Warum löst dieser PNP-Transistor nicht aus?

Zeichnen wir den Schaltplan mit dem EESE-Editor (wie Sie es hätten tun sollen):

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

Ich nehme an, Sie sind verkabelt$Q_8$falsch. Wie Andy betont, kann ein normaler PNP immer noch als PNP-Transistor fungieren, wenn Sie ihn umkehren. Aber in der Regel mit viel schlimmer$\beta$(Aufgrund der Art und Weise, wie die Dinge in einem BJT dotiert und physisch eingebaut sind.)

Was Andy jedoch möglicherweise übersehen hat [vorausgesetzt, ich kann Sie ernst nehmen, dass Sie einen MJD127G ( Datenblatt ) verwenden], dann ist dies ein Darlington !! Sie kehren diese nicht um und erwarten viel. Sie müssen diese richtig arrangieren!

Da Sie erwähnt haben, dass Sie verwendet haben$R_{LOAD}=200\:\Omega$, ich werde damit gehen. Dies bedeutet eine bloße$I_{C_8}=60\:\textrm{mA}$. Hier ist ein wichtiges Diagramm aus dem Datenblatt:

Die$V_{CE_{SAT}}\approx 800\:\textrm{mV}$bei dieser Strömung. Sie können also nicht ernsthaft mehr als ungefähr erwarten$11\:\textrm{V}$über$R_{LOAD}$. Je. Das musst du einplanen. Und weniger, wenn Ihr Kollektorstrom deutlich ansteigt.

Beachten Sie, dass sie a verwenden$\beta=250$zur Sättigung! Ziemlich bedeutend. Aber das ist ein Darlington. Das ist also zu erwarten. Wenn Ihr Laststrom wirklich nur ist$60\:\textrm{mA}$dann muss Ihr Basisstrom nur sein$250\:\mu\textrm{A}$.

Jetzt ist es ziemlich klar, dass Sie auch einen Darlington verwenden$Q_6$! Was?? Nun ja. Das Ding hat ein Minimum $\beta=5000$eine Lohe$I_C=10\:\textrm{mA}$! Bist du bei Verstand? Der dafür benötigte Basisstrom$Q_6$hier, in dieser Emitterfolger-Konfiguration ist$50\:\textrm{nA}$(unter der Annahme, dass bei diesen niedrigen Strömen die$\beta$hält (wahrscheinlich nicht.) Auf jeden Fall haben Sie keinen nennenswerten Basisstrom$Q_6$.

Wozu also der Wert$R_{22}$? Es ist$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}}=9200\:\Omega$. Aber die Bilanzierung von, sagen wir,$50\:\mu\textrm{A}$Pro$R_{25}$, ich würde a verwenden$7.2\:\textrm{k}\Omega$dort. Der Wert von$R_{25}$sollte höchstens Quelle sein$50\:\mu\textrm{A}$, also würde ich etwas einkleben$22\:\textrm{k}\Omega$dort. (Ich war sehr versucht, es viel größer zu machen. Aber was solls. Bleiben Sie dabei.) Also noch einmal,$R_{22}=\frac{3.3\:\textrm{V}-1\:\textrm{V}}{250\:\mu\textrm{A}+50\:\mu\textrm{A}}\approx 7.2\:\textrm{k}\:\Omega$.

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Wenn Sie die Last erhöhen, führen Sie einfach die Berechnungen durch.

Warum verwendest du Darlingtons? Ah. Jetzt erwähnen Sie, dass Sie möglicherweise eine Last haben, die aufwärts geht$3\:\textrm{A}$. Es macht also Sinn.

Lassen Sie uns die Dinge für diese Art von Last wiederholen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Dieser Darlington wird mehr Spannung abwerfen und wird jetzt eine ziemliche Menge an Leistung verbrauchen. In der Tat wird es mehr zerstreuen, als Sie es wagen, aufzutragen !! Beachten Sie den thermischen Widerstand und auch die maximalen Betriebstemperaturen! Angenommen, Sie tun nichts Besonderes auf dem Board selbst, um sich besser aufzulösen, können Sie nicht mehr als ungefähr auflösen$1.5\:\textrm{W}$auf diesem Gerät.

Während also alle Zahlen „halbwegs in Ordnung“ sind, haben Sie mehrere Probleme.

1. Die Verlustleistung an Ihrem Darlington ist einfach um ein Vielfaches zu hoch.
2. Sie werden ungefähr verlieren$1.5\:\textrm{V}$von Ihrer hohen Seitenversorgungsschiene bis zu Ihrer Ladung. Wenn Sie damit leben können$10.5\:\textrm{V}$, dann ist das wohl kein Problem. Aber da ist es, vorausgesetzt, der Darlington verbrennt sich nicht zuerst.

Ansonsten scheint es ok zu sein.

Sie müssen mit der Dissipation umgehen. Dies ist einer der Fälle, in denen ein MOSFET anfängt, ziemlich gut auszusehen.

Selbst wenn Q6 vollständig eingeschaltet werden könnte, was in dieser Schaltung nicht der Fall ist, hat es eine$V_{BE}$fallen lassen$\approx 0.7V$, daher würden Sie an seinem Emitter finden$3.3V-0.7V=2.6V$etwa. Daher, auch wenn$V_{CE}$fast Null wären (wie gesagt, unmöglich in Ihrer Schaltung), würde die Q8-Basis nicht auf Masse gezogen werden.

Entfernen Sie R22 vom Emitter und schalten Sie ihn in Reihe mit der Q6-Basis, um eine geeignete Vorspannung für das Einschalten von Q6 einzustellen. Mit diesem modifizierten Schaltplan fungiert Q6 als Schalter und kann die Q8-Basis sehr nahe an Masse ziehen (jedoch nicht genau: Sie haben die kleinere Sättigungsspannung$V_{CE(sat)}$über CE-Anschlüsse von Q8, wahrscheinlich weniger als 200 mV).

Nebenbei bemerkt, mit R22 am Emitter fungiert Q6 als Konstantstromquelle, wobei der Ausgangsstrom dies ist$I_C \approx I_E = \frac{V_B \;-\;0.7V}{R22} = \frac{3.3V \;-\;0.7V}{220\Omega}\approx 12mA$.

Das Problem ist, dass diese Schaltung als Stromquelle fungiert, solange sie einen Spannungsspielraum in Richtung der 12-V-Schiene hat. In Ihrer Schaltung zwingt es diese 12 mA in R25 (2,2 kΩ) parallel zum BE-Übergang von Q8 (vorausgesetzt, Sie schließen Q8 richtig an, dh Sie tauschen C und E in Ihrer Schaltung).

Dieser Strom teilt sich und fließt fast vollständig in dem in Vorwärtsrichtung vorgespannten BE-Übergang von Q8. Warum? Denn wenn dieser Übergang ausgeschaltet wäre, würde der gesamte 12-mA-Strom in R25 fließen, und dies würde einen Abfall von 26 V darüber erfordern, was mit einer 12-V-Schiene nicht möglich ist. Daher muss der BE-Übergang eingeschaltet sein und als solcher zeigt er einen Abfall von ~ 0,7 V, wodurch ein sehr kleiner Strom in R25 ($\frac{0.7V}{2.2k\Omega}\approx 0.31mA << 12mA$).

Ein 12-mA-Strom in seiner Basis ist mehr als genug, um den Ausgangstransistor zu sättigen und ihn als eingeschalteten Schalter arbeiten zu lassen (was Sie brauchen). Die Basis wird jedoch nicht wie erwartet auf Masse gezogen, da der "Treiber" -Transistor Q6 nicht wie ein Schalter arbeitet, sondern als (schaltbare) Stromquelle.

Ich gehe davon aus, dass der PNP-Transistor (Q8) absichtlich mit vertauschtem Emitter und Kollektor verbunden ist, um bei Sättigung eine etwas niedrigere Vce zu erreichen. Diese Technik wird ab und zu verwendet, hat jedoch potenzielle Probleme mit einem Spannungsdurchbruch in Rückwärtsrichtung zwischen Emitter und Basis. Rechnen Sie also nach, wenn dies beabsichtigt ist. Wenn nicht, lesen Sie weiter.

Der Ausgang ist immer 12V.

Ohne Last und mit einem hochohmigen Messgerät UND bei einem kleinen Leckstrom durch Q8 wird der Ausgang leicht auf 12 Volt gezogen, und dies könnte das sein, was Sie sehen.

Beim Scoping wird die Basis zum Ausgangstransistor nicht "genug" auf Masse gezogen - nur 12 V und dann 11,5 V.

Der Übergang zwischen 12 Volt und der Basis ist eine vorwärtsleitende Diode und fällt bei einem moderaten Basisstrom wahrscheinlich nur zwischen 0,4 Volt und 0,7 Volt ab. Das ist kein Problem. Der Basisstrom wird durch die 3,3 Volt an der Basis von Q6 eingestellt - er "legt" etwa 2,7 Volt an den Emitter von Q6 und zwingt einen Strom von etwa 12 mA, durch R22 zu fließen - dieser Strom wird größtenteils durch die Basis von Q8 geleitet ( ca. 10 mA), um ihn einzuschalten.

Was vermisse ich?

Außer einer Ausgangslast und möglicherweise falscher Verdrahtung von Kollektor und Emitter nicht viel.

Kommentar 1) Wenn Sie einen BJT-Transistor als Schalter (keinen Verstärker) verwenden, verbinden Sie den Emitter direkt mit der Stromquelle, ohne Schaltungselemente zwischen dem Emitter und der Stromquelle. Verbinden Sie bei NPN-Transistoren den Emitter direkt mit der NEGATIVEN Stromschiene (z. B. MASSE) und bei PNP-Transistoren den Emitter direkt mit der POSITIVEN Stromschiene (z. B. 12V_IGN_ON, von der ich annehme, dass sie Ihre Stromquelle ist). Schließen Sie den Kollektor an die Last an, die ein-/ausgeschaltet werden soll. [In ähnlicher Weise verbinden Sie bei MOSFET-Schaltern den SOURCE-Pin des MOSFET direkt mit der Stromquelle: N-MOS-QUELLE mit der NEGATIVEN Stromquelle; P-MOS-QUELLE zur POSITIVEN Stromquelle. Schließen Sie den DRAIN an die Last an.]

Kommentar 2) Der Ausgangstransistor in einem Darlington-Paar wird nicht gesättigt (voll eingeschaltet); es wird sich der Sättigung nähern, aber niemals eine Sättigung erreichen. Vor diesem Hintergrund verbrauchen (verschwenden) die von Ihnen verwendeten Darlington-Transistoren mehr Leistung und werden viel heißer als ein "normaler" BJT-Transistor, der in Sättigung arbeitet. daher steht bei Verwendung eines Darlington-Paares weniger Leistung zur Lieferung an die Last zur Verfügung, wie dies hier der Fall ist. TL;DR: Verwenden Sie niemals Darlington-Transistoren für Schaltkreise, die zwischen Cutoff (OFF) und Sättigung (ON) umschalten müssen.

Kommentar 3) IMO ist es am einfachsten, beim Entwerfen von BJT-Schaltkreisen mit Stromberechnungen zu arbeiten. Angenommen, die Ausgangslast zieht einen maximalen Strom von 100 mA. Nehmen wir an, Sie ersetzen den Darlington-Transistor Q8 durch einen Kleinsignal-PNP-BJT (z. B. 2N3906), dessen Sättigungs-Beta 10 beträgt (siehe Datenblatt). Für eine Berechnung in erster Näherung verwenden wir

Q8_IC_sat = Q8_Beta_sat * Q8_IB_sat

Deshalb,

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

Der Strom, der die Basis von Q8 verlässt, muss also mindestens 10 mA betragen. Dieser Basisstrom wird über einen geeignet bewerteten Strombegrenzungswiderstand R_X "programmiert", der zwischen dem Kollektor von Q6 und der Basis von Q8 in Reihe geschaltet ist. (Hinweis: Eliminieren Sie die Widerstände R22 und R25.)

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

Ersetzen Sie Q6 durch einen NPN-BJT, z. B. einen Kleinsignal-2N2222A. Das Ziel ist nun, Q6 zu sättigen, wenn der digitale Ausgangspin des Mikrocontrollers so programmiert ist, dass er einen logischen HIGH-Ausgang erzeugt. Wenn wir uns noch einmal das Datenblatt des 2N2222A ansehen, sehen wir, dass das Sättigungs-Beta 10 beträgt. Der erforderliche Strom, der aus dem digitalen Ausgangspin des Mikrocontrollers in die Basis von Q6 fließt, ist also

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

Dieser 1-mA-Strom kann über einen angemessen bewerteten Strombegrenzungswiderstand R_Y programmiert werden, der in Reihe zwischen dem digitalen Ausgangspin des Mikrocontrollers und der Basis von Q6 geschaltet ist:

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

wobei 'VOH' die Mindestspannung für ein logisches HIGH-Ausgangssignal am digitalen Ausgangspin des Mikrocontrollers ist (siehe Datenblatt des Mikrocontrollers, um VOH zu finden).

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

Sie müssen den Q6 mit einem Basiswiderstand richtig vorspannen. Derzeit ist es ein Emitterfolger. Daher liegt der Emitter bei 3,3 V - Vbe = 2,6 V

Das zweite bjt ist irgendwie in Sättigung