Transistor NPN

Ciao a tutti,
Stavo cercando di capire meglio come utilizzare i transistor BJT NPN e soprattutto i loro limiti, e proprio per cercare di capire ho provato a creare un ponte ad H (o H-Bridge) basato solo su NPN con una resistenza per carico.
Armato di simulatore LtSpice IV (allego file della simulazione) ho creato il circuito collegando il segnale “motore avanti” sempre a VCC e “motore indietro” sempre a GND per semplificare l’analisi iniziale.
Primo mistero: con mia amara sorpresa ho notato che R1 conduce 0.36mA mentre R4 conduce 4.1mA…
Domanda: perchè Q1 non va in saturazione (e di conseguenza R1 conduce solo 0.36mA)?

Ciao e grazie a tutti

hbridge.asc (1.75 KB)

hbridge npn.png

Hai provato con un altro simulatore ? Poi non vorrei dire una stupidata ma.... La differenza sta nell'essere NPN o PNP, di conseguenza cambia la curva di risposta ed il grafico di funzionamento, che corrente ti circola nella resistenza (carico-motore) ? e a che tensione alimenti il tutto ? perchè lo schema è giusto e se sul carico trovi una tensione giusta mi sa che è il simulatore a sbagliare...

Non penso che centri il simulatore, lui fa il suo sporco lavoro (sto provando solamente in simulazione il circuito).
Il circuito mi sembra che non può funzionare correttamente usando solo i NPN ma per l’appunto volevo capire il perché.

Il circuito è alimentato a 5V, su R5 (il carico) ho una corrente di 37mA e una tensione di circa 3.706V, il brutto è che ho una tensione di 1.23V su Q1 (e 0.064V su Q4), facendo la somma i conti tornano (3.706+1.23+0.064=5V) ma vorrei maggiore tensione sul motore e minore su Q1 ovviamente :slight_smile:

Guardati la configurazione a Totem dei transistor, l'ho usata e vista un paio di volte ma non so dirti come viene dimensionata...

Io non sono un elettronico però so che nei ponti H si usano 2 tipologie di transistor per il motivo che i PNP servono a collegare il motore a massa mentre l’opposto NPN serve a collegarlo all’alimentazione. Vengono infatti attivati incrociati in modo da poter dare la direzione differente di scorrimento della corrente e, conseguentemente, il verso di rotazione del motore desiderato.
Usando solo NPN mi pare venga a mancare questa caratteristica.

Inoltre così come l’hai collegato tu, non stai creando un partitore con R1 e R4?

Le resistenze vanno bene, ogni transistor ha la sua resistenza sulla base che è collegata a VCC o GND, la corrente che passa sulle resistenze dipende da Ib=VCC-VBE/R, su R1 passa poca corrente perché VBE è elevato perchè il transistor non è in saturazione.

Ok, so anch'io che si usano i PNP per collegare a massa il motore e volevo per l'appunto capire il perché.

Perché il ponte H è fatto incrociando 2 coppie NPN/PNP. Quando tu non dai un segnale sulla base di un NPN, lo interdici mentre un PNP lo mandi in conduzione. Alternando i segnali ai 2 lati del ponte H mandi in conduzione una coppia NPN/PNP facendo sì che dall'NPN il motore preleva l'alimentazione, che poi scarica a massa tramite il PNP. 2 segnali soli. Alto/basso o basso/alto.

Con 4 NPN credo che tutto diventi molto più complicato. Credo sia fatto proprio per la semplicità, più che altro.

Ok, ma questa spiegazione non risolve il problema perché ho collegato correttamente le basi tramite le resistenze per avere accesi solamente i transistor Q1 e Q4.. Non penso sia questo il motivo perché si usano PNP anche se forse ora ci sto arrivando.. stay tuned!

La corrente attraverso la resistenza di base dipende dalla tensione base-emettitore. Se colleghi il collettore di un NPN a + Alimentazione la tensione sul emettitore dipende da quanto conduce. Visto che la tensione di saturazione puó essere sotto i 0,7V del diodo base emettitore puó essere che il transistore NPN non puó andare in saturazione. In poche parole non puó funzionare.

Rimedii: * usare un transitore PNP * usare un alimentazione isolata riferita al collettore del NPN superiore (per 2 transistori servono 2 tensioni isolate) e con questa pilotare la base del transistore per esempio con un otoisolatore o un trasformatorino e radrizzatore.

Ciao Uwe

Ciao, se usi i PNP lavori come se fosse un carico attivo, le due curve caratteristiche dei transistor si intersecano in punti differenti se usi sempre gli npn oppure li alterni con i pnp. Non ho mai provato a realizzare un ponte H e non ho fatto troppa attenzione al circuito quindi magari mi sbaglio ma secondo me il problema è quello

uwefed: La corrente attraverso la resistenza di base dipende dalla tensione base-emettitore. Se colleghi il collettore di un NPN a + Alimentazione la tensione sul emettitore dipende da quanto conduce. Visto che la tensione di saturazione puó essere sotto i 0,7V del diodo base emettitore puó essere che il transistore NPN non puó andare in saturazione. In poche parole non puó funzionare.

Avrei dal simulatore: Vb 4.6 Vc 5 Ve 3.77

Il diodo Vbe sarebbe in conduzione (4.6-3.77=0.83) mentre il diodo Vbc (4.6-5= -0.4) sarebbe interdetto e questo sarebbe il problema se non ho capito male giusto? Quindi dovrei alzare la tensione di base (o abbassare quella dei motori) per risolvere il problema visto che in saturazione entrambi i diodi sono in conduzione o sbaglio?

Non ho capito il secondo rimedio, puoi abbozzare uno schemino per capirci meglio?

Ciao e grazie

flz47655: Avrei dal simulatore: Vb 4.6 Vc 5 Ve 3.77

Il diodo Vbe sarebbe in conduzione (4.6-3.77=0.83) mentre il diodo Vbc (4.6-5= -0.4) sarebbe interdetto e questo sarebbe il problema se non ho capito male giusto? Quindi dovrei alzare la tensione di base (o abbassare quella dei motori) per risolvere il problema visto che in saturazione entrambi i diodi sono in conduzione o sbaglio?

Non ho capito il secondo rimedio, puoi abbozzare uno schemino per capirci meglio?

Ciao e grazie

riprovo a spiegartelo. Un transitor funzione perché tra base e emettitore circola una corrente che fa circolare una corrente tra collettore e emettitore ( il verso delle correnti dipendono dal tipo di transistore: NPN o PNP) Tra base e emettitore c'é il diodo base emettitore e quando circola una corrente ci sono 0,7V.

Tu hai sulla base una tensione di 4,6V e il emettitore deve essere sepre 0,7V piú basso perché ci circoli una corrente. per quello hai una tensione cosí alta di UCE. Non so perché hai una tensione di 4,6V sulla base.

Per risolvere metti un PNP!!!!!! L' alternativa é prendere una tensione di "servizio" e attacarla tra base con relativa resistenza di base e emettitore. visto che la tensione sul emettitore dipende dallo carico e dallo stato di conduzione/interdizione del transistore la tensione di servizio deve essere flotante rispertto alla tensione di comando del NPN basso e della tensione del motore. Il diodo BC non é in conduzione perché la tensione del colletore dovrebbe essere piú bassa della tensione della base per polarizzarlo in direzione diretta.

Ciao Uwe

Ok, però non voglio mettere il PNP e neanche trovare altre soluzioni, voglio semplicemente capire questa storia di Q1 che non satura.

Sinceramente non ho capito, sarò duro, ma non ho capito.

Sulla base ho 4.6 volt perché sulla resistenza scorrono 0.37mA, puoi rispiegarmi perché non va in saturazione?

Ciao e grazie per la pazienza

non va in saturazine perché la corrente di base é troppo piccola a causa della tensione base- emettitore troppo bassa. Ciao Uwe

Ho provato a togliere la resistenza sulla base di Q1 ma non va in saturazione... la corrente raggiunge massimo 0.4mA

Provando ad aumentare la tensione sulla base invece la corrente aumenta, il problema quindi deve essere la tensione, non lo corrente o sbaglio? Che poi la corrente dipende dalla tensione, ma se non aumento la tensione non posso aumentare la corrente

Guarda sembra che con una tensione di 6.2 V sul generatore di tensione inizia ad andare in saturazione…

flz47655:
Ho provato a togliere la resistenza sulla base di Q1 ma non va in saturazione… la corrente raggiunge massimo 0.4mA

Provando ad aumentare la tensione sulla base invece la corrente aumenta, il problema quindi deve essere la tensione, non lo corrente o sbaglio? Che poi la corrente dipende dalla tensione, ma se non aumento la tensione non posso aumentare la corrente

La tensione sul emettitore di Q1 dipende dalla conduzione di Q4, di Q1 e dalla resistenza di carico R5. All’ accensione Q4 riceve V2 sulla base/resistenza di base e si istaura una corrente (V2-0,7V)/R4 Q4 incominacia a condurre. Q1 all’accensione ha V2 sulla base ma nessuna tensione sull emettitore. Solo quando incomincia a condurre Q4 avrá una tensione quasi di massa sul emettitore. Allora conduce anche lui finche sul R5 ci sará una tensione 0,7V sotto la tensione V2. In quel momento incomincerá a non condurre e la corrente attraverso R5 si abbassa e percui anche la tensione. La tensione sul emettitore di Q1 resterá sempre 0,7 V sotto V2 indipendentemente dalla grandezza V1 (se V1 > V2) percui hai una tensione UCE sempre vicino a V1-V2 (considero che V1 é piú grande della tensione V2 di pilotaggio visto che dovrebbe per esempio venire da Arduino). Per quello Q1 non va in saturazione e la corrente di base di Q1 resta bassa.
Ciao Uwe

La tensione sul emettitore di Q1 dipende dalla conduzione di Q4, di Q1 e dalla resistenza di carico R5. All’ accensione Q4 riceve V2 sulla base/resistenza di base e si istaura una corrente (V2-0,7V)/R4 Q4 incominacia a condurre. Q1 all’accensione ha V2 sulla base ma nessuna tensione sull emettitore. Solo quando incomincia a condurre Q4 avrá una tensione quasi di massa sul emettitore.

Fin qui tutto ok, mi torna tutto

Allora conduce anche lui finche sul R5 ci sará una tensione 0,7V sotto la tensione V2.

Su R5 c’è la tensione Ve1 (verde) del grafico che è sempre almeno 0.7 volt sotto a V2 (che nel grafico è fissa a 5 volt), altrimento Q1 sarebbe OFF, quindi Q1 conduce sempre, infatti non è mai OFF.

In quel momento incomincerá a non condurre e la corrente attraverso R5 si abbassa e percui anche la tensione.

Dalla simulazione Q1 continua a condurre ma la corrente sulla base Ir1 (blu) cala al crescere della tensione di V1 fino a che non si assesta a 0.4mA
La tensione sulla base si assesta anche lei a 4.63V quando V2-V1 < ~1 volt

La tensione sul emettitore di Q1 resterá sempre 0,7 V sotto V2 indipendentemente dalla grandezza V1 (se V1 > V2) percui hai una tensione UCE sempre vicino a V1-V2 (considero che V1 é piú grande della tensione V2 di pilotaggio visto che dovrebbe per esempio venire da Arduino). Per quello Q1 non va in saturazione e la corrente di base di Q1 resta bassa.

Cosa intendi per tensione UCE? Forse Vce?
Comunque mi torna, infatti Ve non cresce più quando raggiunge V2 - ~1 volt mentre Vc continua a crescere e quindi Vce diverge mano a mano che ci allontaniamo da V2 - ~1 volt e quindi Q1 va in zona LIN

Quindi gli NPN hanno la tensione Vce legata alla tensione sulla base… se questa è troppo piccola Vce inizia a crescere, molto interessante! Non ci avevo pensato!
Certe volte si studia tanto ma quando si prova a mettere in pratica è un disastro.

Penso di aver capito
Grazie mille uwe

Ciao

Quindi gli NPN hanno la tensione Vce legata alla tensione sulla base.. se questa è troppo piccola Vce inizia a crescere,

No, non c'é questo legame; stai usando in modo errato il transistoe NPN e basta. Quello che Ti sto dicendo dall'inizio. Ciao Uwe

stai usando in modo errato il transistore NPN e basta

Questa risposta non vuol dire nulla, voglio capire perché è errato! Poi non esiste giusto o sbagliato, solamente cosa si vuol fare.

Quindi gli NPN hanno la tensione Vce legata alla tensione sulla base… se questa è troppo piccola Vce inizia a crescere

Quello che ho detto mi sembra corretto, il legame però non è diretto ma indiretto. Se la Vce rimanesse 0.2v (saturazione) la Vbe andrebbe sotto i 0.7 volt e poi diventerebbe addirittura negativa e il transistore andrebbe in interdizione, il transistor si autoregola e aumenta la Vce e va in zona lineare per non spegnersi.

Ciao e grazie mille