Wie konfiguriere ich einen NPN-Transistor als Schalter und stelle den Stromfluss ein?

Betrachten Sie die folgende Schaltung:

  1. Als Signal eine 100 kHz Rechteckwelle (zwischen 0 und 5 Volt) erzeugt von einem Arduino.
  2. Ich möchte den Transistor so steuern, dass er den Strom von der Versorgung durchlässt, wenn die Rechteckwelle eingeschaltet ist (5 Volt) und in die Schaltung gelangt (dargestellt durch einen Widerstand / eine Impedanz im Bild unten). Die Versorgung liegt bei 5 Volt.
  3. Und der verwendete NPN- Transistor ist ein NTE85 mit einer DC-Verstärkung zwischen 100 und 300 unter anderen Eigenschaften.

Ich denke, ein Basiswiderstand sollte hinzugefügt werden, um den Strom / die Spannung an der Basis zu steuern, und den Transistor daher in den Abschaltmodus und den Sättigungsmodus versetzen , um als Schalter zu fungieren. Aber ich bin mir nicht ganz sicher, wie ich das alles angehen soll.

Woran muss ich denken, damit das obige funktioniert? Was muss ich hinzufügen/ändern/berechnen? Welche Eigenschaften des Transistors muss ich beachten usw.?

Ich wäre sehr dankbar für eine kleine Anleitung für diesen speziellen Fall.

Danke schön!

Schaltkreis

Ersetzen Sie den NPN durch einen PNP. Wenn die Basis niedrig wird, fließt der Strom von der Versorgung zur Last. Wenn die Basis hoch geht, wird die Versorgung unterbrochen. Entfernen Sie dann das obere R (100), es dient nur als Widerstandsteiler und reduziert die für Ihre Last verfügbare Spannung.
NPN schaltet den Boden, nicht die Versorgung (zumindest in einfachen Konfigurationen, wie Sie sie erreichen). Sie erhalten die eingegebene Spannung (minus 0,7 V). Wenn Sie also die Spannung anpassen möchten, benötigen Sie mehr als 5 V, um mehr als 4,3 V herauszuholen. Sie können einen Operationsverstärker verwenden, um die 5 V auf Vin zu skalieren, die PWM in ein analoges 0-5-V-Signal tiefzupassieren, das den Operationsverstärker steuert, und dann die PNP-High-Side für einen einfachen spannungsbasierten Controller ansteuern.

Antworten (3)

Ihre Schaltung hat viele Einschränkungen und ist möglicherweise überhaupt nicht geeignet, aber um die Einschränkungen zu erkennen, müssen Sie die Schaltung in einem verständlicheren Format zeichnen.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Die Probleme mit dieser Art von Schaltung:

  1. Vout von Q1 ist immer kleiner als die Versorgungsspannung. Wenn Ihre Last 5 V benötigt, kann diese Schaltung dies mit einer 5-V-Versorgung und einem Emitterfolger nicht erreichen.
  2. Wenn V1 mit der Arduino-Versorgung identisch ist, kann Q1 niemals ganz gesättigt werden.
  3. Wenn die Last eine Kapazität enthält, ist der Basis-Emitter-Übergang beim Ausschalten von Q1 in Sperrrichtung vorgespannt. Selbst in diesem Fall (bei einer 5-V-Versorgung) befindet sich der NTE85 an seiner minimalen Sperrvorspannungsgrenze. Sie würden normalerweise NICHT bis zum Limit entwerfen und versuchen, die Sperrspannung auf WENIGER als 5 V zu klemmen.

Sie könnten einen PNP-BJT verwenden (wie in einer anderen Antwort vorgeschlagen), dies verbessert Ihre Situation jedoch möglicherweise nicht wesentlich.

  1. Die Sättigungsspannung der meisten BJT-Geräte liegt im Bereich von 0,2 - 0,6 V, sodass Sie immer noch eine erhebliche Spannung über das Gerät verlieren. In der anderen Antwort, zum Beispiel dem vorgeschlagenen 2N3906 , beträgt die Sättigungsspannung bei 50 mA etwa 0,4 V. Dies bedeutet, dass Ihre Lastspannung wahrscheinlich bestenfalls etwa 4,6 V und schlimmstenfalls etwa 4,4 V beträgt.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

  1. Die Logik wird invertiert, wenn Sie ein einzelnes PNP-Gerät verwenden, obwohl es einfach sein sollte, Ihre Treiberlogik im Arduino-Code umzukehren.

Eine insgesamt bessere Lösung wäre die Verwendung eines P-Kanal-FET:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung

HINWEIS: Die Verwendung eines einzelnen P-Kanal-FET invertiert die Logik, also High = OFF, Low = ON, aber ich gehe davon aus, dass dies für Sie in der Software einfach zu handhaben wäre.

Die zwei wichtigsten Parameter für den P-FET für diese Anwendung sind ein niedriger VGS(th) und ein niedriger RDS(ON). Hier habe ich einen AO3415 gezeigt , der zu dieser Rechnung passt, aber er ist in einem SOT-23-Gehäuse. Leider ist es eine echte Herausforderung, einen extrem niedrigen RDS(ON) in einem TO-92-Gehäuse zu bekommen.
Wenn Sie so etwas wie einen 2N7000 oder 2N7002 beurteilen , können Sie sehen, dass RDS (ON) bis zu 12 - 13 Ohm betragen kann. Dies bedeutet, dass Sie selbst bei einer moderaten Last von 100 mA eine Einschaltspannung von über 1 V sehen könnten, was in den meisten Fällen nicht akzeptabel wäre. Der AO3415 mit einem RDS(ON) von etwa 50 mOhm würde nur wenige mV abfallen.

1) Sie müssen für diesen Fall einen PNP-Transistor verwenden und nicht, weil Sie erwähnt haben, dass der Strom in den Stromkreis eintreten soll, wenn die Versorgung 5 V beträgt. Der npn funktioniert nicht in der angegebenen Schaltung, wenn der Schaltungswiderstand mehr als 100 Ohm beträgt. 2) Die Notwendigkeit eines Widerstands an der Basis des Transistors oder vielmehr an einem beliebigen Anschluss hängt davon ab, wie Sie ihn funktionieren lassen möchten, und von den Spannungsabfällen über Basis-Emitter (Vbe) und anderen 2 Kombinationen. Der Spannungsabfall über Vbe oder jeder anderen Kombination und das Verhältnis zwischen ihnen sollten beibehalten werden. Sie sollte den im Datenblatt angegebenen Wert nicht überschreiten, da dies den Transistor beschädigen könnte. Berücksichtigen Sie diese 2 Punkte und Sie werden in der Lage sein, die Widerstandswerte mit dem einfachen Ohm-Gesetz zu finden. Hoffe das hat geholfen.

Wie konfiguriere ich einen NPN-Transistor als Schalter und stelle den Stromfluss ein?
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