Ale kdepak, nic o sexu ani tranzistorofilech si zde nepřečtete. V článku jde jen a jen o použití tranzistoru PNP ke spínání zátěže. Ač se to nezdá, i od lidí zdánlivě znalých, či se dokonce živících elektronikou, dostávám na toto téma dotazy, nad kterými zůstává rozum stát. V článku se pokusím snížit lidskou nevědomost zcela nezištně, ale přesto doufám, že slíbené pozvání na oběd stále platí.
Začněme zapojeními.
Mějme výstup z mikrokontroléru, který poskytuje výstupní úrovně 0 nebo 5V – konkrétně třeba výstup z klasického ARDUINA. Na obrázku s tranzistorem NPN vidíme plně funkční připojení relé, všechno funguje jak má. Když je výstup v nízké úrovni (0V) tranzistor je uzavřen, relé rozpojeno. Když je výstup ve vysoké úrovni (+5V), tranzistor je otevřen, relé sepnuto. Výstupem mikrokontroléru můžeme relé ovládat. Zapojení je zcela korektní a plně funkční.
Schéma s tranzistorem PNP je žalostným obrazem toho, čeho se může elektronik (já bych ho ovšem nazval jinak) dopustit. Je to špatně!
Mnozí si nyní řeknou, dobrá, budu to brát jako dogma, já si s NPN zapojením vystačím, k čemu je mi to opačně? Inu třeba k tomu, že zátěží nemusí být právě relé, jeden pól (vývod) spínaného zařízení může být pevně spojen se zemí a nelze s tím nic dělat. Pak zapojení s NPN tranzistorem nevyhoví a nelze to „oblafnout“ ani tak, jak je zakresleno zde:
Vysvětlím proč. Tranzistor NPN má v sepnutém stavu napětí mezi bází a emitorem přibližně 0,65V. PNP tranzistor má v sepnutém stavu napětí mezi bází a emitorem -0,65V (to znaménko mínus je důležité). Aby oba tyto typy tranzistoru rozepnuly, musí mít napětí mezi bází a emitorem menší než jsou uvedená napětí, ideálně 0V.
Ve schématu správného zapojení s tranzistorem NPN vidíme, že při 0V na vstupu musí být 0V i mezi bází a emitorem. Při 5V na vstupu se napětí rozdělí tak, že na rezistoru 6k8 zůstane 4,35V a mezi bází a emitorem tranzistoru je zmíněných 0,65V. Tranzistor tedy spíná relé. Napětí se dělí právě takto, protože napětí mezi bází a emitorem tranzistoru – pokud bází do emitoru teče nějaký proud (ne zcela zanedbatelný) – můžeme považovat za konstantní a na rezistor 6k8 zbylo 5V-0,65V=4,35V.
U chybně zapojeného tranzistoru PNP nastává situace, kdy pokud přivedeme na vstup zapojení 0V, mezi bází a emitorem PNP tranzistoru je -0,65V, protože emitor je zde připojen k napájení 12V, relé je sepnuto. Abychom PNP tranzistor v tomto zapojení zavřeli, museli bychom na vstup přivést napětí blízké napajecímu 12V, ale to se samozřejmě nikdy nepovede, protože víc než 5V schopni přivést nejsme – příkladem ze zmíněného ARDUINA – relé tedy nikdy nerozepne. Stále nic? Napětí na vstupu mínus napájecích 12V… ať dosadíme cokoli od 0 do 5V, vždy nám vyjde záporné číslo a to rozhodně mnohem vzdálenější od 0V, než -0,65V. PNP tranzistor v tomto případě nikdy nezavřeme.
A to „oblafnutí“ s NPN tranzistorem? Při 0V na vstupu je všechno fajn, relé je rozepnuto. Přivedeme na vstup 5V a… nic, relé neseplo. Proč? Protože napětí 5V přivedené na vstup se musí rozdělit mezi rezistor 6k8, přechod báze-emitor a relé, čímž pro relé zbyde žalostně málo, nemluvě o tom, že ani plnými 5V relé pro 12V nesepneme. Není účelem toho článku tuto situaci rozebírat do detailu, teorii tranzistoru ve srozumitelném podání jsem i na tomto serveru už rozebíral.
Jak to tedy udělat? Tranzistor PNP sepneme pomocí tranzistoru NPN.
Pokud je tranzistor NPN rozepnut, má tranzistor PNP napájecí napětí 12V jak na bázi (přes rezistor z 12V do báze), tak na emitoru, PNP tranzistor je rozepnut. Sepnutím NPN tranzistoru je na emitoru tranzistoru PNP dále napájecí napětí 12V, ale na bázi je napětí pomocí NPN tranzistoru stahováno směrem k zemi. Výsledkem je -0,65V napětí báze-emitor na PNP tranzistoru, je sepnut. Nyní funguje všechno jak má.
Laskavý čtenář promine, že zde nebudu rozebírat detaily ohledně použitých součástek a jejich hodnot, o tom se můžete dočíst v mých jiných a dalších pojednáních, pokud mne ovšem netrefí šlak, až zase uvidím, jak to někomu ne a ne sepnout, v obou slova smyslech ;).