Lectura extraña al reemplazar un LED con un voltímetro en un colector de PNP

Estoy usando un circuito simple para conducir un LED de 12V con Arduino. He usado este circuito con éxito en el pasado. Estoy usando la combinación NPN-PNP para impulsar una carga que necesita más voltaje que el ALTO voltaje de Arduino (es decir, 5V). Hoy, noté que mi voltímetro marca 10.2V en Arduino LOW y 12V en Arduino HIGH OUTPUT. No tenía carga adjunta cuando medí el comportamiento. Bueno, cumple mi propósito cuando coloco el LED en lugar del voltímetro, ya que el LED tiene un voltaje directo de 12 V, se enciende y se apaga con la señal Arduino ALTA y BAJA.

Pero, mi pregunta es ¿por qué veo 10,2 V cuando la salida de Arduino es BAJA? soy un novato Entonces puede ser que esté esperando algo mal. ¿No debería obtener 0V cuando Arduino está BAJO? ¿O este interruptor solo es bueno para controlar la corriente, no el voltaje? ¿O es porque estaba midiendo el voltaje del colector sin carga?

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El voltímetro representa una resistencia extremadamente alta. Produce una lectura de 'voltaje' (realmente una lectura de corriente) con corrientes extremadamente bajas (fugas). Repita la medición con una 'carga' normal, digamos una resistencia fija de 10k y todo debería funcionar bien.
Bueno supongo que sí. Todo se ve bien cuando hay una carga significativa. Mi pregunta es: ¿se espera este comportamiento? ¿Debo esperar ver alrededor de 10 V en Arduino LOW, cuando no hay carga?
Puede simular su circuito en Circuit Lab (ya tiene el 95% del trabajo hecho). Coloque una señal de reloj donde está la salida de Arduino, configúrela en algo razonable (1 Hz), agregue una resistencia en paralelo al voltímetro y podrá confirmar su comprensión de la función del circuito. Su circuito del mundo real no coincide, por lo que parece que algo se ha quemado o no está conectado correctamente.
¿Qué corrientes requiere su LED de 12 V? (Solo tengo curiosidad acerca de sus opciones de resistencia).
Es un LED de encendido. Dibuja 450mA a 12V. No agregué ninguna resistencia limitadora de corriente, aunque sé que no es aconsejable conectar el LED directamente :)
Bueno, simulé esto en Circuit Wizard antes de publicar la pregunta. No encontré ninguna simetría entre lo que muestra el simulador en condiciones 'sin carga' y lo que mido. Por lo tanto, publiqué la pregunta.
¿Qué pasa si desconectas R1?
No he probado esto. ¿Quiere decir que no hay conexión entre Q1 y Q2, o que clasifica el colector Q1 a la base Q2?
Desconectar significa eliminar la conexión, lo que significaría que no hay conexión entre la base Q2 y el colector Q1. La intención aquí es descubrir si Arduino y/o Q1 están contribuyendo a que Q2 esté ligeramente ENCENDIDO cuando no debería estarlo.

Respuestas (3)

Creo que ha llegado suficiente información para sugerir algunas respuestas.

Realmente no necesita comprender el comportamiento de la medición de su voltímetro sin una carga presente. Su circuito no necesita administrar ni preocuparse por el caso donde no hay carga. Siempre habrá una carga allí. Y la carga en sí misma hará que el voltaje del colector sea predecible, de todos modos. Así que profundizar en los detalles aquí es más una cuestión de curiosidad intelectual que cualquier otra cosa.

Su pregunta lo propone, concedido. Y no voy a poder responderla porque estoy 100% de acuerdo con la respuesta de Spehro. En cambio, te voy a decir que no deberías preocuparte por saber el motivo exacto de tu observación. No ahora. Porque tiene un problema diferente con su circuito que es mucho más importante y debe abordarse.

Dicho esto, si realmente desea rastrear el comportamiento por completo por razones intelectuales, le sugiero que comience una pregunta diferente en la que elimine el aspecto de la unidad LED y se concentre al 100% en la pregunta de su observación. Pero para hacer eso, se centrará en posibles parásitos, posibles daños (por ejemplo, BJT que han experimentado polarización inversa). V B mi en exceso de 5 o 6 V y pueden haber sido 'perforados'), y comportamientos bastante oscuros de BJT que no están en las hojas de datos o quizás ni siquiera se capturan completamente en los modelos que generalmente se encuentran en Spice y rara vez preocupan a los ingenieros (aunque pueden ser de interés para los físicos del estado sólido). Pero probablemente también necesitará un mejor equipo a mano. O bien, tenga bien caracterizado el equipo que tiene.

Por ejemplo, en un experimento puede querer variar ligeramente la carga presentada por su voltímetro, para ver cómo cambia el voltaje con cambios cercanos en la impedancia neta para tener una idea de la pendiente local. Luego varíe más para ver si también hay una forma para ese comportamiento.

Es posible que sus métodos de cableado también deban someterse a un escrutinio muy minucioso.

Pero todo eso sería una pregunta completamente diferente, en realidad.

Volviendo al tema que nos ocupa. Necesita un circuito para proporcionar al menos 450 mamá del cumplimiento actual mientras se proporciona 12 V al módulo LED/lo que sea.

El BC327 PNP puede no ser la mejor opción. Sí, una hoja de datos dice hasta 800 mamá en el área de Calificaciones Máximas Absolutas. Pero eso no es una recomendación. ¡Es un Máximo Absoluto! Echa un vistazo a la tabla de Características Eléctricas donde puedes ver que con I C = 500 mamá , el peor caso | V C mi ( s a t ) | ≈ 700 mV . Si es así, e ignorando la V B mi ( s a t ) ⋅ I C disipación por ahora, ya tendrías 0.7 V ⋅ 0,45 A = 315 mW . Eso puede parecer bien, pero recientemente vi un paquete TO-92 luciendo 325 ∘ C W (y parecen no ser siempre mejores que 200 ∘ C W , que probablemente es a menudo optimista), lo que implicaría un aumento de la temperatura de ≈ 100 ∘ C . No tan bien.

Podría valer la pena encontrar un BJT diferente. Tal vez uno empaquetado en un TO-220 (o similar). Solo para estar más seguro. Pero tampoco sé si está utilizando un ciclo de trabajo lo suficientemente bajo como para afectar seriamente la disipación. Si es así, quizás esta sea una buena opción para la operación pulsada.

En términos generales, utilizando su topología, el circuito debe diseñarse así:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Este es el caso ON, por supuesto. Puede ver que hay una serie de pequeños detalles incluidos en el diseño. No profundizaré más en los detalles, excepto para decir que si incluye varias variaciones de resistencia sobre su valor nominal y también variaciones de parámetros BJT, el circuito seguirá funcionando bastante cerca de las especificaciones de diseño allí.

Puedes ver eso R 1 necesita disipar algo de energía. debería ser al menos 1 W en tamaño.

Buen trabajo y gráficos, pero menos 1 porque toda esa diatriba irrelevante no tiene nada que ver con la pregunta del OP.
@EMFields Gracias. He llegado a esperar su disgusto por mi estilo de escritura. De hecho, deberías ir a leer el resto de mis respuestas y divertirte con ellas también. Disfrutar.
No es una crítica de estilo, en absoluto, ya que todos tenemos nuestras propias formas de comunicarnos, se trata de contexto y contenido.
@EMFields Sospecho que también es una cuestión de 'formas de comunicación'. Estaba abordando un deseo expresado por el OP en otro lugar, como parte de él. Así es como hago las cosas, a veces. No siempre. Pero es poco probable que cambie. Así que tendremos que seguir discrepando. Lo cual en realidad está bastante bien conmigo.
¿Adónde te permite ir a hacer reglas tu posición de dominio percibida?
@EMFields No tengo idea de dónde viene eso, a menos que sea solo una cuestión de proyección. Eres libre de responder aquí como creas que deberías hacerlo. Si quieres tomar esto para conversar y explicarme con más detalle tu razonamiento, te escucharía y trataría de seguir tu lógica. Si es convincente, podría cambiar mi estilo de escritura. Pero en este caso, el OP se salió por la tangente en uno de sus comentarios, así que lo discutí en mi respuesta. No encuentro ningún defecto en eso y no has dado un argumento convincente de lo contrario. O, en realidad, CUALQUIER argumento de otra manera. No me gustan los matones. Pero me gusta razonar.

Sospecho que algo está pasando con su circuito: el transistor Q2 está dañado (o muy caliente) o la salida de Arduino no es realmente baja. O tal vez falta R2 o hay un circuito abierto.

La fuga típica de CE para un BC327 es de solo 2 nA a Ta = 25 °C, lo que mostrará ~20 mV en un voltímetro típico con una impedancia de entrada de 10 M. Si está utilizando un medidor de sobremesa costoso, como un Agilent 34401 configurado con una impedancia de entrada de 10G, entonces podría tener sentido.

Q2 no está dañado ni caliente. Verifiqué. Y funciona bien cuando está en carga. Estoy usando un multímetro digital simple para medir el voltaje. No hay equipo especial como tal.
¿Cómo sabes que no está dañado? ¿Probaste cambiarlo por otra pieza? ¿Y cuál es la impedancia de entrada de su medidor?
Reemplacé por otro. Mismo resultado. No, no estoy seguro de la impedancia de entrada de mi medidor.
Sin embargo, @sribasu estoy completamente de acuerdo con la respuesta de Spehro. Tiene razón en que se necesitaría mucha impedancia de entrada para mostrar el voltaje que dice que lee, dadas las pequeñas fugas y el circuito. Pero quizás la respuesta aquí para usted es que "no se espera", pero también está en un área donde el circuito tampoco está bajo administración de diseño. Por lo tanto, no es necesariamente importante a menos que se tome en serio el seguimiento del comportamiento como una cuestión de obtener una comprensión física detallada de la observación.
En realidad, lo soy. Soy poco serio para entender el comportamiento, ya sabes. Porque estoy planeando usar este circuito en un proyecto diferente. Pero necesito <1V momentos (con Arduino LOW) para ese proyecto. Tengo dudas, si este circuito es correcto para eso o no.
El valor de su resistencia R1, como sospechaba @jonk, es muy alto para una carga de 450 mA. Debería ser más como 500 ohmios. Y debe controlar la corriente del LED con una resistencia si no hay una como parte del ensamblaje del LED. Esperaría que el Q2 tuviera algunos problemas en esas condiciones, y podría dañarse.
@sribasu Entiendo que creas que quieres entenderlo, pero realmente no es necesario. No para tal circuito. Si desea controlar este comportamiento, agregar una resistencia paralela a su carga podría ser un enfoque. Entonces se volvería predecible. Pero en la práctica esto no es importante porque la propia carga hace que el resultado sea predecible. La falta de carga es una situación que no se da en la práctica. Así que no necesitas estudiarlo.
Sí. Cada vez que alguien dice "LED de 12 V" empiezo a pensar ahora en esas tiras largas o bien en los módulos de alta potencia. De cualquier manera, mucha corriente. Su R 1 De repente me asusté y quise saber qué estaba haciendo realmente.
Observó el punto de R1. Es un buen aprendizaje.
@SpehroPefhany Suponiendo que el multímetro usa una derivación de 1 MOhm, una resistencia parásita en paralelo al transistor de 150 kOhm generaría 10,2 voltios. 150 kOhm causados ​​por suciedad, humedad o similar es al menos realista.
@MartinRosenau Vaya, no lo creo. Tal vez si el OP está usando soldadura con núcleo ácido. Por lo general, veo fugas de G ohm en el peor de los casos en tableros limpios.
@SpehroPefhany No conocemos el estado de la placa; puede estar sucio y/o mojado. Algunas empresas de la industria automotriz dicen que 100 kOhm es realista. 200-300 kOhm es la resistencia de la piel. Tal vez el usuario sostiene el tablero en sus manos mientras realiza las mediciones. Tampoco sabemos si su multímetro tiene una derivación de 1 MOhm o más (por ejemplo, 2 o 5 MOhm). Considerándolo todo, creo que no tiene sentido para mí medir este voltaje sin tener una carga "real" conectada.
@MartinRosenau Cierto, pero me parece una anomalía real y me gustaría llegar al fondo. Hasta el OP por supuesto. He visto este problema con la soldadura de núcleo ácido y causó un verdadero lío en el campo, le costó mucho dinero a la empresa cuando había 120 V CA en lugar de 12 V.

En resumen, lo que está viendo se debe a una fuga a través de Q2.

Q2 es un interruptor lo suficientemente bueno para que la carga LED se pueda encender y apagar. Sin embargo, este cambio no es perfecto. Un poco de corriente fluirá incluso cuando esté "apagado".

No dijiste nada sobre tu voltímetro, así que supondré que tiene una resistencia de entrada de 10 MΩ. Ese es un valor común para un voltímetro electrónico. Como mediste 10,2 V, podemos calcular la corriente a partir de la ley de Ohm: (10,2 V)/(10 MΩ) = 1,02 µA.

Eso parece alto. Acabo de tomar una hoja de datos aleatoria de BC327 (Fairchild) y enumera la corriente de fuga máxima como 100 nA. Estás viendo 10 veces eso.

Mi conjetura es que este transistor fue abusado previamente. Una fuga fuera de estado más alta de lo normal es un modo de falla suave común.

También verifique los otros voltajes y que Q1 esté correctamente apagado. La señal de control digital debe estar muy cerca de 0 V. Q1 debe estar apagado en la medida en que pueda medirlo con su voltímetro. Su colector debe estar en el nivel de suministro completo de 12 V. Coloque el voltímetro entre el suministro de 12 V y el colector de Q1 y debe leer muy cerca de 0 (ni siquiera unos pocos milivoltios).

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