Utilizar un PNP en lugar de un NPN para activar un solenoide

Question

Estoy trabajando en un circuito que controla un solenoide mediante el uso de un Arduino. Una pregunta que tenía era si había alguna ventaja de utilizar un transistor PNP sobre un transistor NPN. De la clase, sé que PNP son generalmente mejores para tirar de los dispositivos de alta y NPN son mejores para tirar de los dispositivos de baja, aunque no estoy seguro de por qué este es el caso.

Como referencia, quiero usar un Arduino para controlar el transistor que activa el solenoide. Así que cuando el Arduino emita una señal ALTA, el solenoide debería activarse, y con una señal BAJA, no debería hacer nada. Después de buscar en Internet, parece que un esquema general para que se vería así (aparte de la BJT):

Parece que un NPN sería la mejor opción para este escenario, pero realmente no entiendo cómo conectar el solenoide a tierra lo activaría? Parece que lógicamente tiene más sentido tener el solenoide conectado a tierra todo el tiempo, entonces cuando es el momento de activar el solenoide, simplemente tire hacia arriba el solenoide utilizando un PNP. Sin embargo, debido al comportamiento inverso de un PNP a un NPN, que tomaría un poco más de trabajo que acaba de tener la salida Arduino una señal ALTA.

Answer 1

Se trata sobre todo de comodidad.

El accionamiento del lado bajo, como el NPN que se muestra, puede controlarse directamente mediante niveles lógicos ordinarios, aunque puede gestionar una tensión controlada superior (como los +12 V que se muestran en el ejemplo).

Se puede utilizar un PNP (o P-FET) para conmutar en el lado de alta, si la alimentación del interruptor es igual o inferior al nivel lógico .

Por ejemplo:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Si no, siga leyendo.

Para tensiones superiores a la lógica como la del ejemplo, un PNP de accionamiento de lado alto necesita un desplazador de nivel (como otro NPN) para traducir la tensión hacia arriba. El desplazador garantiza que la base del PNP se eleve lo suficiente como para apagar el dispositivo de forma fiable.

Ejemplo:

simular este circuito

(Algunas notas. R3 no es estrictamente necesario, tira de la base Q1 hasta +12 cuando Q2 está apagado para mejorar la inmunidad al ruido. R2 debe dimensionarse en función de la corriente de saturación de Q1 requerida).

Lo mismo ocurre con los MOSFET: un N-FET de lado bajo puede conmutarse con la lógica; un P-FET de lado alto necesita un conmutador de nivel si conmuta una tensión superior al nivel lógico.

Y aquí está el interruptor de lado alto, con MOSFETs:

simular este circuito

Los NPN (y sus primos N-FET) ofrecen una capacidad de manejo de corriente algo mejor que los dispositivos de tipo P, pero sólo ligeramente, dada la moderna tecnología de proceso.

Answer 2

¿alguna ventaja de utilizar un transistor PNP frente a un transistor NPN?

Es en gran medida una cuestión de economía y eficiencia. En general, para un punto de precio fijo, los dispositivos NPN y de canal N pueden transportar más corriente, y para una capacidad de corriente fija, los dispositivos NPN y de canal N son más baratos. Por ejemplo, tomemos el 2N440x, TO-92, 600mA, 40V. El 4401 es NPN, $0.293; the 4403 is PNP, $ 0.299. Otros dispositivos pueden tener diferencias más drásticas: mayores diferencias de precio, o incluso disponibilidad sólo en NPN y no en PNP.

Aparte de eso, lea este por ejemplo. Los dispositivos NPN tienen una movilidad más rápida de los portadores de carga (electrones); una tensión de referencia (masa) más cómoda cuando están en la configuración más común, emisor común; y menos área de matriz.

Answer 3

Un "alto" o "bajo" lógico es relativo a la polaridad de la referencia.

Si la referencia fuera negativa, "alto" sería positivo y "bajo" negativo.

Del mismo modo, si la referencia fuera positiva, "bajo" sería positivo y "alto" negativo.

En el presente contexto, se utilizaría un transistor NPN, en caso de que la masa fuera negativa.

En consecuencia, se utilizaría un transistor PNP, en caso de que la masa fuera positiva.

La configuración es la misma en ambos casos.

Answer 4

Parece que lógicamente tiene más sentido tener el solenoide conectado a tierra todo el tiempo, entonces cuando es el momento de activar el solenoide, simplemente tire hacia arriba el solenoide utilizando un PNP.

¿Por qué? Ten en cuenta que el solenoide no "sabe" qué extremo está conectado a tierra. "Masa" es un concepto que la gente inventó para simplificar la discusión sobre un circuito. Los componentes electrónicos no saben nada al respecto.

Tu circuito podría trazarse así:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Ahora el solenoide está conectado a tierra todo el tiempo, pero este circuito es idéntico a la de su pregunta. La elección de cómo llamar a "tierra" es arbitraria, y aunque esta elección en particular no es convencional y es confuso hablar de ella porque viola las convenciones de lo que es típicamente "tierra", es eléctricamente idéntica.

Esto se debe a que la "tensión" mide diferencia de potencial eléctrico , y porque es diferencia significa que no importa qué punto decidamos llamar "0V" o "tierra". Lo único que le importa al solenoide es que haya una tensión de 12V diferencia entre sus terminales.

Ahora, por supuesto, usted podría construir el circuito con un PNP, así:

simular este circuito

Algunos circuitos integrados (por lo general la lógica digital) tienen salidas de drenaje abierto como este, o puede reemplazar M1 con un MOSFET discreto o un transistor NPN. Algunos microcontroladores pueden tenerlos, pero el AVR en un Arduino no.

El único cambio en realidad es que es posible que desee aumentar el valor de R1, ya que la corriente de base de otro modo sería mayor debido a la tensión adicional. Pero dada la explicación anterior sobre la naturaleza arbitraria de la masa, ¿hay alguna ventaja particular en esta solución?

Answer 5

Una de las razones por las que se necesita conmutación en el lado de alta es para controlar una carga en una aplicación de automoción. A menudo, los controladores son puramente cargas de conducción con un solo cable, donde la vía de retorno es una masa del chasis. Puede que no tenga la opción de controlar la tierra. En ese caso, los BJT PNP o los MOSFETS de canal P son más fáciles de usar que los dispositivos de canal N de arranque.

En ese caso, las unidades con desplazamiento de nivel, como las que muestra @hacktastical en el segundo y tercer dibujo, encajarían muy bien.

A veces, el ámbito del problema que intentas resolver limitará las soluciones que apliques.