¿Qué configuración es mejor para bajar la base de un transistor NPN?

Question

Estaba discutiendo sobre las resistencias pull down con un colega mío. Aquí están las dos configuraciones para el transistor como un interruptor.

La señal de entrada puede proceder de un microcontrolador o de otra salida digital para accionar una carga, o de una señal analógica para dar una salida amortiguada desde el colector del transistor al microcontrolador.

A la izquierda, con Q1, está la configuración de mi colega. Él afirma que:

• Se necesita una resistencia de 10K directamente en la base para evitar que el Q1 se ponga en ON involuntariamente. Si se utiliza la configuración de la derecha, con Q1, entonces la resistencia será demasiado débil para tirar de la base.
• R2 también protege \$V_{BE}\$ de la sobretensión y dan estabilidad en caso de cambios de temperatura.
• R1 protege de la sobrecorriente a la base de Q1, y será una resistencia de mayor valor en caso de que la tensión de "uC-out" es alta (en el ejemplo +24V). Se va a formar un divisor de tensión, pero eso no importa ya que la tensión de entrada es lo suficientemente alta, ya.

A la derecha, con la Q2, está mi configuración. Creo que:

• Como la base de un transistor NPN no es un punto de alta impedancia como un MOSFET o un JFET, y el \$H_{FE}\$ del transistor es inferior a 500, y se necesitan al menos 0,6V para poner el transistor en ON, una resistencia pull-down no es crítica, y en la mayoría de los casos ni siquiera es necesaria.
• Si se va a poner una resistencia pull-down en la placa, entonces el valor de 10K exactos es un mito. Depende de tu presupuesto de energía. Una de 12K puede valer tanto como una de 1K.
• Si se utiliza la configuración de la izquierda, con Q1, se crea un divisor de tensión y puede crear problemas si la señal de entrada, que se utiliza para encender el transistor, es baja.

Así que, para aclarar las cosas, mis preguntas son:

1. ¿Es la resistencia pull-down de 10K una regla general que debe ¿se aplica siempre? ¿Qué hay que tener en cuenta para determinar el valor de una resistencia pull-down?
2. ¿Es realmente necesaria la resistencia pull-down en todas las aplicaciones? ¿En qué casos es necesaria la resistencia pull-down?
3. ¿Qué configuración prefiere y por qué? Si no hay ninguna, ¿cuál sería una configuración mejor?

Answer 1

Si la fuente del circuito es una salida digital que siempre será alta o baja, entonces no hay necesidad de una resistencia pull-down, ya que cualquier resistencia de tamaño suficiente para pasar la corriente necesaria para encender el transistor satisfactoriamente, incluso cuando se utiliza la lógica de cinco voltios (lo que significa que está cayendo 4,3 voltios) no tendrá problemas para pasar a través de cualquier cantidad remotamente razonable de fuga de colector-base.

Si la fuente del circuito va a ser una salida digital que conmuta entre alto y flotante, y si se supone que flotante se traduce en "apagado", la primera configuración sería generalmente superior en circunstancias que implican BJT's "normales" y niveles lógicos, aunque cuando se utilizan otros tipos de transistores o niveles lógicos hay casos en los que la segunda sería mejor. La ventaja de la primera configuración es que si la resistencia de "apagado" está dimensionada para dejar caer 0,5 voltios a la corriente de fuga colector-base del transistor, la cantidad de corriente que se desperdicia pasando por ella aumentará sólo un 40% cuando el transistor se supone que está encendido. Por el contrario, en la última configuración, utilizando la misma hipótesis de 0,5 voltios, si se utiliza, por ejemplo, una salida de 3,3 voltios, la corriente que pasa por esa resistencia tendría que aumentar casi siete veces.

La única vez que la segunda configuración funciona realmente mejor que la primera es cuando la tensión de una salida lógica "alta" es apenas adecuada para encender el transistor. En ese caso, el segundo circuito hace que toda la tensión de salida de la lógica esté disponible para encender el transistor. Por el contrario, el primer circuito reduciría un poco la tensión. En el caso de los transistores de unión bipolar, suele haber tanto margen de tensión que una ligera caída de la misma no importa. Sin embargo, con los MOSFET, a veces se necesita toda la tensión posible. Además, cuando se manejan MOFSETs, se puede utilizar una resistencia en serie más grande que la que se utilizaría con transistores de unión bipolar; además, dependiendo de lo que se esté manejando, se pueden dimensionar las resistencias en el segundo circuito de tal manera que incluso si el transistor falla con un cortocircuito en la puerta de drenaje, no expondrá el pin del procesador a un voltaje excesivo. El primer circuito no ofrece esta protección.

Answer 2

Si se tratara de una aplicación crítica en la que se necesitara más inmunidad al ruido con un dispositivo programable (uC o CPLD) que se utilizara para conducir la señal, hay que tener en cuenta que la condición de reinicio de la alimentación define dichos pines como entradas antes que como salidas activas. Así que yo incluiría una resistencia pull down para evitar situaciones de activación por ruido parásito en presencia de alta EMI.

Answer 3

Ninguno de ellos. Olvídate de la resistencia pull-down. En tus dos casos, el equivalente Thevenin de lo que ve la base del NPN, a su izquierda, es una fuente de tensión y una resistencia en serie. Por tanto, utiliza sólo una resistencia en serie con la base, y elígela de forma que la corriente que pase por la base sea la que tú quieras.