Conmutación de 12 V con una señal activa baja de 5 V

Estoy tratando de cambiar 12 V (máximo 30 mA) con una señal de una MCU que prefiero que sea activa baja (por lo que el voltaje de salida es 12 V cuando la señal de control es 0 V y 0 V cuando la señal de control es 5 V).

Como tengo muchos transistores bipolares a mano, estoy buscando una solución usando transistores bipolares. Para una señal alta activa, encontré una respuesta en este sitio que parece funcionar perfectamente, y parece que se puede adaptar a una señal baja activa agregando otro transistor PNP:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Sin embargo, 3 transistores para lo que parece ser un problema bastante simple parece un poco excesivo. ¿Hay una mejor solución?

Qué tal esto para una idea.

Con la entrada a 5 V no puede fluir corriente a través del zener (5 + 9> 12). El transistor PNP de salida se mantiene apagado por las resistencias del emisor base (= 4k7 + 2k2) y la salida es 0. Cuando la entrada se baja a 0V, una pequeña corriente fluirá a través de la base y la resistencia 2k2. La unión de las dos resistencias será de 9V (el voltaje zener) y la base estará a 11.4V (suponiendo una caída de 0.6V Vbe). Se agregará la corriente total que fluye a través de la base y zener (corriente de sumidero) (ley actual de Kirchoff). Con los valores mostrados, la corriente base será de 0.5 mA y la corriente de resistencia 1.4 mA, dando una corriente de sumidero de poco menos de 2 mA.

Puede lograr esto con dos transistores NPN como se muestra a continuación. Como puede ver, cada vez 0Vque se da una señal, 12Vse ve en la salida, y cada vez que 5Vse da un a en la entrada, 0Vse ve en la salida.

Vamos a ver cómo funciona. En primer lugar, vamos a empezar con el escenario en el que la entrada es 5V, o en otras palabras, HIGH. Esto activará Q1 y el voltaje en el colector de Q1 será casi igual al voltaje en su emisor, que es GND. La base de Q2 está conectada al colector de Q1, de modo que cuando hay 0Vun colector de Q1, o en otras palabras, cuando Q1 está ENCENDIDO, Q2 está APAGADO. Esto se debe a que la base de Q2 se acortará a tierra.

Cuando la entrada es 0V, o LOW, Q1 no se encenderá y se puede imaginar que no está conectado en absoluto. Entonces, la corriente que pasa por R1 se encenderá Q2.

La corriente de Q2 está limitada con su corriente base y hFE, como se puede ver en la siguiente ecuación;

$I_{CQ2}=I_{BQ2}*hFE_{Q2} = \dfrac{12-0.6}{10*10^3}*300=350 mA$

Como se puede ver, la corriente máxima que puede pasar a través de Q2 es de aproximadamente 350 mA. Pero esto depende en gran medida de la hFE del transistor, que puede variar de aproximadamente 50 a 300. Con una hFE de 50, la corriente puede ser máxima de aproximadamente 60 mA, que es suficiente para sus especificaciones. Bajar R1 aumentará la corriente que pasará Q2.

Aquí hay una idea: -

Dos NPN y un PNP para la etapa de salida. La resistencia R es opcional, pero a algunas personas les gusta ver una allí. Hazlo 4k7.

Con una unidad lógica 1 de la MCU, la base del transistor central está en cortocircuito a tierra, por lo que la corriente del colector no fluirá y, por lo tanto, el transistor de salida estará apagado.