PNP conmutación de lado alto con carga de 100 mA

Question

Tengo este circuito para detectar el estado de manipulación usando un interruptor. Cuando se presiona el interruptor (ON) se proporciona GND a la base de Q3 (2N3906), de modo que el transistor estará en la región de saturación y puede obtener 12 V con una carga de 100 mA a través de R20. Cuando el interruptor está en OFF, entonces aparece un voltaje positivo en la base de Q3 y hay 0 V a través de R20.

También cuando se presiona el interruptor (ON), se proporciona GND a la base de Q4 (2N3904), de modo que el transistor estará en la región de corte y el LED D7 estará apagado. Cuando el interruptor está en OFF, entonces aparece un voltaje positivo en la base de Q4 y el LED D7 estará ENCENDIDO.

Estoy en una etapa de aprendizaje, por favor guíame para calcular los valores de resistencia y otras sugerencias con explicaciones para que el circuito pueda funcionar durante mucho tiempo.

---

Lamento mucho el texto incorrecto inicialmente. También se ha actualizado el diagrama del circuito.

Answer 1

En primer lugar, la salida "tamper" siempre estará alta con este circuito: R21 hará que Q3 permanezca encendido, aunque con un poco menos de corriente base que cuando se presiona el interruptor.

El 2N3906 no es un gran transistor si la corriente de carga es realmente de 100mA, ya que la ganancia cae abruptamente por encima de aproximadamente 30mA. Sugiero un 2N4403. Si lo operas con una corriente base de aproximadamente 10-15mA, obtendrás un bajo Vce(sat). Una regla general es que Ic/Ib debería ser de alrededor de 10 a 20, con este último siendo más apropiado para un transistor que tenga un hFE de >100 en la corriente deseada. Eso requiere que R14 se reduzca a aproximadamente 1K. R15 y R7 hacen más o menos lo mismo, así que eliminemos R15.

La corriente de tu LED estará en el rango de los 20mA con una resistencia en serie de 500 ohmios. Sugiero probarlo con al menos 1K en su lugar, tal vez 2K o 4.7K sea lo suficientemente brillante con un LED moderno. Para que el LED se apague cuando se detecta el tamper sin el problema mencionado, puedes conectarlo de la siguiente manera:

simular este circuito – Esquemático creado utilizando CircuitLab

Hay un problema oculto con este circuito en que el condensador electrolítico hará que el transistor cambie muy lentamente, lo cual es un poco duro para él cuando está conduciendo 50mA con 6V a través de él (suponiendo una resistencia de carga de 12V/100mA). Debería ser suficientemente seguro en este caso, pero es algo a tener en cuenta.

Answer 2

Cuando el interruptor está cerrado, la resistencia de 100R limita la corriente de descarga del capacitor a través del interruptor para reducir el desgaste del mismo.

Cuando el interruptor está cerrado, la base del BC327 se lleva hacia abajo a aproximadamente 11.3V sacando alrededor de 1.5mA de la base del transistor. Esta corriente de base es suficiente para satisfacer la carga de 100mA. El hFE mínimo del BC327 es 100, que es mayor que el hFE mínimo del 2N3906. Q1 está configurado en modo emisor común.

Cuando el interruptor está cerrado, la base del BC548 se lleva casi a tierra apagando el LED. El BC548 está configurado en modo seguidor de emisor.

Cuando el interruptor está abierto, la base del BC327 se eleva a aproximadamente 11.9V apagando el BC327 y permitiendo que su colector caiga a 0V. Simultáneamente, R2 y R4 ahora suministran corriente base a Q2 encendiendo el LED.

Answer 3

Con R20 en 2k, no hay forma de que puedas dibujar 100 mA.

Suponiendo que 100 mA es la corriente del colector deseada, si deseas que el voltaje de carga esté dentro de aproximadamente 1 voltio del voltaje de suministro, se debe asumir que la ganancia del transistor es de aproximadamente 10. Con un Vce muy bajo, el transistor está en saturación y la ganancia es baja.

Esto significa que necesitas una corriente base de aproximadamente 10 mA. A su vez, esto significa que R14 debería ser de aproximadamente 1k. Por si sirve de algo, algunos textos sugieren asumir una ganancia de saturación de 20, en cuyo caso 1.8k funcionará perfectamente.

Realmente depende de qué tan conservador quieras que sea el diseño y de qué tan bajo quieras que sea Vce.