Czy w obwodzie przełączanym przez tranzystor NPN zasilanie i wejście potrzebują tej samej masy?

Próbuję stworzyć obwód, który pozwoli mi włączyć przekaźnik, który włączy diodę LED. Jednak przekaźnik jest przystosowany do napięcia 12 V, a ja mam tylko wejście 5 V, więc używam tranzystora NPN . do włączania i wyłączania zasilania przekaźnika. Oto schemat:

Jestem jednak zdezorientowany co do kilku rzeczy (zwróć uwagę, że uziemienie zarówno dla zasilacza 12 V, jak i zasilacza 5 V jest nieokreślone):

1. Jeśli mój zasilacz 5 V to Arduino, czy mogę użyć uziemienia do uziemienia zasilacza 12 V.

2. Czy to możliwe, aby baza i emiter miały inne uziemienie na tranzystorze? A może muszą być takie same?

3. Jeśli mój zasilacz 12 V to 8 baterii AA (nie jest zrównoważony, ale używam go tylko do testowania), w jaki sposób miałbym podłączyć to do tego samego uziemienia co arduino zamiast negatywnej strony baterii?

4. Jak mogę dowiedzieć się, jakie powinny być R1 i R2, w oparciu o tranzystor? Czytałem niektóre rzeczy online, ale nadal jestem zdezorientowany.

5. Czy są jeszcze inne rzeczy, których nie biorę pod uwagę, że powinienem być?

Jestem całkowicie nowy, więc każda pomoc jest bardzo ceniona.

1. Tak, aby podłączyć tranzystor, należy podłączyć uziemienie 5 V i 12 V do tego obwodu. Pamiętaj, że musi istnieć ścieżka powrotna dla prądu podstawowego. Nie można wysłać sygnału za pomocą tylko 1 drutu.

2. Patrz wyżej, emiter musi korzystać z tego samego uziemienia co źródło sygnału (Arduino), w przeciwnym razie nie ma ścieżki powrotnej.

3. Podłącz ujemny zacisk dolnej baterii (zakładając, że masz 8 szeregowo) do masy Arduino.
   „Uziemienie” to tylko punkt odniesienia do pomiaru napięć w obwodzie, możesz wybrać dowolny punkt (chociaż zwykle jest to sieć podłączona do ujemnego zacisku zasilania). Na przykład, możesz nazwać punkt, do którego zacisk dodatni łączy się w obwodzie „masa”, a wtedy „pierwotna masa” (masa pokazana w twoim obwodzie) będzie wynosić -12V w stosunku do niej. Zacisk ujemny nie oznacza, że ​​napięcie jest ujemne, po prostu mówi, w którą stronę płynie prąd.

4. (a) R1 ma na celu ograniczenie prądu do podstawy tranzystora. Aby obliczyć wartość, musimy wiedzieć, ile prądu przełączamy (tj. Ile potrzebuje przekaźnik) i zysk prądu tranzystora. Powiedzmy, że używamy tranzystora o wzmocnieniu prądowym 200, a przekaźnik potrzebuje 20 mA do przełączenia. Ponieważ prąd przepływający przez bazę jest wzmacniany przez wzmocnienie prądu, wiemy, że prąd podstawowy musi wynosić co najmniej 20 mA / 200 = 0,1 mA.
   Napięcie podstawowe typowego tranzystora bipolarnego wynosi około 0,7 V, więc rezystor szeregowy (R1) musi wynosić maksymalnie: (5 V - 0,7 V) / 0,1 mA = 43 kΩ
   Ponieważ wzmocnienie może się różnić (aby zachować bezpieczeństwo, należy przejść od wartości minimalnej w arkuszu danych), możemy wybrać 33 kΩ, aby mieć zapasowy prąd podstawowy. Zauważ, że aby być skutecznym przełącznikiem, chcemy, aby tranzystor się nasycił, ponieważ efektywne wzmocnienie zaczyna spadać w kolanie między trybem liniowym a nasyceniem (jak wspomniał Shokran). Dlatego wybieramy rezystor o wartości niższej niż obliczona, aby upewnić się, że możemy przyciągnąć kolektor do ziemi. W przypadkach z np. Tranzystorami mocy, w których ważne jest minimalizowanie rozproszenia, rozsądnie jest wybrać wartość co najmniej 5 razy mniejszą niż obliczona (lub założyć zysk ~ 20), abyśmy mogli zejść tak nisko jak 4,3 tys. W powyższym przykładzie.

   (b) R2 ma za zadanie upewnić się, że podstawa jest przyciągnięta do ziemi, gdy prąd napędowy zostanie usunięty. Ma to na celu zatrzymanie prądu upływu powodującego częściowe włączenie tranzystora. Wartość nie musi być zbyt precyzyjna, wystarczy wystarczająca do zlikwidowania prądu upływu (karta katalogowa) i niezbyt niska, aby ukraść zbyt duży prąd wyjściowy. 5-10 razy większy niż rezystor szeregowy (lub 1kΩ do 500kΩ) to przybliżony zakres. 100k i Omega to rozsądna wartość w większości przypadków, choć wybrałbym tutaj 330k, ponieważ prąd upływu powinien być minimalny. Jeśli musisz zejść znacznie niżej, musisz wyregulować rezystor szeregowy, aby to zrekompensować.
   Zauważ, że jeśli pin Arduino jest doprowadzony do 0 V (tj. Ustawiony na wyjście i logikę 0), wówczas R2 nie jest tak naprawdę konieczne, tylko jeśli pin jest ustawiony na wysoką impedancję (tj. Wejście)
   Uwaga 2 - bardzo rzadko jest to powód do zmartwień w przypadku BJT (MOSFET to kolejna sprawa i zdecydowanie nie chcę pozostać unoszący się) Jeśli masz tranzystor o bardzo wysokim wzmocnieniu (szczególnie Darlington), hałaśliwym otoczeniu i / lub bardzo wysoka temperatura (wzrost upływu wraz z temperaturą) i bardzo wysoki rezystor kolektora mogą wówczas powodować problemy, ale ogólnie prąd upływowy będzie zbyt mały, aby mieć znaczenie.

5. Nie, żebym mógł to teraz dostrzec (jednak jest tutaj 4:48 rano, więc mój mózg mógł już dawno się wycofać, więc zastrzegam sobie prawo do przeoczenia czegoś oczywistego ;-))

1), 2) i 3)
Jeśli używasz różnych zasilaczy w obwodzie, musisz podłączyć je w taki czy inny sposób, aby miały wspólne odniesienia. Prawie zawsze będziesz łączyć grunty, ponieważ są one Twoim punktem odniesienia. Napięcie jest względne: jeśli weźmiesz plus baterii jako odniesienie, minus będzie wynosił -12 V, jeśli weźmiesz minus jako odniesienie, plus będzie wynosił +12 V. Niewiele obwodów będzie używać plus jako odniesienia, lubimy dodatnie napięcia lepsze. Tak więc minus baterii trafia na ziemię Arduino.

Dlaczego muszą być połączone? Twój tranzystor zobaczy dwa prądy: prąd podstawowy, wchodzący do bazy i wracający do źródła zasilania 5 V przez emiter, oraz prąd kolektora wchodzący do kolektora, a także wracający do akumulatora przez emiter. Ponieważ prądy mają wspólny emiter (nazywa się to wspólnym obwodem emiterowym ), to tam będą podłączone oba zasilacze.

Skąd prąd bazowy wie, którą drogą iść, gdy wychodzi z tranzystora przez emiter? Prąd może płynąć tylko w zamkniętej pętli, od plusa z zasilacza do minusa. Prąd bazowy zaczynał się od +5 V, więc nie zamykałby pętli, gdy szedłby w kierunku uziemienia akumulatorów.

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

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

$\frac{4.3 V}{0.175 mA}$

Wybierzmy rezystor 10 kΩ. To znacznie niższa wartość, niż potrzebowaliśmy, ale wszystko będzie dobrze. Prąd podstawowy wyniesie około 0,5 mA, który Arduino dostarczy z radością, a tranzystor spróbuje wytworzyć to 100 mA, ale znowu będzie ograniczony do naszego 35 mA. Zasadniczo dobrym pomysłem jest mieć pewien margines, na wypadek gdyby 5 V było nieco mniejsze lub jakiekolwiek inne różnice w parametrach. Mamy margines bezpieczeństwa trzykrotnie, który powinien być OK.

Co z R2? Nie korzystaliśmy z tego i wszystko wydaje się w porządku. Zgadza się i tak będzie w większości przypadków. Kiedy będziemy tego potrzebować? Jeśli wyjściowe niskie napięcie Arduino nie spadnie poniżej 0,7 V, to tranzystor również dostanie prąd, gdy jest wyłączony. Tak się nie stanie, ale powiedzmy, że niskie napięcie wyjściowe utrzyma się na poziomie 1 V. R1 i R2 tworzą dzielnik rezystorowy, a jeśli wybierzemy R1 = R2, wówczas wejście 1 V stanie się napięciem bazowym 0,5 V, a tranzystor nie pobierałby prądu.

Mieliśmy prąd bazowy 0,5 mA, gdy jest włączony, ale przy R2 równoległym do emitera bazowego stracimy tam trochę tego prądu. Jeśli R2 wynosi 10 kΩ, pobierze 0,7 V / 10 kΩ = 70 µA. Zatem nasz prąd podstawowy 500 µA staje się 430 µA. Mieliśmy duży margines, więc nadal dawałoby nam to wystarczającą ilość prądu, aby aktywować przekaźnik.

Innym zastosowaniem R2 byłoby spuszczenie prądu upływowego. Załóżmy, że tranzystor jest napędzany przez źródło prądu, takie jak fototranzystor transoptora. Jeśli transoptor pobiera prąd, wszystko trafi do bazy. Jeśli transoptor jest wyłączony, fototranzystor nadal będzie wytwarzał mały prąd upływowy, co nazywa się „prądem ciemnym”. Często nie więcej niż 1 µA, ale jeśli nic z tym nie zrobimy, wpłynie do podstawy i wytworzy prąd kolektora 200 µA. Chociaż powinno to być zero. Przedstawiamy R2 i wybieramy dla niego 68 kΩ. Wtedy R2 wytworzy spadek napięcia o wartości 68 mV / µA. Tak długo, jak spadek napięcia jest mniejszy niż 0,7 V, cały prąd przepłynie przez R2 i żaden nie dojdzie do podstawy. To przy 10 µA. Jeśli prąd jest wyższy, prąd R2 zostanie przycięty przy tym 10 µA, a reszta przepłynie przez podstawę. Możemy więc użyć R2 do utworzenia progu. Ciemny prąd nie aktywuje tranzystora, ponieważ jest zbyt niski.

Z wyjątkiem tego przypadku R2 napędzanego prądem bardzo rzadko będzie konieczne. Nie będziesz go tutaj potrzebował.

Wydaje się, że warto wspomnieć, że jeśli naprawdę potrzebujesz 2 oddzielnych uziemień, masz opcję przekaźnika półprzewodnikowego AKA. Ale są one kilkakrotnie bardziej nieporęczne i droższe niż tranzystory (wciąż nieźle jak na mały projekt), więc używaj tylko wtedy, gdy jest naprawdę potrzebne.