Confuso sobre a operação do transistor

Estou tentando usar um transistor BC108A ( datasheet ) como um comutador para uma fonte de alimentação de 12V usando os pinos de saída digital de 5V em uma placa Arduino Uno.

Liguei o coletor à fonte de 12V, a base ao pino de 5V no arduino e o emissor ao terra através de um multímetro.

Aqui está uma imagem da configuração: Onde o vermelho é multímetro para aterrar, 5V azul e 12V branco.

Eu pensei que isso resultaria em 12V saindo do emissor quando a base estava alta e nada saindo do emissor quando a base estivesse baixa.

No entanto, meu multímetro informa 6,1V do emissor.

Acho que descobri os pinos para não entender esses resultados.

Alguém pode explicar esses resultados? Eu sou novo nesse campo, então é possível que eu tenha algo básico totalmente errado ...

Você está com a configuração errada: conecte o emissor ao terra e adicione alguns resistores.

A junção base-emissor é como um diodo e a base será 0,7 V mais alta que o emissor. Se você aplicar apenas 5 V, está criando um curto-circuito: não há resistência entre 5 V e 0,7 V. Adicionar um resistor de 2 kΩ limitará a corrente conforme a Lei de Ohm:

$I = \dfrac{V}{R} = \dfrac{5 V - 0.7 V}{2 k\Omega} = 2.15 mA$

Então a corrente do coletor será um múltiplo disso. Se isso for 100 vezes (você pode encontrar o valor na folha de dados do BC108 como$H_{21E}$, que é um nome que ninguém usa, todo mundo fala sobre$H_{FE}$), a corrente do coletor será de 215 mA, 100 vezes a corrente de base.

Mas o seu transistor será inútil: ele sempre terá 12 V no coletor, independentemente da corrente. E vai esquentar: 12 V e 215 mA são 2,58 W !! Demais para o pobrezinho. Portanto, adicione um resistor entre o coletor e os 12 V:

(Aqui também temos um LED, mas podemos fazer apenas com o resistor de 1 kΩ.)

Tivemos uma corrente de coletor de 215 mA, o que causaria uma queda de tensão no resistor de 215 mA $\times$1 kΩ = 215 V !, de acordo com a Lei de Ohm. Mas isso é impossível, temos apenas 12 V e um 12 V através do resistor causará corrente de 12 mA, não mais do que isso. Portanto, o resistor limita a corrente, mesmo quando o transistor tenta extrair mais.

Se aumentarmos R2 para 100 kΩ, a corrente base será 50 vezes menor, ou 43 $\mu$A, e a corrente do coletor seria 100 vezes maior ou 4,3 mA. Então a queda de tensão em R1 será de 4,3 mA$\times$ 1 kΩ = 4,3 V. Portanto, o coletor será 4,3 V menor que os 12 V, ou estará em 7,7 V.

Portanto, escolhendo a corrente de base correta, você pode criar uma certa tensão no coletor e, quando a corrente de base estiver muito alta, a tensão do coletor chegará a zero.

Nota
Você pode fazer um circuito como você fez, com uma resistência entre emissor e terra, mas a resistência deve ser muito menor que a do multímetro, que geralmente é de 10 MΩ; um valor de 100 do servirá frequentemente. Mesmo assim, não é um bom circuito aqui, uma vez que a tensão do emissor nunca deve exceder 4,3 V (o emissor de base 5 V - 0,7 V). Você nunca terá 12 V lá, e eu nem posso explicar que você tem uma tensão maior que 4,3 V.

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"Eu estava pensando em multiplexar quatro dos meus monitores colocando um transistor antes de cada ânodo comum e depois conectando todos os 32 catodos de segmento a 8 transistores".

Isso vai funcionar bem. O que eu descrevi é o driver para um segmento. Conecte todos os catodos para os mesmos segmentos dos diferentes monitores juntos e use 8 saídas para acionar os 8 transistores.

Então você precisa de algo para passar de uma exibição para a seguinte.

Essa será a parte do circuito em torno de Q1 e Q2 (Q3 é o driver do segmento). Q1 é um transistor PNP, que fornecerá corrente para os segmentos de 1 display, portanto, você precisará de 4 deles, além das partes circundantes (Q2, R1, R2 e R3). Q1 fornecerá corrente ao coletor se houver uma corrente do emissor (12 V) para a base. Obtemos essa corrente ativando o Q2, um transistor NPN como vimos anteriormente. Portanto, se você elevar o "Display 1", haverá uma corrente de 12 V na base de emissor do Q1 e R2 no coletor do Q2. Você pode usar um BC807 para o primeiro trimestre.
Nota: Eu abandonaria o BC108. É um animal velho, e o Digikey, que vende tudo, nem o lista. Alternativa: BC337; Alto$H_{FE}$ disponíveis, e corrente máxima de 500 mA.