Potrzebujesz pomocy w obliczeniu rezystancji podstawy tranzystora

Mam 3 przekaźniki samochodowe 12VDC / 40A ( arkusz danych ), których chcę używać z moim Arduino. Na podstawie samouczka, którego obserwuję ( link ), potrzebuję tranzystora, rezystora i diody. Nie jestem inżynierem elektrykiem, dlatego nie jestem pewien co do części i obliczeń, które wykonałem.

Na początek rezystancja cewki przekaźnika wynosi 90 + -10% Ohm na arkusz danych. Kontynuuję, obliczając bieżący przepływ.

Napięcie = rezystancja * Prąd

Prąd = napięcie / rezystancja

Prąd = 12 V / 90

Prąd Ohm = 133 mA

Do tranzystora mogę dostać 2N3904 lub 2N4401. W tym momencie muszę obliczyć rezystancję podstawy tranzystora. W samouczku jest to następujące

hfe = Ic / Ib

Ib = Ic / hfe

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

R1 = U / Ib

R1 = 5 V / 0,0004 A

R1 = 12500 Ohm

Arkusz danych 2N3904 stwierdza, że ​​H (fe) wynosi 30-300, gdy lc = 100mA (moja to 130mA) i Vce = 1V. W tym momencie nie mam pojęcia, co się dzieje, dlatego potrzebuję pomocy.

Edycja: Oto, z czym skończyłem. RLY1 na zdjęciu to 12VDC / 40A ( link )

Projektujmy w najgorszym przypadku, to dobra praktyka.

$Ic = 133\text{mA}$

$h_{FE} = 30$

Możesz teraz obliczyć Ib:

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

$V_{BE,SAT} = 0.95$

Teraz obliczmy opór serii podstawowej. Jest to równe napięciu na rezystorze, podzielonemu przez prąd przez nie przepuszczony. Prąd przepływający przez rezystor jest taki sam jak prąd podstawowy. Napięcie na nim to napięcie szyny (5 V) zmniejszone o napięcie między bazą a emiterem tranzystora V (CE, sat).

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

Biorąc pod uwagę wszystkie najgorsze przypadki inżynierii do tej pory, zaokrąglimy to do najbliższej wartości rezystora E12 1kΩ (lub 820Ω dla inżynierii najgorszego przypadku, będzie działać z jednym z nich).

Masz rację, wydaje się, że cewka przekaźnika potrzebuje nominalnie 133 mA. Nie jest to jednak najgorszy przypadek i zakłada się, że 12 V jest przyłożone do cewki. Niemniej jednak jest to dobre miejsce na początek, a potem i tak dodamy współczynnik 2-krotny margines.

Powiedzmy, że minimalny gwarantowany zysk tranzystora, którego użyjesz, wynosi 50. Oznacza to, że prąd podstawowy musi wynosić co najmniej 133 mA / 50 = 2,7 mA. Jeśli twoje wyjście cyfrowe wynosi 5 V, to wokół rezystora podstawowego będzie około 4,3 V po uwzględnieniu spadku BE tranzystora. 4,3 V / 2,7 mA = 1,6 kΩ. Aby zostawić margines, użyj około połowy tego. Wspólna wartość 820 Ω powinna być dobra.

Teraz sprawdź ponownie, aby zobaczyć, co musi zapewniać wyjście cyfrowe. 4,3 V / 820 Ω = 5,2 mA. Wiele cyfrowych wyjść może to źródło, ale musisz sprawdzić, czy twoje. Jeśli nie może, potrzebujesz innej topologii.

Ponieważ używasz tranzystora w konfiguracji nasyconego przełączania, to jest OK, jeśli wpompujesz do części więcej prądu bazowego, niż jest to faktycznie wymagane dla ilości prądu kolektora, który zamierzasz zatopić w urządzeniu z cewki przekaźnika.

Jest to praktyczne ograniczenie maksymalnego prądu bazowego, jaki można wprowadzić w przypadku 2N3904 / 2N4401. Ten limit nie zawsze jest wyraźnie określony w arkuszach danych części, ale z doświadczenia mogę powiedzieć, że jest w zakresie 5-> 6 mA.

W przypadku projektu zmiany warto zaplanować minimalną gwarantowaną wartość Hfe plus marżę. Powiedzmy, że wybierasz 25 jako najgorszy przypadek działania Hfe. Przy wymaganym prądzie kolektora wynoszącym 133 mA i Hfe równym 25 uzyskany prąd roboczy będzie wynosił 5,32 mA. Wydaje się, że jest to w obszarze OK dla tych typów tranzystorów.

Wygląda na to, że zamierzasz napędzać bazę sygnałem 5 V. Przy nominalnym Vbe wynoszącym 0,7 V, który powoduje spadek o 4,3 V w poprzek rezystora podstawowego. Odporność na ograniczenie prądu do 5,32 mA przy 4,3 V wynosi około 800 omów. Użyj rezystora podstawowego o wartości 820 omów.

Ostatnia uwaga. Jeśli napędzasz to bezpośrednio ze styku wyjściowego MCU, MCU może nie być w stanie uzyskać 5,32 mA przy poziomie wyjściowym 5 V. W związku z tym wyjście MCU spadnie z 5 V. To trochę zmniejszy prąd podstawowy, ale ponieważ obliczyliśmy przy użyciu najgorszego przypadku Hfe, napęd przekaźnika nadal będzie działał dla większości tranzystorów, które wyjmiesz z torby.

$h_{fe}$

$h_{fe}$$\mu A$$\mu A$

Musisz jednak sprawdzić, czy obwód sterujący bazą może stale dostarczać prąd, o którym decydujesz. Ponownie, arkusz informacyjny poinformuje cię i nie chcesz płynąć zbyt blisko tej liczby, w przeciwnym razie możesz zmniejszyć niezawodność chipów.

Jest jeszcze jedna uwaga. Wiele urządzeń CMOS stwierdza, że ​​tam maksymalny prąd wyjściowy wynosi (powiedzmy) 20 mA, ALE też podaje maksymalny prąd mocy (powiedzmy) 100 mA. To dobrze, jeśli układ ma 3 wyjścia, ale co jeśli układ jest buforem ósemkowym. Realistycznie sprawdź prąd wyjściowy na pin ORAZ podwójnie sprawdź prąd zasilacza - może istnieć ograniczenie, które uniemożliwia wyprowadzenie wszystkich pinów o / p na 20 mA.

Ib = Ic / hfe (dobra)

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

Hmmm! Ic = 0,13 A nie 0,03 i wziąłbym hfe na około 50, a nie 75. (ogólnie małe tranzystory sygnałowe mają co najmniej ten zysk) To daje Ib = 0,0026 lub 2,6 mA

Dla wejścia 5 V spadek napięcia na oporniku wejściowym wyniesie 5 - 0,6 V = 4,4 V (pamiętaj, że spadek emitera bazy wymaga około 0,6 V, zanim tranzystor zostanie włączony). To daje;

                Rb = 4.4/0.0026 = 1k7

Teraz jest to naprawdę maksymalna wartość dla rezystora bazowego, więc wybrałeś rezystancję wartości standardowej poniżej tego powiedzmy 1k5 lub nawet 1k0.

Chciałbym udostępnić ten link, ponieważ zawiera on dobre informacje na temat używania mikrokontrolerów do łączenia się z elektroniką świata rzeczywistego. Spójrz na części 7 z mikrokontrolera relacje Spis treści