Низкий ток от транзистора PNP S8550 в качестве схемы переключателя

Вы используете транзистор как эмиттерный повторитель в обратном режиме (это не очень хорошая схема, вы должны просто купить S8050, их хорошо иметь под рукой, так что возьмите несколько NPN и PNP). Бета довольно низкая, поэтому Pi будет пытаться поглотить большой ток (кстати, on = низкий), а с его высоким значением @ 3,3 В он может не полностью отключить светодиод. Как эмиттерный повторитель, он не будет иметь усиления по напряжению (но имеет усиление по току). Таким образом, напряжение на эмиттере (заземленном коллекторе) изменится примерно с 3,8 В до примерно 0,8 В, когда входное напряжение изменится с 3,3 В на 0 В.

Чтобы это работало, поменяйте местами эмиттер и коллектор на транзисторе. Чтобы он полностью выключился (если это проблема), добавьте диод, как показано на правой схеме. Это будет необходимо, если ваш светодиод относится к ИК (инфракрасному) типу, что, по-видимому, подразумевает ваш расчет 62 Ом. Вы также можете использовать два светодиода последовательно, что является более эффективным использованием тока (вдвое больше света при том же токе), опять же, предполагая инфракрасные светодиоды с Vf в диапазоне примерно 1,2 В.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Резистор R2 не является строго обязательным, но он может (возможно) помочь спасти ваш Pi, если вы сделаете ошибку в проводке или транзистор выйдет из строя.

Поскольку транзистор работает как эмиттерный повторитель, а не переключатель, падение напряжения на нем будет больше похоже на 700 мВ, чем на 100 мВ, которые вы могли бы получить с помощью надлежащего переключателя насыщения (например, S8050 в качестве переключателя нижнего плеча). Следовательно, вам нужно будет отрегулировать значение R1 и иметь в виду, что рассеивание транзистора будет в диапазоне 350-400 мВт при 60 мА, что означает, что он будет сильно нагреваться, если оставить его включенным постоянно (но приемлемо для TO- 92, при умеренной максимальной температуре окружающей среды и для чего-то, где надежность менее важна, чем стоимость).

Рассмотрим значение 62 Ом в качестве заполнителя, фактическое значение для получения 60 мА будет ниже. Это можно рассчитать с помощью соответствующих таблиц данных, но, конечно, вы не предоставили эту информацию.

Суть в том, что идеальная схема должна использовать S8050 в качестве переключателя насыщения. В использовании эмиттерного повторителя мало преимуществ и, вероятно, немного больше опасности повредить ваш Pi из-за плохого соединения. S8050 может стоить 1/3000 стоимости Pi, поэтому ваш x̄ ниже, если вероятность такой ошибки превышает 0,000003%.

Вы также можете добавить новый регулятор 3,3 В к источнику питания 5 В, а затем использовать S8550 в качестве переключателя насыщения с эмиттером, подключенным к (новой) шине 3,3 В. Отсутствие напряжения в вашей цепи выше 3,3 В или ниже 0 В значительно затрудняет повреждение Pi.

Не уверен, как вы получаете 3,5 мА, но я могу отметить, что это довольно странная схема вождения. Вы должны поставить PNP сверху, с эмиттером на 5 В и коллектором, подключенным к светодиоду.

В качестве альтернативы вы можете заменить PNP на NPN и управлять им с низкой стороны.

*** Чтобы было ясно, я нахожу это странным, потому что на самом деле это не схема переключателя, поэтому, похоже, это не то, что вам нужно.

Выходы RPi обычно$3.3\:\text{V}$и они, вероятно, могут справиться с насыщением вашего PNP в качестве коммутатора. Но проблема в том$3.3\:\text{V}$ограничение (которое предполагает нулевой ток источника). Вывод ввода-вывода может потреблять ток при высоком уровне, но это не контролируется, так как это только через защитный диод, на который, как правило, вы НЕ должны полагаться для этих целей.

Если у вас есть только один S8550 BJT (а не два), вы можете попробовать что-то вроде этого:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Вам нужно будет настроить$R_3$чтобы получить ток, который вы хотите в светодиоде. Значение, которое я предоставил, является диким предположением и, вероятно, должно быть больше, чем я показал. Поэтому, возможно, начните с большего значения и работайте над ним, чтобы получить желаемый ток.

Вам также может понадобиться настроить$R_1$. Но вот проблема. Эта схема основана на диодах защиты выводов ввода-вывода и пытается ограничить их ток до значения, достаточно низкого, чтобы избежать защелкивания. Если вы уменьшите$R_1$чтобы увеличить базовый ток (при активном управлении светодиодом), вы рискуете получить слишком большой ток защитного диода и, следовательно, защелкнуть. Я выбрал значение, которое вы видите, чтобы ограничить ток защитного диода ниже$1\:\text{mA}$. Некоторые MCU могут справиться с этим. Некоторые не могут. Так что в этом конкретном дизайне нет ничего гарантированного. Это риск. Но может быть и удовлетворительным. Просто знайте, что это плохо управляется и что вы можете идти на некоторые риски. Но расплата в том, что это может работать нормально.

Последнее замечание о приведенной выше схеме. Там все еще может быть некоторый светодиодный свет, даже когда он выключен (выход ввода / вывода высокий). Это потому, что все еще есть небольшое количество базового тока. Я пытался поддерживать эту базу в актуальном состоянии примерно$1\:\mu\text{A}$, поэтому не должно быть много светодиодного света. Но в темноте я не могу обещать, что вы этого не заметите. Таким образом, даже если предположить, что все остальное работает, все еще возможно, что вы можете увидеть «некоторое» излучение светодиода, когда пытаетесь его выключить.

Если у вас есть под рукой два S8550, вы можете попробовать следующее:

^{смоделируйте эту схему}

Здесь$Q_2$работает как эмиттерный повторитель и$R_3$используется для регулирования тока светодиода. Я предпочел предположить о$1\:\text{V}$через$R_3$. Учитывая это и предполагая о$V_{\text{BE}_1}\approx 800\:\text{mV}$, это означает, что мы хотим примерно$3.2\:\text{V}$в основе$Q_1$(когда горит светодиод .) На данный момент возникла проблема — я не уверен, что$Q_1$насыщен. Это может быть не так - это зависит от требуемого напряжения светодиода. Просто чтобы справиться с ситуацией, я решил, что хочу хотя бы$3\:\text{mA}$в$R_2$(это обеспечит определенный диапазон эмиттерных токов для$Q_2$), поэтому я поставил$R_2=\frac{5\:\text{V}-3.2\:\text{V}}{3\:\text{mA}}\approx 560\:\Omega$.$Q_2$будет насыщен дизайном($R_4$будет гарантировать это), и поэтому я ожидаю около$2.5\:\text{V}$в основе$Q_2$. Если я предполагаю, что$Q_1$базовый ток будет примерно таким же, как я только что установил для$R_2$(это предполагает$\beta_1\ge 20$), это значит, что мне нужно уметь тонуть$6\:\text{mA}$(чего может достичь контакт ввода-вывода RPi).$R_1=\frac{2.5\:\text{V}}{6\:\text{mA}}\approx 470\:\Omega$.

Когда светодиод не горит , контакт ввода/вывода находится в$3.3\:\text{V}$и я хочу базу в$Q_1$быть по крайней мере$4.5\:\text{V}$, так что он тоже выключен . Имеется в виду основа$Q_2$будет около$3.8\:\text{V}$. Таким образом, базовый ток в$Q_2$теперь будет о$1\:\text{mA}$. Примерно весь этот ток будет получен$R_2$а это значит только о$560\:\text{mV}$через него. Это убедительно свидетельствует о том, что$Q_1$будет выключено , что и требуется.

Хранить$Q_2$полностью насыщен в обоих случаях и признавая, что ток коллектора не будет большим для$Q_2$в любом случае хорошей идеей будет сделать его коллекторный резистор «большим». Принимая близко к сердцу корпус светодиода * , я бы хотел, чтобы резистор коллектора был как минимум$11\times$больше, чем$R_2$, но учитывая мою неуверенность в состоянии насыщения$Q_1$это должно быть как минимум вдвое больше, опять же. Так по крайней мере$22\times$больше, чем$R_2$. Я выбрал$R_4=22\:\text{k}\Omega$. Возможно, вы сможете обойтись меньшим, но я бы предпочел, чтобы вы этого не делали.

Теперь вы можете настроить$R_3$чтобы получить ток светодиода, который вам нужен. (Значение, которое я указал, является всего лишь предположением, и существует ряд факторов, таких как температура окружающей среды и рабочая температура, которые будут влиять на ваш фактический выбор.)

Я не считаю ни один из них особенно хорошим выбором. Оба могут демонстрировать очень низкий уровень тока светодиода в выключенном состоянии, что может быть заметно при некоторых обстоятельствах. Оба можно настроить (например, попробуйте$R_2=470\:\Omega$во 2-м контуре), чтобы помочь этому. Но ни одна из схем не идеальна.

Действительно лучше, если вы выберете несколько разных типов транзисторов, чтобы избежать необходимости использовать неправильные активные устройства, что приведет к некоторым компромиссам в ваших целях.