Странное показание при замене светодиода вольтметром на коллекторе PNP

Я использую простую схему для управления 12-вольтовым светодиодом с помощью Arduino. Я успешно использовал эту схему в прошлом. Я использую комбинацию NPN-PNP для управления нагрузкой, которая требует большего напряжения, чем ВЫСОКОЕ напряжение Arduino (т.е. 5 В). Сегодня я заметил, что мой вольтметр показывает 10,2 В на Arduino LOW и 12 В на Arduino HIGH OUTPUT. Когда я измерял поведение, к нему не была прикреплена нагрузка. Ну, это служит моей цели, когда я поставил светодиод вместо вольтметра — поскольку светодиод имеет прямое напряжение 12 В, он включается и выключается с сигналом Arduino HIGH и LOW.

Но мой вопрос: почему я вижу 10,2 В, когда выход Arduino НИЗКИЙ? Я новичок. Так что может быть я ожидаю что-то не так. Разве я не должен получать 0 В, когда Arduino НИЗКИЙ? Или этот переключатель подходит только для управления током, а не напряжением? Или это потому, что я измерял напряжение коллектора без нагрузки?

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Вольтметр показывает чрезвычайно высокое сопротивление. Он производит показания «напряжения» (на самом деле показания тока) с чрезвычайно низкими токами (утечка). Повторите измерение с нормальной «нагрузкой» — скажем, постоянным резистором 10 кОм, и все должно работать нормально.
Ну, я так думаю. Все выглядит нормально, когда есть значимая нагрузка. Мой вопрос: ожидается ли такое поведение? Должен ли я ожидать около 10 В на Arduino LOW при отсутствии нагрузки?
Вы можете смоделировать свою схему в Circuit Lab (вы уже сделали 95% работы). Поместите тактовый сигнал там, где находится выход Arduino, установите что-то разумное (1 Гц), добавьте резистор параллельно вольтметру, и вы сможете подтвердить свое понимание функции схемы. Ваша схема в реальном мире не соответствует, поэтому похоже, что что-то сгорело или подключено неправильно.
Какой ток требуется для вашего светодиода 12 В? (Просто интересно узнать о вашем выборе резистора.)
Это индикатор питания. Потребляет 450мА при 12В. Я не добавлял токоограничивающий резистор, хотя знаю, что подключать светодиод напрямую нецелесообразно :)
Ну, я смоделировал это в Circuit Wizard, прежде чем публиковать вопрос. Я не обнаружил какой-либо симметрии между тем, что показывает симулятор в состоянии «без нагрузки», и тем, что я измеряю. Поэтому я разместил вопрос.
Что произойдет, если вы отключите R1?
Не пробовал это. Вы имеете в виду отсутствие связи между Q1 и Q2 или сортировку коллектора Q1 с базой Q2?
Разъединить означает удалить соединение, так что это будет означать отсутствие соединения между базой Q2 и коллектором Q1. Цель здесь состоит в том, чтобы выяснить, способствуют ли Arduino и / или Q1 тому, что Q2 слегка включен, когда это не должно быть.

Ответы (3)

Поступило достаточно информации, чтобы, я думаю, можно было предложить некоторые ответы.

Вам действительно не нужно понимать поведение измерения вашего вольтметра без нагрузки. Ваша схема не должна управлять или заботиться о случае, когда нет нагрузки. Там всегда будет нагрузка. Да и сама нагрузка в любом случае сделает предсказуемым напряжение коллектора. Так что вникание в детали здесь больше связано с интеллектуальным любопытством, чем с чем-либо еще.

Ваш вопрос предлагает это, конечно. И я не смогу на самом деле ответить на него, потому что я на 100% согласен с ответом Спехро. Вместо этого я скажу вам, что вам не нужно знать точную причину вашего наблюдения. Не прямо сейчас. Потому что у вас есть другая проблема с вашей схемой, которая гораздо важнее и требует решения.

Тем не менее, если вы действительно хотите отслеживать поведение исключительно по интеллектуальным причинам, то я предлагаю вам начать с другого вопроса, где вы исключите аспект светодиодного привода и сосредоточитесь на 100% на вопросе вашего наблюдения. Но для этого вы сосредоточитесь на возможных паразитах, возможных повреждениях (например, BJT, которые испытали обратное смещение). В Б Е свыше 5 или 6 В и, возможно, были «проколоты»), и довольно неясное поведение биполярных транзисторов, которых нет в таблицах данных или, возможно, они даже не полностью отражены в моделях, обычно встречающихся в Spice, и редко представляют интерес для инженеров. (хотя они могут представлять интерес для физиков твердого тела.) Но вам, вероятно, также понадобится более качественное оборудование. Или хорошо охарактеризовать оборудование, которое у вас есть.

Например, в одном эксперименте вы можете слегка изменить нагрузку, представленную вашим вольтметром, чтобы увидеть, как изменяется напряжение с близкими изменениями полного полного сопротивления, чтобы получить представление о локальном наклоне. Затем измените его еще больше, чтобы увидеть, есть ли форма у этого поведения.

Возможно, вам также придется тщательно изучить ваши методы подключения.

Но все это было бы совсем другим вопросом, на самом деле.

Вернемся к рассматриваемой проблеме. Вам нужна схема, чтобы обеспечить по крайней мере 450 мА текущего соответствия при обеспечении 12 В к светодиодному модулю/что угодно.

BC327 PNP может быть не лучшим выбором. Да, в техническом описании указано до 800 мА в области абсолютных максимальных оценок. Но это не рекомендация. Это Абсолютный Максимум! Взгляните на таблицу электрических характеристик, где вы можете увидеть, что с я с "=" 500 мА , худший случай | В С Е ( с а т ) | ≈ 700 мВ . Если да, то игнорирование В Б Е ( с а т ) ⋅ я С рассеивание на данный момент, у вас уже есть 0,7 В ⋅ 0,45 А "=" 315 мВт . Это может показаться нормальным, но я недавно видел пакет ТО-92 со спортивным 325 ∘ С Вт (и они, кажется, всегда не лучше, чем 200 ∘ С Вт , что, вероятно, часто бывает оптимистичным), что означало бы повышение температуры ≈ 100 ∘ С . Не так хорошо, как хотелось бы.

Возможно, стоит найти другой BJT. Возможно, один упакован в ТО-220 (или аналогичный). Просто на всякий случай. Но я также не знаю, используете ли вы рабочий цикл, который достаточно низок, чтобы серьезно повлиять на рассеяние. Если да, то, возможно, это хороший выбор для импульсной работы.

Вообще говоря, используя вашу топологию, схема должна быть спроектирована примерно так:

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Это дело ON, конечно. Вы можете видеть, что в дизайн включено множество мелких деталей. Я не буду вдаваться в подробности, за исключением того, что если вы включите различные вариации резисторов в их номинальное значение, а также вариации параметров биполярного транзистора, схема все равно будет работать довольно близко к спецификациям проекта.

Ты это видишь р 1 нужно рассеивать некоторую мощность. Должно быть как минимум 1 Вт по размеру.

Хорошая работа и графика, но минус 1, потому что вся эта неуместная тирада не имеет ничего общего с вопросом ОП.
@EMFields Спасибо. Я привык ожидать твоего отвращения к моему стилю письма. На самом деле вам следует прочитать остальные мои ответы и повеселиться с ними. Наслаждаться.
Это вовсе не критика стиля, поскольку у всех нас есть свои способы общения, это касается контекста и содержания.
@EMFields Я подозреваю, что это также вопрос «способов общения». Я обращался к желанию, выраженному ОП в другом месте, как его часть. Иногда я так делаю. Не всегда. Но вряд ли я изменюсь. Так что нам остается только продолжать спорить. Что на самом деле меня вполне устраивает.
Где ваше предполагаемое доминирующее положение позволяет вам устанавливать правила?
@EMFields Не знаю, откуда это взялось, если только это не вопрос проекции. Вы вольны отвечать здесь так, как считаете нужным. Если вы хотите взять это, чтобы поболтать и объяснить мне более подробно свои рассуждения, я бы выслушал и попытался следовать вашей логике. Если это убедительно, я мог бы изменить свой стиль письма. Но в этом случае ОП был не по касательной в одном из его комментариев, поэтому я обсудил это в своем ответе. Я не нахожу в этом никакой вины, и вы не привели убедительного аргумента в пользу обратного. Или, фактически, ЛЮБОЙ аргумент в противном случае. Я не люблю хулиганов. Но я люблю рассуждать.

Я подозреваю, что что-то происходит с вашей схемой — либо транзистор Q2 поврежден (или очень горячий), либо выход Arduino не очень низкий. Или, возможно, R2 отсутствует или разомкнута цепь.

Типичная утечка CE для BC327 составляет всего 2 нА при Ta = 25 ° C, что будет показывать ~ 20 мВ на типичном вольтметре с входным сопротивлением 10 МОм. Если вы используете дорогой настольный измеритель, такой как Agilent 34401, с входным импедансом 10G, то это может иметь смысл.

Q2 не поврежден и не горячий. Я проверил. И при нагрузке работает нормально. Я использую простой цифровой мультиметр для измерения напряжения. Специального оборудования как такового нет.
Как понять, что он не поврежден? Вы пробовали заменить его на другую часть? И какое входное сопротивление у вашего измерителя?
Я заменил на другой. Тот же результат. Нет, не уверен насчет входного сопротивления моего измерителя.
@sribasu Я полностью согласен с ответом Спехро. Он прав, что потребуется большой входной импеданс, чтобы показать напряжение, которое, как вы говорите, вы читаете, учитывая крошечные утечки и схему. Но, возможно, ответ здесь для вас таков: «это не ожидается», но это также и в области, где схема также не находится под управлением дизайна. Так что это не обязательно важно, если только вы не серьезно относитесь к отслеживанию поведения с целью получения подробного физического понимания наблюдения.
На самом деле, я. Знаете, я несерьезен, чтобы понять его поведение. Потому что я планирую использовать эту схему в другом проекте. Но мне нужны моменты < 1 В (с Arduino LOW) для этого проекта. Я сомневаюсь, подходит ли эта схема для этого или нет.
Значение вашего резистора R1, как подозревал @jonk, слишком велико для нагрузки 450 мА. Должно быть больше 500 Ом. И вы должны контролировать ток светодиода с помощью резистора, если его нет в составе светодиодной сборки. Я ожидаю, что в таких условиях Q2 окажется в бедственном положении — и он может быть поврежден.
@sribasu Я понимаю, что вы думаете, что хотите это понять, но вам это действительно не нужно. Не для такой схемы. Если вы действительно хотите управлять этим поведением, добавление резистора параллельно вашей нагрузке может быть одним из подходов. Тогда это стало бы предсказуемо. Но на практике это не важно, потому что сама нагрузка делает результат предсказуемым. Отсутствие нагрузки – это ситуация, которая на практике не встречается. Так что не надо его изучать.
Да. Каждый раз, когда кто-то говорит «светодиод 12 В», я начинаю думать об этих длинных полосах или о модулях высокой мощности. В любом случае, много тока. Его р 1 внезапно испугал меня, и я захотел узнать, что он на самом деле делает.
Отметил точку R1. Это хорошее обучение.
@SpehroPefhany Если предположить, что мультиметр использует шунт на 1 МОм, паразитный резистор, подключенный параллельно транзистору на 150 кОм, приведет к 10,2 Вольтам. 150 кОм, вызванные грязью, влажностью и т.п., по крайней мере, реалистичны.
@MartinRosenau Вау, я так не думаю. Возможно, если ОП использует припой с кислотным сердечником. Я обычно вижу утечку ГОм в худшем случае на чистых платах.
@SpehroPefhany Мы не знаем состояние платы; он может быть грязным и/или влажным. Некоторые компании автомобильной промышленности говорят, что 100 кОм — это реально. 200-300 кОм - это сопротивление кожи. Возможно, пользователь держит плату в руках во время измерений. Мы также не знаем, есть ли у его мультиметра шунт 1 МОм или больше (например, 2 или 5 МОм). В общем, я думаю, что нет смысла измерять это напряжение без подключенной «реальной» нагрузки.
@MartinRosenau Верно, но мне это кажется настоящей аномалией, и я хотел бы разобраться в этом. До ОП конечно. Я видел эту проблему с припоем с кислотным сердечником, и это вызвало настоящий беспорядок в полевых условиях, стоило компании больших денег, когда было 120 В переменного тока, а не 12 В.

Короче говоря, то, что вы видите, связано с утечкой через Q2.

Q2 — достаточно хороший переключатель, чтобы можно было включать и выключать светодиодную нагрузку. Однако этот переключатель не идеален. Небольшой ток будет течь, даже когда он «выключен».

Вы ничего не сказали о своем вольтметре, поэтому я предполагаю, что его входное сопротивление составляет 10 МОм. Это обычное значение для электронного вольтметра. Поскольку вы измерили 10,2 В, мы можем вычислить ток по закону Ома: (10,2 В)/(10 МОм) = 1,02 мкА.

Это кажется высоким. Я только что взял случайное техническое описание BC327 (Fairchild), и в нем указан максимальный ток утечки 100 нА. Вы видите в 10 раз больше.

Я предполагаю, что этот транзистор ранее злоупотребляли. Распространенным режимом мягкого отказа является более высокая, чем обычно, утечка в выключенном состоянии.

Также проверьте другие напряжения и убедитесь, что Q1 правильно выключен. Цифровой управляющий сигнал должен быть очень близок к 0 В. Q1 должен быть выключен настолько, насколько вы можете измерить его вольтметром. Его коллектор должен быть на полном уровне питания 12 В. Поместите вольтметр между источником питания 12 В и коллектором Q1, и он должен показывать очень близкое к 0 (даже несколько милливольт).

Странное показание при замене светодиода вольтметром на коллекторе PNP
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v