Schalten von 12 V mit einem aktiven niedrigen 5 V-Signal

Ich versuche, 12 V (max. 30 mA) mit einem Signal von einer MCU zu schalten, das ich lieber aktiv niedrig halten möchte (die Ausgangsspannung beträgt also 12 V, wenn das Steuersignal 0 V beträgt, und 0 V, wenn das Steuersignal 5 V beträgt).

Da ich viele Bipolartransistoren zur Hand habe, suche ich nach einer Lösung mit Bipolartransistoren. Für ein aktives hohes Signal habe ich auf dieser Seite eine Antwort gefunden , die perfekt zu funktionieren scheint, und es scheint, dass dies durch Hinzufügen eines weiteren PNP-Transistors an ein aktives niedriges Signal angepasst werden kann:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

3 Transistoren für ein scheinbar recht einfaches Problem scheinen jedoch etwas übertrieben. Gibt es eine bessere Lösung?

Wie wäre es damit für eine Idee.

Bei einem Eingang von 5 V kann kein Strom durch den Zener fließen (5 + 9> 12). Der Ausgangs-PNP-Transistor wird von den Basis-Emitter-Widerständen (= 4k7 + 2k2) ausgeschaltet und der Ausgang ist 0. Wenn der Eingang auf 0 V heruntergezogen wird, fließt ein kleiner Strom durch die Basis und den 2k2-Widerstand. Der Übergang der beiden Widerstände beträgt 9 V (die Zenerspannung) und die Basis 11,4 V (unter der Annahme eines Abfalls von 0,6 V Vbe). Der Gesamtstrom, der durch die Basis und den Zener fließt (Senkenstrom), wird addiert (Kirchoffs aktuelles Gesetz). Bei angezeigten Werten beträgt der Basisstrom 0,5 mA und der Widerstandsstrom 1,4 mA, was einen Senkenstrom von knapp 2 mA ergibt.

Sie können dies mit zwei NPN-Transistoren erreichen, wie unten gezeigt. Wie Sie sehen können, wird jedes Mal, wenn ein 0VSignal gegeben 12Vwird, im Ausgang gesehen und wann immer ein Signal 5Vim Eingang gegeben wird,0V wird, am Ausgang gesehen.

Mal sehen, wie es funktioniert. Beginnen wir zunächst mit dem Szenario, in dem sich die Eingabe befindet 5V, oder mit anderen Worten HIGH. Dadurch wird Q1 eingeschaltet und die Spannung am Kollektor von Q1 entspricht fast der Spannung an seinem Emitter, die GND ist. Die Basis von Q2 ist mit dem Kollektor von Q1 verbunden0V der Kollektor von Q1 vorhanden ist oder mit anderen Worten, wenn Q1 eingeschaltet ist, ist Q2 ausgeschaltet. Dies liegt daran, dass die Basis von Q2 gegen Masse kurzgeschlossen wird.

Wenn die Eingabe ist 0V, oderLOW , wird Q1 nicht eingeschaltet und kann als überhaupt nicht verbunden angesehen werden. Der durch R1 fließende Strom schaltet also Q2 ein.

Der Strom von Q2 ist mit seinem Basisstrom und hFE begrenzt, wie aus der folgenden Gleichung ersichtlich ist;

$I_{CQ2}=I_{BQ2}*hFE_{Q2} = \dfrac{12-0.6}{10*10^3}*300=350 mA$

Wie zu sehen ist, beträgt der maximale Strom, der durch Q2 fließen kann, ungefähr 350 mA. Dies hängt jedoch stark von der hFE des Transistors ab, die zwischen etwa 50 und 300 variieren kann. Bei einer hFE von 50 kann der Strom maximal etwa 60 mA betragen, was für Ihre Spezifikationen ausreicht. Durch Absenken von R1 wird der Strom erhöht, den Q2 durchlässt.

Hier ist eine Idee: -

Zwei NPNs und ein PNP für die Ausgangsstufe. Der Widerstand R ist optional, aber einige Leute sehen dort gerne einen. Mach es 4k7.

Bei einem logischen 1-Antrieb von der MCU ist die Basis des mittleren Transistors gegen Masse kurzgeschlossen, sodass kein Kollektorstrom fließt und daher der Ausgangstransistor ausgeschaltet ist.