Bir NPN transistörü tarafından anahtarlanan bir devrede, güç kaynağı ve girişin aynı toprağa ihtiyacı var mı?

Bir LED'i açacak bir röleyi açmamı sağlayacak bir devre yapmaya çalışıyorum. Ancak, röle 12 V olarak derecelendirilmiştir ve sadece 5 V'luk bir girişim var , bu yüzden bir NPN transistörü kullanıyorum . röleye giden gücü açmak ve kapatmak için. İşte şematik:

Ancak, birkaç şey hakkında kafam karıştı (12 V güç kaynağı ve 5 V güç kaynağı için zeminin belirtilmediğine dikkat edin):

1. 5 V güç kaynağım Arduino ise, bunun için topraklamayı 12 V güç kaynağının topraklaması için kullanabilir miyim?

2. Baz ve yayıcının transistör üzerinde farklı topraklamalara sahip olması uygun mu? Yoksa aynı olmaları mı gerekiyor?

3. 12 V güç kaynağım 8 AA pil ise (sürdürülebilir değil, ancak sadece test için kullanıyorum), bunu pillerin negatif tarafı yerine arduino ile aynı yere nasıl bağlarım?

4. Transistöre dayanarak R1 ve R2'nin nasıl olması gerektiğini nasıl anlayabilirim? Bazı şeyleri çevrimiçi okuyorum, ama hala kafam karıştı.

5. Dikkate almam gereken başka şeyler var mı?

Bu konuda tamamen yeniyim, bu yüzden herhangi bir yardım çok takdir ediliyor.

1. Evet, transistörün değişmesi için bu devredeki 5V ve 12V topraklamaları bağlamanız gerekir. Baz akım için bir dönüş yolu olması gerektiğini unutmayın. Yalnızca 1 kablo kullanarak sinyal gönderemezsiniz.

2. Yukarıya bakınız, vericinin sinyal kaynağı (Arduino) ile aynı topraklamayı kullanması gerekmektedir veya dönüş yolu yoktur.

3. Alt akünün negatif terminalini (8 seri halinde olduğunu varsayarak) Arduino topraklamasına bağlayın.
   "Toprak", devrenizdeki voltajları ölçmek için bir referans noktası için kullanılan bir terimdir, herhangi bir noktayı seçebilirsiniz (genellikle bir kaynağın negatif terminaline bağlı bir ağ olsa da). Örneğin, pozitif terminalin "toprak" devresinde bağlandığı noktayı çağırabilirsiniz ve daha sonra "orijinal toprak" (devrenizde gösterildiği gibi toprak) buna göre -12V olacaktır. Negatif terminal, voltajın negatif olduğu anlamına gelmez, sadece akımın hangi yönde aktığını söyler.

4. (a) R1 akımı transistörün tabanıyla sınırlamak içindir. Değeri hesaplamak için ne kadar akım değiştirdiğimizi (yani rölenin ne kadar ihtiyacı olduğunu) ve transistörün akım kazancını bilmemiz gerekir. Diyelim ki 200 akım akımına sahip bir transistör kullanıyoruz ve rölenin geçmek için 20mA'ya ihtiyacı var. Bazdan geçen akım, akım kazancı ile güçlendirildiği için, baz akımın en az 20mA / 200 = 0.1mA olması gerektiğini biliyoruz.
   Tipik bir bipolar transistörün taban voltajı yaklaşık 0.7V'dir, bu nedenle seri rezistörün (R1) maksimum olması gerekir: (5V - 0.7V) / 0.1mA = 43kΩ
   Kazanç değişebileceğinden (veri sayfasındaki min değerinden güvenli olması için), yedeklenecek bazı temel akım için 33kΩ seçebiliriz. Etkili bir anahtar olarak transistörün doygun olmasını istiyoruz, çünkü etkili kazanç diz ve lineer ve doygunluk modu (Shokran tarafından belirtildiği gibi) arasında düşmeye başlar. Bu yüzden toplayıcıyı yere yakın çekebildiğimizden emin olmak için hesaplanandan daha düşük bir direnç seçiyoruz. Örneğin, dağıtımı en aza indirmenin önemli olduğu güç transistörleri olan durumlarda, hesaplanandan en az 5 kat daha düşük bir değer seçmek (veya ~ 20 kazanç elde etmek) akıllıca olacaktır, böylece yukarıdaki örnekte 4.3k kadar düşük olabiliriz.

   (b) R2, sürücü akımı çıkarıldığında tabanın toprağa çekildiğinden emin olmak için vardır. Bu, transistörü kısmen açarak kaçak akımı durdurmak içindir. Değerin çok hassas olması gerekmez, sadece kaçak akımı (veri sayfası) şöntlemek için yeterlidir ve çok fazla temel sürücü akımını çalmak için çok düşük değildir. Seri direncin 5-10 katı (veya 1kΩ ila 500kΩ) arasında gidilmesi zor bir aralıktır. 100k ve Omega çoğu durumda makul bir değerdir, ancak 330k için gideceğim çünkü kaçak akım minimum olmalıdır. Çok daha düşük bir değere gitmeniz gerekiyorsa, dengelemek için seri direncini ayarlamanız gerekir.
   Not Arduino pim ise o tahrik 0V'a sonra R2'nin gerçekten gerekli değildir (çıkış ve mantık 0'a yani ayarlanmış) pim Yüksek Empedansına olarak ayarlanırsa, yalnızca var (yani giriş)
   Not 2 - Bu, BJT'ler ile endişelenecek çok nadir bir şeydir (MOSFET'ler başka bir konudur ve kesinlikle yüzen bırakmak istemezler) Çok yüksek kazançlı bir transistörünüz (esp darlington), gürültülü bir ortam ve / veya çok yüksek sıcaklık (sıcaklıkla birlikte sızıntı artar) ve çok yüksek bir kolektör direnci sorunlara neden olabilir, ancak genel olarak kaçak akım madde için küçük olacaktır.

5. Şu anda fark edebileceğimden değil (ancak sabah saat 4:48, bu yüzden beynim emekliye ayrıldığından beri uzun sürebilir, bu yüzden bariz bir şeyi kaçırmış olma hakkını saklı tutarım ;-))

1), 2) ve 3)
Bir devrede farklı güç kaynakları kullanırsanız, ortak bir referansları olması için bunları bir şekilde bağlamanız gerekir. Neredeyse her zaman toprakları bağlayacaksınız, çünkü bunlar referansınızdır. Voltaj görecelidir: pillerin artısını referans olarak alırsanız eksi -12 V'de olur, eksi referans olarak alırsanız artı +12 V'de olur. Birkaç devre artıyı referans olarak kullanır, seviyoruz pozitif gerilimler daha iyi. Böylece bataryaların eksi Arduino'nun topraklarına gider.

Neden bağlanmaları gerekiyor? Transistörünüzde iki akım görülecektir: bir taban akımı, tabana girip yayıcı aracılığıyla 5V beslemesine geri dönme ve toplayıcıya giren ve aynı zamanda yayıcı üzerinden aküye geri dönen bir toplayıcı akımı. Akımlar yayıcıya ortak olduğu için (buna ortak bir yayıcı devre denir ) her iki güç kaynağının bağlanacağı yer olacaktır.

Baz akım, transistörden yayıcı üzerinden çıktığında hangi yoldan gidileceğini nasıl bilir? Akım sadece kapalı bir döngüde akabilir, artı güç kaynağından eksi. Baz akım +5 V'de başladı, bu yüzden pillerin topraklamasına gideceği zaman döngüyü kapatmayacaktı.

$\frac{5V-0.7V}{R1}$

$h_{FE}$$h_{FE}$

35 mA kolektör akımı elde etmek için 35 mA / 200 = 0.175 mA baz akımına ihtiyacımız var. O zaman R1 olmalı$\frac{4.3 V}{0.175 mA}$

10 kΩ'luk bir direnç seçelim. Bu, ihtiyacımızdan çok daha düşük bir değer ama iyi olacağız. Baz akım, Arduino'nun mutlu bir şekilde tedarik edeceği yaklaşık 0.5 mA olacaktır ve transistör, 100 mA'yı yapmaya çalışacaktır, ancak yine 35 mA ile sınırlı olacaktır. Genel olarak, 5 V'nin biraz daha az olması durumunda veya parametrelerde başka varyasyonlar olması durumunda biraz marj olması iyi bir fikirdir. Tamam olması gereken bir faktör üç güvenlik marjımız var.

R2 ne olacak? Bunu kullanmadık ve her şey yolunda görünüyor. Bu doğru ve çoğu durumda olacak. Ne zaman ihtiyacımız olacak? Arduino'nun çıkış düşük voltajı 0,7 V'un altına düşmezse, transistör kapalı olduğunda da akım alır. Durum böyle olmayacak, ancak diyelim ki çıkış düşük voltajı 1 V'a yapışacak. R1 ve R2 bir direnç bölücü oluşturur ve R1 = R2'yi seçersek 1 V girişi 0,5 V taban voltajı olur ve transistör herhangi bir akım alamaz.

Açıkken 0,5 mA baz akımımız vardı, ancak baz vericiye paralel R2 ile bu akımın bir kısmını kaybedeceğiz. R2 10 kΩ ise 0.7 V / 10 kΩ = 70 µA çeker. Yani 500 uA baz akımımız 430 uA olur. Çok fazla marjımız vardı, bu yüzden röleyi etkinleştirmek için bize yeterli akım verecekti.

R2 için bir başka kullanım, kaçak akımı boşaltmak olacaktır. Transistörün, bir optokuplörün fototransistörü gibi bir akım kaynağı tarafından yönlendirildiğini varsayalım. Optokuplör kaynakları geçerliyse, hepsi tabana gider. Optokuplör kapalıysa, fototransistör yine de "karanlık akım" olarak adlandırılan küçük bir kaçak akım yaratacaktır. Genellikle 1 µA'dan fazla değil, ancak bu konuda hiçbir şey yapmazsak, tabana akar ve 200 µA kolektör akımı oluşturur. Iken sıfır olmalıdır. Bu yüzden R2'yi tanıtıyoruz ve bunun için 68 kΩ seçiyoruz. Daha sonra R2, 68 mV / µA'lık bir voltaj düşüşü yaratacaktır. Gerilim düşümü 0,7 V'den düşük olduğu sürece tüm akım R2'den geçer ve hiçbiri tabana girmez. Bu 10 µA'da. Akım daha yüksekse, R2'nin akımı o 10 µA'da kesilir ve geri kalanı tabana geçer. Yani bir eşik oluşturmak için R2'yi kullanabiliriz. Karanlık akım transistörü etkinleştirmez, çünkü çok düşük.

Bu akım tahrikli R2 haricinde çok nadiren gerekli olacaktır. Burada buna ihtiyacınız olmayacak.

Gerçekten 2 ayrı zemine ihtiyacınız varsa, o zaman bir optokupl AKA katı hal rölesi seçeneğiniz olduğunu belirtmek gerekir. Ancak bunlar transistörlerden birkaç kat daha hantal ve pahalıdır (küçük bir proje için hala kötü değil), bu yüzden sadece gerçekten ihtiyaç duyulduğunda kullanın.