Перейти к содержанию

Почему PNP-транзистор не закрывается от 3,3 В?

Обновлено Редакция GAW

PNP-транзистор открывается, когда база ниже эмиттера на напряжение открытия перехода — для кремниевых транзисторов обычно 0,6–0,7 В. Закрывается он, только когда база поднимается почти до уровня эмиттера.

Что происходит в схеме

Эмиттер BC327 — на +5 В, нагрузка — в коллекторе, база через резистор 1 кОм — к выводу микроконтроллера на 3,3 В.

Состояние выводаНапряжение эмиттер–базаТок базы (наш расчёт)Транзистор
Низкий, 0 Воткрывающее, ~0,7 В(5 − 0,7) / 1 кОм ≈ 4,3 мАоткрыт
Высокий, 3,3 Вмежду эмиттером и выводом 1,7 В, на переходе ~0,7 В(5 − 0,7 − 3,3) / 1 кОм ≈ 1 мАвсё ещё открыт
Высокий, 3,3 В, эмиттер на 12 Вна переходе ~0,7 В, остальное — на резисторе(12 − 0,7 − 3,3) / 1 кОм ≈ 8 мА в вывод и шину питания МК через защитный диодопасно для МК

Наш расчёт: даже 1 мА базы при усилении BC327 не меньше 100 (при токе коллектора 100 мА) — это до 100 мА в нагрузке. Транзистор не закрывается полностью, а ток базы при этом втекает в вывод микроконтроллера и дальше в его шину питания. Напряжение на выводе в состоянии «высокий» держит его выходной каскад, но при эмиттере на 12 В ток около 8 мА идёт через защитный диод в шину VDD: это подпитка шины питания и ток через защитные цепи, не предусмотренный даташитом. У ESP32 напряжение на входе не должно превышать VDD + 0,3 В — такое подключение для него недопустимо.

Есть и вариант без NPN: вывод с открытым стоком, допускающий 5 В (так называемые FT-выводы у части STM32), плюс резистор между базой и эмиттером. У ESP32 выводов, допускающих 5 В, нет.

Правильная схема

  1. Вывод микроконтроллера → резистор 1–10 кОм → база NPN-транзистора (например, комплементарного BC337), эмиттер NPN — на землю.
  2. Коллектор NPN → резистор → база PNP.
  3. Между базой и эмиттером PNP — резистор 10 кОм: он закрывает PNP, когда NPN заперт.

Логика станет прямой: высокий уровень на выводе открывает NPN, тот открывает PNP. Резисторы под нужный ток нагрузки подберёт калькулятор транзисторного ключа, варианты с N- и P-канальными MOSFET — в схемах ключей на транзисторах и в ответе «Чем отличается MOSFET от биполярного транзистора?». Предельные параметры BC327 — на странице транзистора.

Похожие вопросы

Можно ли просто поставить резистор в базу побольше?

Нет: пока между эмиттером и базой больше открывающего напряжения перехода, ток базы течёт при любом резисторе — уменьшится только степень открытия. Транзистор будет приоткрыт и станет греться, а нагрузка — тускло работать. Нужен каскад, который поднимает базу до напряжения эмиттера.

А если эмиттер PNP на 3,3 В?

Тогда высокий уровень вывода 3,3 В закроет PNP, и NPN-каскад не нужен. Проблема появляется, только когда эмиттер подключён к напряжению выше питания микроконтроллера: 5 В, 12 В и выше.

Как закрыть PNP при эмиттере на 12 В?

Только через NPN-транзистор или N-канальный MOSFET: открытый каскад тянет базу PNP вниз через резистор, закрытый — отпускает, и резистор между базой и эмиттером закрывает PNP. Вывод микроконтроллера при этом вообще не видит 12 В. Напряжение эмиттер–база BC327 не должно превышать 5 В — при закрытом PNP его держит около нуля тот же резистор.

Источники

  1. onsemi. BC327: PNP Epitaxial Silicon Transistor (BC327-FCS/D, Rev. 2, January 2024) — Absolute Maximum Ratings — VCEO −45 В, VEBO −5 В, IC −800 мА; Electrical Characteristics — hFE 100–630 при IC −100 мА, не меньше 60 при −300 мА, VCE(sat) до −0,7 В при −500 мА / −50 мА, VBE(on) до −1,2 В при −300 мА; комплементарная пара — BC337
  2. Espressif. ESP32 Series Datasheet v5.3 — табл. 5-3 (DC characteristics) — высокий уровень на входе VIH не больше VDD + 0,3 В: подавать на вывод 3,3-вольтового ESP32 напряжение 5 В нельзя

Нашли ошибку?

Смотрите также