¿Por qué los puentes H simples que usan PNP combinados con NPN no se cortocircuitan inmediatamente (o lo hacen)?

Hay un diseño simple para un puente H que sigo viendo por todas partes.

mi esquema

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Este diseño aparece en el sitio web de tutoriales de Sparkfun , así como en otros lugares (solo búsqueda de imágenes de Google pnp h bridge). Hay un diseño similar que encontré que es aún más común, e incluso se discutió en este sitio de SE donde se lo conoce como un "ejemplo de libro de texto". Es un poco diferente, pero sigue teniendo el mismo problema, pero no tan grave.

Ejemplo de libro de texto

En el primer ejemplo per se (dejando fuera las dos entradas de datos), ¿no es esto un cortocircuito? La corriente positiva de VCC fluiría directamente hacia Q1 y hacia Q3, activando parcialmente ambos transistores (a un estado de equilibrio), y sucede exactamente lo mismo en el otro lado con Q2 y Q4.

Esperaría que sucediera lo mismo en el último ejemplo, sin embargo, para que la corriente proveniente de VCC active ambos transistores en el lado izquierdo o derecho, la corriente debería fluir a través de 2 kOhms. Cuando ejecuté este ejemplo exacto en un simulador con un VCC de 12 V (sin la electrónica de señalización adicional conectada), observé una corriente fluctuante de ~0.5 A a través de cada transistor.

Ahora entiendo que la electrónica de señalización cambia un poco las cosas. Dado que el segundo ejemplo aquí tiene esas resistencias, siempre que los 4093 estén absorbiendo corriente, el transistor inferior no se activará. Sin embargo, cuando los 4093 envían una señal de alto voltaje, es mejor que sea al menos igual a VCC/2 o habría una caída de voltaje en el transistor superior de ese lado y ambos se activarían. Este será brevemente el caso durante el cambio. Ahora imagina usar esto con una señal PWM.

El primer ejemplo es aún peor. Para evitar que los PNP activen la señal, sería necesario ejercer un alto voltaje sin resistencia, básicamente provocando un cortocircuito en el microcontrolador u otros componentes electrónicos. Y antes de que alguien responda que el primer ejemplo es solo "conceptual", eche un vistazo a los otros circuitos ejemplificados en la misma página de Sparkfun: muchas resistencias y protección contra cortocircuitos.

Los probé en un simulador que pareció confirmar mi intuición. ¿Hay algo que no estoy viendo? ¿Funcionan estos diseños de alguna manera diferente en la realidad de lo esperado por alguna razón? ¿Por qué estos diseños son tan populares y por qué alguien los consideraría seguros?

La idea de un puente H es la conducción diagonal. Cuando Q1 y Q4 están encendidos, Q2 y Q3 deben estar apagados. Por el contrario, cuando Q2 y Q3 están encendidos, Q1 y Q4 deben estar apagados. ¿Por qué crees que Q1 y Q3 estarían encendidos al mismo tiempo? Son impulsados ​​por la misma señal, después de todo, y tienen una construcción opuesta (PNP vs NPN) ... si el controlador es 'alto' (= Vcc), el PNP VEB = 0 y el NPN VBE está polarizado hacia adelante.
... Excepto por el "disparo directo" cuando las entradas están en transición y no son completamente altas o bajas.
Circuito simple (o tal vez estúpido) de diseño mental simple.

Respuestas (2)

Quizás el autor optó por ignorar el hecho de que su primer circuito no funcionará con voltajes de suministro que superen los 1,2 V o quizás no entendió. ¿Quién sabe? No hay escasez de malos circuitos en Internet. Cuando el voltaje de suministro excede dos caídas de Vbe, ambas uniones base-emisor conducen y los transistores se destruirán si se aplica suficiente voltaje.

El segundo realmente funcionará, pero tenderá a tener un breve disparo al cambiar porque los transistores no se apagarán instantáneamente, por lo que es probable que ambos se enciendan brevemente durante el cambio.

PWM = RIP
@JSideris En pocas palabras.
@SpehroPefhany El autor en este caso es OP, quien convenientemente omitió la advertencia de SparkFun: Nota: generalmente hay un poco más en un puente H bien diseñado que incluye diodos flyback, resistencias base y disparadores Schmidt.
@pipe En otras palabras, solo conceptual. Suena bien, aunque no creo que me hubiera dejado "generalmente" allí en este caso particular. No hay necesidad de palabras de comadreja.
@pipe No, en absoluto. Convenientemente proporcioné un enlace para que podamos discutir eso. Tanto la redacción como el contexto en esa página hacen que parezca que las resistencias base son opcionales, como los diodos flyback y los disparadores schmidt. Después de todo, las resistencias base están incluidas en todos los demás circuitos de esa página, parecería que sería prudente incluirlas, ya que el circuito provisto difícilmente calificaría como un puente H sin ellas.

La clave es que este es un circuito tutorial dirigido a un aspecto específico del diseño del puente h.

No hay ninguna sugerencia en el tutorial de que esto sería adecuado para el uso en el mundo real. Funcionaría más o menos como está en casos especiales muy limitados, que es esencialmente lo que dice el tutorial. En el tutorial se utiliza para demostrar los principios básicos de conmutación y los componentes que no están relacionados con la acción básica no se muestran para que 'el estudiante' pueda concentrarse en el punto que se está demostrando.

Dejar que este circuito escape al mundo real normalmente sería un grave error.

Tenga en cuenta que si se utilizan MOSFET en lugar de transistores bipolares, el circuito funcionará "a la moda" en muchos más casos.