Comutação de 9V usando um transistor NPN e um Arduino

Antes de tudo, gostaria de dizer que não sou engenheiro elétrico, por favor, tenha paciência comigo. Não tenho um esboço para o que estou tentando alcançar, mas espero poder explicar tudo bem.

Eu tenho um transistor NPN (2n2222 especificamente) e estou fazendo o seguinte.

• Conecte a bateria de 9V ao coletor do transistor
• Conecte a base do transistor ao pino de saída PWM do Arduino (transistor 1k no meio)
• Conecte o terra da bateria de 9V ao terra do Arduino
• Escreva um loop for (i = 0-255), que aumenta 1 a cada 100ms e execute analogWrite (PWMOutputPin, i)

Então eu pego um multímetro para medir a tensão entre o terra e a perna do emissor e o que estou obtendo são valores entre 0 e 4,5 volts, enquanto a bateria possui cerca de 7,68V, medindo-a diretamente.

Eu pensei que o objetivo do transistor é enviar a tensão total entre o coletor e o emissor, desde que haja tensão suficiente sendo enviada à base. Isso está correto? Estou fazendo algo errado?

O circuito que você descreve é ​​um seguidor de emissor - a tensão do emissor segue a tensão da base e é sempre cerca de 0,7 volts negativo da base. O transistor não se importa onde você acha que o "terra" está, sua operação depende apenas das tensões entre os pinos.

Se você aterrar o emissor e colocar sua carga entre o coletor e a fonte positiva, poderá chegar muito perto da tensão de alimentação através da carga quando a saída do Arduino estiver alta. Você deve ter um resistor de 1 K ou mais entre o pino de saída do Arduino e a base do transitor, para limitar a corrente da base e o carregamento do pino de saída do Arduino.

O que você está fazendo é "comutação do lado superior". A voltagem na base e no terra é muito menor que a voltagem no coletor e no aterramento, então é isso que você está trocando, menos a queda no transistor. Como a queda de tensão na base e no emissor (V _BE ) é tipicamente 0,6 na saturação, você vê a tensão do Arduino (aproximadamente 5V) menos essa queda.

Como você está usando um dispositivo do tipo N, deseja executar a "comutação do lado inferior". O emissor está ligado ao terra e a tensão é medida entre a alta fonte e o coletor.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

R1 deve ser dimensionado de modo que seja permitida corrente suficiente para saturar o transistor sem permitir que o V _{BE faça} com que a tensão de alimentação caia demais.

Se você ainda deseja realizar a comutação do lado superior de uma tensão mais alta, deve-se alternar para um dispositivo do tipo P e colocar um dispositivo do tipo N na frente para trocá-lo.

^{simule este circuito}