Confundido sobre la operación del transistor

Estoy tratando de usar un transistor BC108A ( hoja de datos ) como interruptor para una fuente de alimentación de 12V usando los pines de salida digital de 5V en una placa Arduino Uno.

He conectado el colector a la fuente de 12V, la base al pin de 5V en el arduino y el emisor a tierra a través de un multímetro.

Aquí hay una imagen de la configuración: Transistor BC108A donde el rojo es multímetro a tierra, azul 5V y blanco 12V.

Pensé que esto provocaría que salieran 12 voltios del emisor cuando la base estuviera alta y que nada saliera del emisor cuando la base estuviera baja.

Sin embargo, mi multímetro informa 6.1V desde el emisor.

Creo que obtuve los pines resueltos, así que no entiendo estos resultados.

¿Alguien puede explicar estos resultados? Soy nuevo en este campo, así que es posible que tenga algo básico totalmente equivocado ...

arduino transistors npn

— monoceres
fuente

Tienes la configuración incorrecta: conecta el emisor a tierra y agrega algunas resistencias.

La unión base-emisor es como un diodo, y la base será 0.7 V más alta que el emisor. Si solo le aplicaras 5 V, estás creando un cortocircuito: no hay resistencia entre 5 V y 0,7 V. Agregar una resistencia de 2 kΩ limitará la corriente según la Ley de Ohm:

$I = \dfrac{V}{R} = \dfrac{5 V - 0.7 V}{2 k\Omega} = 2.15 mA$

Entonces la corriente del colector será un múltiplo de eso. Si eso es 100 veces (puede encontrar el valor en la hoja de datos del BC108 como $H_{21E}$ , que es un nombre que nadie usa, todo el mundo habla de $H_{FE}$ ), entonces la corriente del colector será de 215 mA, 100 veces la corriente base.

Pero su transistor será inútil: siempre tendrá 12 V en el colector, sin importar la corriente. ¡Y se calentará: 12 V a través de él y 215 mA a través de él son 2,58 W! Demasiado para el pobre. Entonces agregue una resistencia entre el colector y 12 V:

ingrese la descripción de la imagen aquí

(Aquí también tenemos un LED, pero podemos hacerlo solo con la resistencia de 1 kΩ).

Teníamos una corriente de colector de 215 mA, lo que causaría una caída de voltaje a través de la resistencia de 215 mA $\times$ 1 kΩ = 215 V !, de acuerdo con la Ley de Ohm. Pero eso es imposible, solo tenemos 12 V y un 12 V a través de la resistencia causará una corriente de 12 mA, no más que eso. Entonces la resistencia limita la corriente, incluso cuando el transistor intentará dibujar más.

Si incrementamos R2 a 100 kΩ, entonces la corriente base será 50 veces menor, o 43 $\mu$ A, y la corriente del colector sería 100 veces mayor, o 4.3 mA. Entonces la caída de voltaje en R1 será de 4.3 mA $\times$ 1 kΩ = 4.3 V. Por lo tanto, el colector será 4.3 V más bajo que los 12 V, o estará a 7.7 V.

Entonces, al elegir la corriente de base correcta, puede crear un cierto voltaje en el colector, y cuando la corriente de base es demasiado alta, el voltaje del colector llegará a cero.

Nota
Usted puede hacer un circuito como lo hizo, con una resistencia entre el emisor y el suelo, pero entonces la resistencia debe ser mucho más pequeños que los del multímetro, que a menudo mO 10; un valor de 100 Ω a menudo servirá. Incluso entonces no es un buen circuito aquí, ya que el voltaje del emisor nunca debe ser superior a 4,3 V (el emisor base de 5 V en - 0,7 V). Nunca tendrá 12 V allí, y ni siquiera puedo explicarle que tenga un voltaje más alto que 4.3 V.

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"Estaba pensando en multiplexar cuatro de mis pantallas colocando un transistor antes de cada ánodo común y luego conectar los cátodos de 32 segmentos a 8 transistores".

Esto funcionará bien. Lo que describí es el controlador para un segmento. Conecte todos los cátodos para los mismos segmentos de las diferentes pantallas y use 8 salidas para controlar los 8 transistores.

Entonces necesita algo para pasar de una pantalla a la siguiente.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esa será la parte del circuito alrededor de Q1 y Q2 (Q3 es el controlador del segmento). Q1 es un transistor PNP, que generará corriente a los segmentos de 1 pantalla, por lo que necesitará 4 de ellos, más las partes circundantes (Q2, R1, R2 y R3). Q1 generará corriente a su colector si hay una corriente desde el emisor (12 V) a la base. Obtenemos esa corriente activando Q2, un transistor NPN como vimos anteriormente. Entonces, si hace que la "Pantalla 1" sea alta, fluirá una corriente de 12 V a través de la base del emisor de Q1 y R2 al colector de Q2. Puede usar un BC807 para Q1.
Nota: abandonaría el BC108. Es una vieja bestia, y Digikey, que vende todo, ni siquiera lo enumera. Alternativa: BC337; alto $H_{FE}$ selecciones disponibles y corriente máxima de 500 mA.

— stevenvh
fuente

Gracias, estudiaré su respuesta e intentaré con resistencias apropiadas. Sin embargo, una pequeña pregunta, tendré una carga de 10-100 mA después del transistor (la pantalla de siete segmentos en mi otra pregunta), ¿qué necesito pensar sobre esto?

— monoceres

@monoceres - Sí, así es, ese eras tú con la pantalla. El LED en el esquema representa 1 segmento, aunque en su caso habrá 4 seguidos. Causaron una caída de aproximadamente 9 V, ¿verdad? Entonces tendrás 3 V restantes para R1, entonces 10 mA significa 300

Ω

$\Omega$ 100 mA es 30

Ω

$\Omega$ , pero tenga en cuenta que la pantalla no puede tener tanto de forma continua, así que elija 300

Ω

$\Omega$ . Incluso una corriente base de mA es más que suficiente para obtener los 10 mA, así que elija, por ejemplo, 4.7 k

Ω

$\Omega$ para R2. Entonces será R1 lo que limita la corriente, no el transistor.

— stevenvh

@stevenvh medir entre Vcc y el emisor puede causar la medición en su nota. O eso o intercambiando el emisor final del colector.

— jippie

@jippie - No, estoy pensando en

I_{C E O}

$I_{CEO}$ corriente de fuga. 6.1 V sobre 10 M

Ω

$\Omega$ es 610 nA, lo que parece un valor realista.

— stevenvh

Agudo. Punto tomado, pero no puede verificarlo en la hoja de datos.

— jippie