12Vをアクティブな低5V信号でスイッチング

私はアクティブLOWにしたいMCUからの信号で12V（最大30mA）を切り替えようとしています（制御信号が0Vのとき出力電圧は12Vであり、制御信号が5Vのとき0Vです）。

私は手元に多くのバイポーラトランジスタを持っているので、バイポーラトランジスタを使用するソリューションを探しています。アクティブハイ信号の場合、このサイトで完全に動作するように見える答えを見つけました。これは、さらに別のPNPトランジスタを追加することでアクティブロー信号に適応できるようです。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

ただし、かなり単純な問題と思われるものに対して3つのトランジスタは少し過剰に見えます。より良い解決策はありますか？

アイデアとしてはどうでしょう。

入力が5Vの場合、ツェナー（5 + 9> 12）に電流は流れません。ベースエミッタ抵抗（= 4k7 + 2k2）によって出力がオフに保たれる出力PNPトランジスタと出力は0です。入力が0Vにプルダウンされると、ベースと2k2抵抗に小さな電流が流れます。2つの抵抗の接合部は9V（ツェナー電圧）で、ベースは11.4Vになります（0.6VのVbe降下を想定）。ベースとツェナーを流れる合計電流（シンク電流）が追加されます（キルコフの電流法則）。示されている値では、ベース電流は0.5mAであり、抵抗電流1.4mAは2mA未満のシンク電流を与えます。

以下に示すように、2つのNPNトランジスタでこれを実現できます。ご覧のように、0V信号が与えられた12Vとき5Vはいつでも、出力で見られ、入力で与えられたときはいつでも、出力で0V見られます。

それがどのように機能するか見てみましょう。まず、入力が5V、つまりであるシナリオから始めましょうHIGH。これにより、Q1がオンになり、Q1のコレクタの電圧は、エミッタであるGNDの電圧とほぼ等しくなります。Q2のベースはQ1のコレクタに接続されているため、0VQ1のコレクタがオンのとき、つまりQ1がオンのとき、Q2はオフになります。これは、Q2のベースがグランドに短絡されるためです。

入力がまた0Vはの場合LOW、Q1はオンにならず、まったく接続されていないと考えられます。したがって、R1を通過する電流はQ2をオンにします。

Q2の電流は、以下の式からわかるように、ベース電流とhFEで制限されます。

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

見てわかるように、Q2を通過できる最大電流は約350mAです。しかし、これはトランジスタのhFEに大きく依存します。これは約50〜300の範囲で変化します。hFEが50の場合、電流は最大で約60 mAになり、仕様に十分です。R1を下げると、Q2が通過する電流が増加します。

ここにアイデアがあります：-

出力段用の2つのNPNと1つのPNP。抵抗Rはオプションですが、一部の人はそこに見たいと思っています。4k7にします。

MCUからのロジック1ドライブでは、中央のトランジスタのベースがグランドに短絡されているため、コレクタ電流が流れないため、出力トランジスタはオフになります。