Потрібна допомога в обчисленні опору для транзисторної бази

У мене є 3 автомобільні реле 12VDC / 40A ( аркуш ), які я хочу використовувати зі своїм Arduino. На основі підручника я слідую ( посилання ) Мені потрібен транзистор, резистор і діод. Я не інженер-електрик, тому я не впевнений у деталях та розрахунках, які я зробив.

Для початку опір котушки реле становить 90 + -10% Ом на таблицю. Тож я продовжую обчислюючи струм потоку.

Напруга = Опір * Струм

Струм = Напруга / Опір

Струм = 12В / 90

Ом струм = 133mA

За транзистор я можу отримати 2N3904 або 2N4401. У цей момент я повинен розрахувати опір для бази транзистора. У підручнику його наступне

hfe = Ic / Ib

Ib = Ic / hfe

Ib = 0,03 A / 75 Ib = 0,0004 A => 0,4 ​​мА

R1 = U / Ib

R1 = 5В / 0,0004 А

R1 = 12500 Ом

Таблиця даних 2N3904 повідомляє, що H (fe) становить 30-300, коли lc = 100mA (шахта 130mA) і Vce = 1V. На даний момент у мене немає поняття, що відбувається, тому мені потрібна допомога.

Редагувати: Ось що я закінчив. RLY1 на зображенні 12VDC / 40A ( посилання )

Давайте розробимо в гіршому випадку, що є хорошою практикою.

$Ic = 133\text{mA}$

$h_{FE} = 30$ # в відповідно до технічним описом мінімуму 30, як правило , набагато краще; @ Ic = 100mA

Ви можете розрахувати Ib зараз:

$I_b = \dfrac{I_c}{h_{FE}} = \dfrac{133\text{mA}}{30} = 4.43\text{mA}$

$V_{BE,SAT} = 0.95$ # таблиця даних, найближча відповідність - 50mA. Максимальне значення, практичне значення, ймовірно, значно нижче (0,65 В)

Тепер давайте розрахуємо опір базового ряду. Це дорівнює напрузі через резистор, поділеному на струм через нього. Струм через резистор такий же, як і базовий струм. Напруга на ньому - напруга на рейці (5 В), зменшене на напругу від базового випромінювача транзистора V (CE, сб).

$R_B = \dfrac{U_{R_b}}{I_b} = \dfrac{V_{CC} - V_{BE}}{I_B} = \dfrac{5 - 0.95}{4.43/1000} = 913\Omega$

З усією найгіршою інженерією, що склалася до цього часу, колись давайте просто обведемо її до найближчого значення резистора E12 в 1 кОм (або 820 Ом для найгіршої інженерії, він буде працювати з будь-яким).

Ви маєте рацію в тому, що, схоже, котушці реле потрібна номінальна 133 мА. Однак це не найгірший випадок, і це передбачає, що 12 В застосовується по всій котушці. Тим не менше, це хороше місце для початку, тоді ми в будь-який момент підемо в 2 крани.

Скажімо, мінімальний гарантований коефіцієнт посилення транзистора, який ви будете використовувати, становить 50. Це означає, що базовий струм повинен бути не менше 133 мА / 50 = 2,7 мА. Якщо ваш цифровий вихід становить 5 В, то після базового резистора після обліку BE транзистора буде приблизно 4,3 В. 4,3 В / 2,7 мА = 1,6 кОм. Щоб залишити трохи запасу, використовуйте приблизно половину цього. Загальне значення 820 Ом повинно бути хорошим.

Тепер перевірте, щоб побачити, що цифровий вихід повинен подавати. 4,3 В / 820 Ом = 5,2 мА. Багато цифрових виходів можуть стати джерелом цього, але вам потрібно перевірити, чи може ваш. Якщо це не вдається, вам потрібна інша топологія.

Оскільки транзистор ви використовуєте в насиченій конфігурації комутації, це нормально, якщо ви накачуєте в деталь більше базового струму, ніж насправді потрібно для кількості струму колектора, який ви хочете пропустити через пристрій з котушки реле.

Це практично обмеження максимального базового струму, який можна вводити у випадку 2N3904 / 2N4401. Цей ліміт не завжди прямо вказаний у таблицях даних для деталей, але я можу вам сказати з досвіду, що він знаходиться в діапазоні 5-> 6 мА.

Для дизайну комутації ви можете планувати мінімальний гарантований Hfe плюс маржу. Тож скажемо, що ви вибрали 25 найгірших випадків роботи Hfe. При необхідному колекторному струмі 133mA та Hfe 25 виведеться в робочий базовий струм 5,32mA. Схоже, це місце в ОК для цих типів транзисторів.

Видається, що ви маєте намір керувати базою з 5В сигналу. З номінальним Vbe 0,7 В, що залишає вас з 4,3 В падіння через резистор основи. Опір обмеженню струму до 5,32 мА при 4,3 В становить приблизно 800 Ом. Використовуйте базовий резистор 820 Ом стандартного значення.

Заключна примітка. Якщо ви керуєте цим напрямом з висновку MCU, MCU може не мати можливості джерела 5,32 мА на рівні 5В виходу. Таким чином, вихід MCU зменшиться з 5В. Це зменшить базовий струм, але оскільки ми розраховували, використовуючи найгірший випадок Hfe, релейний привід все одно буде працювати для більшості транзисторів, які ви будете брати з сумки.

Ви, звичайно, можете покласти в базу транзистора більше струму, ніж той, який передбачає вимоги струму колектора та . Насправді вам зазвичай потрібно - це гарантує, що при будь-яких нормальних робочих умовах схема буде продовжувати працювати так, як очікувалося.$h_{fe}$

Однак існують обмеження - аркуш даних для транзистора може сказати вам, що абсолютний максимальний базовий струм становить (скажімо) 50 мА - ви не дуже хочете йти на такий високий рівень, якщо вимоги струму колектора і означають 50 . Так що вибирайте 500 . Це, ймовірно, охопить усі можливі випадки. μ A μ $h_{fe}$$\mu A$$\mu A$

Однак вам потрібно розібратися, якщо ланцюг, що рухає базу, може постійно подавати струм, який ви вирішите. Знову ж таки, лист даних повідомить вас, і ви не хочете плисти занадто близько до цієї кількості, інакше ви можете знизити надійність чіпів.

Є ще один розгляд. Багато пристроїв CMOS заявляють, що максимальний вихідний струм становить (скажімо) 20 мА, але вони також заявляють максимальний струм потужності (скажімо) 100 мА. Це добре, якщо мікросхема веде 3 виходи, але що робити, якщо чіп є восьмеричним буфером. Реально перевірити вихідний струм на один контакт І подвійну перевірку струму живлення - може бути обмеження на це, що запобігає виштовхуванню всіх штифтів o / p 20 мА.

Ib = Ic / hfe (Добре)

Ib = 0,03 A / 75 Ib = 0,0004 A => 0,4 ​​мА

Хммм! Ic = .13 A не 0,03, і ​​я вважаю, що hfe буде приблизно 50, а не 75. (як правило, малі транзистори сигналу мають принаймні це посилення). Це дає Ib = 0,0026 або 2,6 мА

Для входу 5В падіння напруги на вхідному резисторі становитиме 5 - 0,6 В = 4,4 В (пам’ятайте, що падіння базового випромінювача потребує приблизно 0,6 В до включення транзистора.) Це дає;

                Rb = 4.4/0.0026 = 1k7

Тепер це дійсно максимальне значення для базового резистора, тому вибрали стандартне значення опору нижче цього, скажімо, 1k5 або навіть 1k0.

Я хотів би поділитися цим посиланням, в ньому є гарна інформація про використання мікроконтролерів для взаємодії з реальною електронікою світу. Подивіться частину 7 змісту мікроконтролерів