Нужна помощь в расчете сопротивления для транзисторной базы

У меня есть 3 автомобильных реле 12VDC / 40A ( таблица данных ), которые я хочу использовать с моим Arduino. Основываясь на уроке, которому я следую ( ссылка ), мне нужны транзистор, резистор и диод. Я не инженер-электрик, поэтому я не уверен насчет деталей и расчетов, которые я сделал.

Для начала сопротивление катушки реле составляет 90 + -10% Ом на таблицу. Поэтому я продолжаю вычислять текущий поток.

Напряжение = Сопротивление * Ток

Ток = Напряжение / Сопротивление

Ток = 12/90

Ом ток = 133 мА

Для транзистора я могу получить 2N3904 или 2N4401. На данный момент я должен рассчитать сопротивление для базы транзистора. В учебнике его следующим образом

hfe = Ic / Ib

Ib = Ic / HFE

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

R1 = U / Ib

R1 = 5 В / 0,0004 А

R1 = 12500 Ом

Лист данных 2N3904 гласит, что H (fe) составляет 30-300 при lc = 100 мА (у меня 130 мА) и Vce = 1 В. На данный момент я понятия не имею, что происходит, поэтому мне нужна помощь.

Изменить: вот что я закончил. RLY1 на рисунке 12VDC / 40A ( ссылка )

Давайте разработаем для худшего случая, это хорошая практика.

$Ic = 133\text{mA}$

$h_{FE} = 30$

Вы можете рассчитать Ib сейчас:

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

$V_{BE,SAT} = 0.95$

Теперь давайте посчитаем сопротивление базовой серии. Это равно напряжению на резисторе, деленному на ток через него. Ток через резистор такой же, как и ток базы. Напряжение на нем равно напряжению шины (5 В), уменьшенному на напряжение базы-эмиттера транзистора V (CE, SAT).

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

При всей наихудшей разработке до настоящего момента, давайте на этот раз просто округлим ее до ближайшего значения резистора E12, равного 1 кОм (или 820 Ом для наихудшего случая, оно будет работать с любым из них).

Вы правы в том, что катушке реле требуется 133 мА номинал. Тем не менее, это не самый худший случай, и это предполагает 12 В на катушку. Тем не менее, это хорошее место для начала, тогда мы все равно добавим коэффициент в 2 раза позже.

Допустим, минимальный гарантированный коэффициент усиления используемого транзистора составляет 50. Это означает, что базовый ток должен быть не менее 133 мА / 50 = 2,7 мА. Если ваш цифровой выход составляет 5 В, тогда на базовом резисторе будет около 4,3 В после учета падения BE транзистора. 4,3 В / 2,7 мА = 1,6 кОм. Чтобы оставить запас, используйте примерно половину этого. Общее значение 820 Ом должно быть хорошим.

Теперь проверьте еще раз, что должен обеспечить цифровой выход. 4,3 В / 820 Ом = 5,2 мА. Многие цифровые выходы могут быть источником этого, но вы должны проверить, что ваш может. Если это невозможно, вам нужна другая топология.

Так как вы используете транзистор в конфигурации с насыщенным переключением, все в порядке, если вы накачиваете в деталь больше базового тока, чем фактически требуется для величины тока коллектора, который вы намерены пропустить через устройство от катушки реле.

Это практический предел максимального базового тока, который вы можете ввести в случае 2N3904 / 2N4401. Этот предел не всегда четко указан в технических паспортах на детали, но по опыту могу сказать, что он находится в диапазоне 5-> 6 мА.

Для схемы переключения вы можете планировать минимальный гарантированный Hfe плюс запас. Допустим, вы выбрали 25 как наихудший вариант работы Hfe. При необходимом токе коллектора 133 мА и Hfe 25 ток рабочей базы составит 5,32 мА. Это, кажется, в области ОК для этих типов транзисторов.

Похоже, что вы намерены управлять базой от 5V сигнала. С номинальным Vbe 0,7 В, который оставляет вас с падением напряжения 4,3 В на базовом резисторе. Сопротивление для ограничения тока до 5,32 мА при 4,3 В составляет приблизительно 800 Ом. Используйте базовое сопротивление 820 Ом.

Конечная нота Если вы управляете этим напрямую с выходного контакта MCU, MCU может не иметь возможности подать 5,32 мА при уровне выходного сигнала 5 В. Таким образом, выход MCU снизится с 5В. Это немного снизит базовый ток, но, поскольку мы рассчитали с использованием наихудшего случая Hfe, релейный привод все равно будет работать для большинства транзисторов, которые вы возьмете из пакета.

$h_{fe}$

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

Однако вам необходимо решить, может ли цепь, управляющая базой, непрерывно подавать ток, который вы выбрали. Опять же, лист данных проинформирует вас, и вы не хотите идти слишком близко к этому номеру, иначе вы можете снизить надежность чипов.

Есть и другое соображение тоже. Многие устройства CMOS заявляют, что максимальный выходной ток составляет, скажем, 20 мА, НО они также указывают максимальный ток мощности, скажем, 100 мА. Это хорошо, если чип управляет 3 выходами, но что, если чип является восьмеричным буфером. Реально проверьте токовый выход на контакт и дважды проверьте ток источника питания - это может быть ограничение, которое предотвращает выталкивание всех выводов o / p 20 мА.

Ib = Ic / hfe (отлично)

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

Ммм! Ic = .13 A не 0,03, и я бы взял hfe равным примерно 50, а не 75. (как правило, транзисторы с малым сигналом имеют по крайней мере такой коэффициент усиления). Это дает Ib = 0,0026 или 2,6 мА.

Для входа 5 В падение напряжения на входном резисторе будет 5 - 0,6 В = 4,4 В (помните, что падение напряжения на базовом эмиттере должно быть около 0,6 В, прежде чем транзистор будет включен.) Это дает;

                Rb = 4.4/0.0026 = 1k7

Теперь это действительно максимальное значение для базового резистора, поэтому выберите стандартное значение сопротивления ниже, скажем, 1k5 или даже 1k0.

Я хотел бы поделиться этой ссылкой, она имеет хорошую информацию об использовании микроконтроллеров для взаимодействия с реальной электроникой. Посмотрите на часть 7 из микроконтроллерах Сопряжение Оглавлению