¿Cómo funciona este circuito de puente H?

Estoy tratando de reparar un viejo coche de juguete controlado por radio. Solo iría hacia atrás, y el movimiento hacia adelante tartamudearía. Después de investigar un poco, resultó que uno de los transistores NPN del puente H está defectuoso. Como es difícil conseguir un reemplazo directo, encontré un sustituto. No estaba demasiado preocupado por los parámetros, pensé que los transistores en un puente H operan en la región de saturación y debería haber mucho margen.

Aquí está el esquema, ingeniería inversa de la PCB:

Esquema del puente H, ingeniería inversa a partir de la PCB

Sustituí el Q14 original (2SD882, marcado como NEC D882) con un BD238. El BD238 tiene un hFE más bajo (> 40, en lugar de> 80) y un Ic más bajo, lo que no pensé que importara. [ Editar : como la gente señaló correctamente, el error bastante ridículo que cometí fue que el BD238 es un transistor PNP. No hay nada como otro par de ojos. Entonces, al menos esta parte de la pregunta ya está respondida.]

Bueno, resulta que el reemplazo no funciona. Lo que me hizo investigar más de cerca el circuito, lo que me hizo darme cuenta de que realmente no entiendo cómo funciona, y mucho menos por qué el reemplazo no funciona. Y el circuito es bastante interesante y utiliza muy pocos componentes. Tenga en cuenta, por ejemplo, la falta de diodos de captura. Supongo que es por eso que se usaron transistores con Vceo = 30V, con la esperanza de que soportaran los picos de voltaje.

Después de reemplazar el transistor defectuoso, el motor nunca gira en la dirección que maneja esa rama del puente H.

Intenté varias cosas. Lo reduje a una sola dirección que no funciona. Reemplazar el transistor NPN en esa rama con un 2SD882 hace que esta dirección funcione nuevamente. También intenté duplicar las corrientes de base (para compensar posiblemente el hFE más bajo) conectando otra resistencia de 47 Ω en paralelo con la resistencia de 51 Ω en la rama. Ningún cambio.

Pensé en la caída de tensión BE del nuevo transistor BD238; después de todo, el circuito se alimenta con unos 5 voltios, lo que tiene que ser suficiente para 3 uniones (BE de Q12, EC de Q10 y BE de Q14), pero puedo No veo cómo podría ser lo suficientemente alto como para evitar que el circuito funcione.

Estoy buscando respuestas a las siguientes preguntas:

  • ¿Cómo funciona este circuito? Tiene sorprendentemente pocos componentes. Bajar una de las entradas debería encender tres transistores (por ejemplo, Q10, Q12 y Q14), pero no veo cómo simplemente bajando la base de Q10 haría eso. ¿De dónde viene el voltaje en la base de Q12? No hay prejuicios, no hay pullups. ¿Está bajando lo suficiente la base de Q10 para que comience a fluir corriente a través de Q12 (EB)?
  • ¿Por qué no funciona reemplazar un 2SD882 con un BD238? Tengo que entender esto antes de buscar otros reemplazos. [ Editar : esta parte ya está respondida, cometí el tonto error de sustituir un transistor PNP sin darme cuenta].
  • ¿Qué importancia tiene la coincidencia de pares complementarios PNP/PNP en un puente H? No pude encontrar ninguna información al respecto. Todo el mundo menciona que es bueno tener un par a juego, pero no se da ninguna razón. No veo cómo las diferencias menores en hFE podrían (o deberían) influir en el comportamiento de un circuito de controlador de motor simple.

El coche de juguete funciona con baterías 4 D (ligeramente por encima de los 5 voltios) y el motor consume alrededor de 0,4 A en funcionamiento normal. También medí la corriente de base para los transistores de puente H NPN cuando están activados: es de 60 mA cuando se instala un 2SD882 y de 2,2 mA cuando se instala el BD238.

Enlaces a hojas de datos relevantes, para un acceso más fácil:

Respuestas (3)

Prácticamente tienes la idea correcta sobre cómo funciona el circuito. Cuando baje Q10, terminará con Vcc en las resistencias Vbe_12+Vbe_10 +. Los Vbe generalmente rondan los 0,7 voltios, por lo que obtiene Vcc-1.4V = Vresistores. Conociendo el voltaje sobre las resistencias, puede calcular la corriente que pasa por ese camino desde VCC a través de la base de Q10. Una vez que sepa la corriente que pasa por Q10_base con un Hfe conocido, sabrá cuánta corriente fluye hacia la base de Q14. Esa corriente en Q14 lo encenderá y su Hfe debería permitir que fluya suficiente corriente para que el motor fluya a través de él desde el colector hasta el emisor.

Elevar la entrada alta en Q10 hace que la caída de voltaje en Vbe+Vbe+resistencias ahora sea 0. Dado que no hay caída de voltaje, los PNP se cortan y no fluye corriente a través de ese camino. Dado que no fluye corriente a través de ese camino, no se permite que fluya corriente desde el emisor al colector del PNP Q10. Ninguna corriente a través de ese camino evita que cualquier corriente fluya hacia la base de Q14. Sin que fluya corriente hacia la base de Q14, evita que fluya corriente desde el motor a tierra desde ese camino.

Su tercera pregunta cae un poco en el espacio gris. Si tiene transistores emparejados, entonces puede esperar que cada complemento permita la misma cantidad de corriente, puede esperar que los tiempos de subida y bajada sean aproximadamente iguales y puede esperar que la resistencia de encendido del transistor sea aproximadamente la misma. Si tiene una discrepancia en este par, debe asegurarse de no comprometer ninguno de esos puntos. Si uno se enciende más rápido de lo que el otro tiene tiempo para apagarse, terminará con tiempos más largos cuando Q11 y Q14 estén encendidos al mismo tiempo. Esto provoca un cortocircuito directo que a menudo resulta en chips quemados. Si un transistor no puede manejar la cantidad de corriente que el otro puede suministrar, evitará que su motor funcione de manera óptima o podría causar que su transistor de tamaño insuficiente falle antes de tiempo. Básicamente,

¡Gracias por la grandiosa explicación! Lo que me resultó difícil de entender fue que puede tirar de la base de Q10 hacia abajo y encenderlo, aunque el segmento con R1 no está subido a Vcc, y Q12 está (inicialmente) apagado. Supongo que el concepto de ese segmento de circuito "flotante" me confunde. No me di cuenta de que colocar suficiente voltaje en dos uniones Vbe permitirá que ambos superen el umbral y comiencen a conducir corriente. Con eso entendido, el resto del circuito ahora está claro.
@JanRychter Para BJT, puede tender a tratar la conexión BE para que actúe como un diodo. Después de que una cierta cantidad de voltaje (~ 0.7 V) cae a través de ellos, se encienden y comenzarán a dejar caer tanta corriente como desee a través de ellos. Cualquier número de diodos en serie está bien siempre que la cadena general de ellos no tenga un voltaje de bloqueo combinado más alto que la fuente de voltaje. Este pensamiento de tratarlos como un diodo también se presta a la idea de que también debe tener resistencias limitadoras de corriente a su alrededor, de lo contrario, explotarán debido a la sobrecarga de corriente.
@JanRychter Por último, la razón por la que la unión BE actúa como un diodo es porque literalmente lo es. Un BJT no es más que dos diodos conectados espalda con espalda en un espacio realmente pequeño.

El principal problema es que el BD238 es un transistor PNP, ¡no NPN!

Eso tiene que valer un gran aplauso +1. Tal vez alguien debería sentirse avergonzado LOL.
¡En efecto! Suspiro , es increíble cómo pude haberme perdido eso. Parece que en la confusión de apresurarme a comprar un reemplazo localmente, ¡me lo perdí por completo! Bueno, todos podemos reírnos mucho ahora :-) (Edité la pregunta para que se señale el error)
Andy: sí, por un lado me siento avergonzado, pero por otro lado, todos cometemos errores, algunos son tontos y otros son difíciles de detectar. Esto es lo que hace que Stack Exchange sea excelente si no tiene otro par de ojos localmente para ayudarlo. Y todavía me gustaría entender cómo funciona este circuito.

Cada uno de estos controladores controla un solo motor. El objetivo principal del puente H es permitir el control bidireccional. Tomé su esquema e hice marcas toscas en él para intentar explicar el uso.

Q10es un transistor PNP, por lo que si extrae corriente base del dispositivo, se "encenderá", al igual que con la fuente de corriente base para la variedad NPN. Como tal, si enciende Q10y "apaga" Q9, tendrá corriente de control (que se muestra en rojo) y corriente a través del motor (que se muestra en azul).

ingrese la descripción de la imagen aquí

Simplemente invierta la polaridad de control de Q10y Q9para impulsar el motor en la dirección opuesta.

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