Edificio NOT gate con transistor - l'uscita rimane sempre alta

Question

Sto seguendo questo tutorial per costruire un NOT-gate usando un transistor (usando parti leggermente diverse).

Il problema che vedo è il seguente : quando non viene applicata alcuna tensione alla base del transistor, la corrente scorre, normalmente, attraverso il percorso incluso il collettore (come dovrebbe). Tuttavia, quando la tensione viene applicata alla base, la corrente scorre ancora attraverso il percorso del collettore (non dovrebbe). In altre parole, ottengo sempre un rendimento elevato, qualunque cosa accada.

Domanda: Vorrei scoprire cosa sto facendo di sbagliato o cosa c'è di sbagliato nella mia (ancora molto limitata) comprensione di come dovrebbe funzionare il circuito.

Riepilogo di ciò che dice il tutorial (nel caso in cui il collegamento muoia in seguito)

Questo è il circuito che stiamo cercando di costruire:

^{simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab}

Ecco come dovrebbe funzionare (nella mia comprensione):

• Se SWè aperto, la corrente scorre in questo modo:+6V -> R1 -> LED1 -> GND
• Se SWè chiuso, la corrente scorre in questo modo: +6V -> SW -> R2 -> B->E -> GND(In altre parole, nessuna corrente scorre attraverso R1e LED1).

Circuito che ho costruito

Il mio circuito è leggermente diverso, perché ho parti diverse (in particolare, non ho ancora i cavi jumper), e anche perché ho aggiunto alcuni led extra per provare a "debuggare" il problema. Mi rendo conto che questi LED extra aggiungono più resistenza (e in precedenza stavo usando la resistenza reale, dove il tutorial diceva di usare un cavo jumper), ma non sono sicuro che sia importante o meno.

Questo è il circuito (credo) che ho costruito:

^{simulare questo circuito}

E questo è ciò che sta accadendo:

• Quando SWè aperto, solo LED3è illuminato (come previsto)
• Quando SWè chiuso, tutti e tre i LED si accendono ( LED1e LED2dovrebbero esserlo, ma LED3non dovrebbero). In altre parole: la base ha tensione (perché LED1è illuminata), la corrente scorre B->E(perché LED2è illuminata). Tuttavia, la corrente scorre ancora +9V -> R3 -> R4 -> LED3(perché LED3è illuminata - non dovrebbe essere).

(NB: ho riscontrato lo stesso problema anche prima di aggiungere i LED extra di "debug", ovvero LED3erano sempre accesi, indipendentemente dallo stato dell'interruttore.)

Foto del tabellone

Interruttore aperto:

Interruttore chiuso:

Ricerca

Questa risposta (alla domanda correlata ) sembra pertinente.

In particolare:

Quello che hai fatto è collegare l'emettitore a terra e il collettore a terra tramite un resistore. Hai quindi applicato una tensione alla base.

Sì, ho fatto lo stesso, con l'eccezione che ho collegato l'emettitore a terra tramite un resistore ( LED2o il resistore da 220 Ω che stavo usando prima a causa della mancanza del cavo jumper - non sono sicuro che sia importante anche se).

Tuttavia, nel tuo caso, il collettore non ha un potenziale maggiore della base, ma un potenziale inferiore. [...] Ora hai corrente che scorre dalla base al catodo, attraverso il resistore a terra, così viene identificato il misterioso flusso di corrente.

Potrebbe essere questo il motivo anche nel mio caso? Non so come calcolare il potenziale al collettore, e alla base, ma ho confrontato il mio circuito con quello del tutorial, e queste sono le mie conclusioni:

• La tensione della batteria è più alta nel mio caso (9 V contro 6 V), ma non credo sia importante.
• Le resistenze sono inferiori (440 (= 220 + 220) Ω vs 1 kΩ), ma sono le stesse su entrambi i rami. (Cioè: il tutorial ha 1 kΩ sia sul collettore che sulla base, io ho 440 Ω sia sul collettore che sulla base).
• Inoltre, ho provato ad aumentare la resistenza per il collettore, a 880 Ω (con due resistenze extra), sempre lo stesso risultato.

Un'ultima cosa: sono abbastanza sicuro di aver collegato il transistor nel modo giusto, ma ho provato anche il contrario, per ogni evenienza (stesso risultato).

Answer 1

Se SW è chiuso, allora ... nessuna corrente scorre attraverso R1 e LED1.

Non proprio. La corrente scorre sempre attraverso R1, ma quando il transistor è acceso, tutta la corrente scorre attraverso di esso e poiché la tensione del collettore è ora inferiore alla caduta diretta del LED, nessuna corrente scorre attraverso il LED.

Quando hai inserito il LED2 nel cavo dell'emettitore del transistor, hai reso impossibile per il transistor tirare il suo collettore abbastanza in basso da "cortocircuitare" il LED3. La tensione dell'emettitore è ora uguale alla caduta diretta del LED2 e la tensione del collettore è di qualche centinaio di mV superiore.

Se si estrae il LED2 e si collega nuovamente l'emettitore a massa, il circuito funzionerà come previsto.

Answer 2

Parte 1:

Se SW è aperto, la corrente scorre in questo modo: + 6V -> R1 -> LED1 -> GND.

Corretta.

Se SW è chiuso, la corrente scorre in questo modo: + 6V -> SW -> R2 -> B-> E -> GND (In altre parole, nessuna corrente scorre attraverso R1 e LED1).

Non del tutto esatto. La corrente di alimentazione nella base accenderà il transistor. La corrente fluirà attraverso R1 ma verrà deviata attorno al LED attraverso il transistor. Se si accende il transistor "abbastanza forte" (corrente di base sufficiente), la tensione del collettore-emettitore scenderà a circa 0,2 V e ciò non è sufficiente per far sì che il LED conduca in modo significativo.

Answer 3

Il problema è (credo) con il tuo LED2. Nel tutorial originale, non c'è alcun LED in serie con il transistor, il che fa funzionare il circuito in questo modo:

• Quando SW è aperto, Q1 non conduce, LED1 deve condurre perché non c'è altro percorso.
• Quando SW è chiuso, Q1 inizia a condurre e si comporta come un diodo e ha una tensione diretta di 0,2 V. Il LED ha una tensione diretta di 1 ~ 3 V (a seconda del colore). Quando due diodi sono in parallelo e hanno una tensione diretta diversa, SARÀ CONDOTTO SOLO QUELLO CON TENSIONE AVANTI INFERIORE , perché la variazione di tensione non è istantanea, ma aumenta nel tempo (anche se molto rapidamente). Quando arriva a 0,2 V, Q1 inizia a condurre, il che manterrebbe la differenza di tensione su Q1 a 0,2 V, il che significa che LED1 non condurrà mai.

Ora, hai aggiunto un LED2 in serie con Q1, che rende la loro tensione diretta combinata (sì, il diodo in serie viene combinato) MAGGIORE DI LED1, il che significa che gli elettroni passeranno sempre attraverso LED1 indipendentemente da Q1.

Ecco come funziona:

• SW è aperto, Q1 non sta conducendo. LED1 è l'unico percorso.
• SW è chiuso, Q1 può condurre, ma LED2 ha la stessa Vf di LED1, che significa LED2 + Q1> LED1. Quindi, quando la tensione sale a Vf di LED1, (diciamo 3V), LED1 inizia a condurre, ma non è ancora sufficiente per condurre Q1 e LED2. Poiché il LED1 è in conduzione, mantiene la differenza di tensione a 3 V, il che significa che Q1 e LED2 non saranno mai accesi.

TL; DR Rimuovere il LED2 e riprovare.

Answer 4

Il problema che hai è relativo alla tensione al collettore di Q1.

Lo scopo di Q1 è cortocircuitare il LED3 quando è acceso. Di conseguenza quando il LED2 è acceso, il LED3 dovrebbe essere spento e viceversa.

Ora guarda le tensioni quando Q1 è ON. Il LED2 avrà una tensione diretta di circa 1,8 V. Q1 sarà saturo e avrà una Vce di ~ 0,2 V (per un tipico transistor al silicio a segnale piccolo). Queste tensioni sono in serie e fino a 2,0 V.

MA, la tensione sul collettore di Q1 viene applicata al LED3. 2V è sufficiente per far funzionare LED3 e di conseguenza non si "spegne" mai. In realtà, una parte della corrente viene probabilmente deviata dal LED3 ma non molto.

L'aggiunta di un piccolo diodo di segnale, ad esempio 1N4148 in serie con LED3, aumenta la tensione di conduzione del percorso incluso LED3 di ~ 0.7V. Questo è sufficiente per fermare l'illuminazione del LED3 quando Q1 è acceso.

La rimozione di LED2 avrebbe un effetto simile.