgung und den Kollektor von Q1 und es sollte sehr nahe an 0 liegen (nicht einmal ein paar Millivolt).