Почему простые H-мосты, использующие PNP в сочетании с NPN, не замыкаются сразу (или закорачивают)?

Существует простая конструкция H-образного моста, которую я постоянно вижу повсюду.

Моя схема

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Этот дизайн представлен на веб-сайте учебных пособий Sparkfun , а также в других местах (просто поиск изображений в Google pnp h bridge). Я обнаружил похожий дизайн, который даже более распространен, и даже обсуждался на этом сайте SE , где он упоминается как «пример из учебника». Это немного по-другому, но та же проблема, только не такая серьезная.

Пример учебника

В первом примере как таковом (исключая два ввода данных) это не короткое замыкание? Положительный ток от VCC будет течь прямо в Q1 и Q3, частично активируя оба транзистора (до равновесного состояния), и то же самое происходит с другой стороны с Q2 и Q4.

Я ожидаю, что то же самое произойдет и в последнем примере, однако, чтобы ток, поступающий от VCC, активировал оба транзистора с левой или правой стороны, ток должен был бы протекать через 2 кОм. Когда я запускал этот точный пример в симуляторе с 12-вольтовым VCC (без подключенной дополнительной сигнальной электроники), я наблюдал колебания тока ~ 0,5 А через каждый транзистор.

Теперь я понимаю, что сигнальная электроника немного меняет дело. Поскольку во втором примере здесь есть эти резисторы, пока 4093 потребляют ток, нижний транзистор не сработает. Однако, когда 4093 посылают сигнал высокого напряжения, лучше, чтобы оно было как минимум равно VCC/2, иначе на верхнем транзисторе с этой стороны будет падение напряжения, и оба активируются. Это будет кратко иметь место во время переключения. Теперь представьте, что вы используете это с ШИМ-сигналом.

Первый пример еще хуже. Чтобы предотвратить активацию PNP, сигнал должен иметь высокое напряжение без сопротивления, что в основном приводит к короткому замыканию вашего микроконтроллера или другой электроники. И прежде чем кто-то ответит, что первый пример просто «концептуальный», взгляните на другие схемы, представленные на той же странице Sparkfun — множество резисторов и защита от короткого замыкания.

Я протестировал их на симуляторе, который, похоже, подтвердил мою интуицию. Есть что-то, чего я не вижу? Функционируют ли эти конструкции в реальности иначе, чем ожидалось по какой-то причине? Почему эти конструкции так популярны и почему кто-то считает их безопасными?

Идея Н-моста заключается в диагональной проводимости. Когда Q1 и Q4 включены, Q2 и Q3 должны быть выключены. И наоборот, когда Q2 и Q3 включены, Q1 и Q4 должны быть выключены. Как вы думаете, почему Q1 и Q3 будут включены одновременно? В конце концов, они управляются одним и тем же сигналом, и они противоположны по конструкции (PNP против NPN) ... если драйвер «высокий» (= Vcc), PNP VEB = 0, а NPN VBE смещен в прямом направлении.
... За исключением "прострела", когда входы находятся в переходном состоянии и не полностью высокие или низкие.
Простой дизайн ума, простая (или, может быть, глупая) схема.

Ответы (2)

Возможно, автор решил проигнорировать тот факт, что ваша первая схема не будет работать при напряжении питания, превышающем примерно 1,2 В, или, возможно, он или она не поняли. Кто знает? В Интернете нет недостатка в плохих схемах. Когда напряжение питания превышает два падения Vbe, оба перехода база-эмиттер проводят ток, и транзисторы будут разрушены, если будет приложено достаточное напряжение.

Второй на самом деле будет работать, но будет иметь тенденцию к кратковременному прострелу при переключении, потому что транзисторы не выключаются мгновенно, поэтому оба, вероятно, будут кратковременно включены во время переключения.

ШИМ = RIP
@JSideris Кратко сказано.
@SpehroPefhany Автором в этом случае является OP, который удобно пропустил предупреждение от SparkFun: Примечание: обычно в хорошо спроектированном H-мосте есть немного больше, включая обратные диоды, базовые резисторы и триггеры Шмидта.
@pipe Другими словами, только концептуально. Звучит примерно так, хотя я не думаю, что в данном конкретном случае оставил бы слово «обычно». Не надо ласковых слов.
@труба Вовсе нет. Я удобно предоставил ссылку, чтобы мы могли обсудить это. И формулировка, и контекст на этой странице создают впечатление, что базовые резисторы необязательны, как обратноходовые диоды и триггеры Шмидта. В конце концов, базовые резисторы включены во все остальные схемы на этой странице, казалось бы, включать их было бы благоразумно, так как представленная схема вряд ли может считаться Н-мостом без них.

Суть в том, что это учебная схема, посвященная конкретному аспекту проектирования h-моста.

В учебнике нет предположения, что это обычно подходит для использования в реальном мире. Это будет более или менее работать как есть в очень ограниченных особых случаях, о чем, по сути, и говорится в учебнике. В учебном пособии он используется для демонстрации основных принципов переключения, а компоненты, не относящиеся к основному действию, не показаны, чтобы «ученик» мог сосредоточиться на демонстрируемом моменте.

Позволить этой схеме ускользнуть в реальный мир обычно было бы большой ошибкой.

Обратите внимание, что если вместо биполярных транзисторов используются полевые МОП-транзисторы, то схема будет работать «после моды» в гораздо большем количестве случаев.

Почему простые H-мосты, использующие PNP в сочетании с NPN, не замыкаются сразу (или закорачивают)?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v