Wie wirkt sich der Basiswiderstand auf einen Transistor aus?

Ich bin nicht stark in Elektrotechnik und habe einen Prototyp einer Schaltung entwickelt, die funktioniert; aber zu meinem Leidwesen verstehe ich nicht warum.

Ich verwende einen Arduino Digital Out Pin, um ein Relais mit Strom zu versorgen. Ich habe einen NPN-Transistor, um 5 Volt durch die Relaisspule zu schalten, die 125 Ohm beträgt. Zuerst habe ich nur die Basis mit dem Ausgangspin verbunden und es hat gut funktioniert. Dann bemerkte ich, dass die Leute dazu neigten, einen Basiswiderstand hinzuzufügen, also steckte ich einen 1K-Ohm-Widerstand hinein und es funktionierte immer noch gut.

Ich habe versucht, mehr über Basiswiderstände zu erfahren, und ich habe das Gefühl, dass ich berechnet habe, dass ich einen größeren Widerstand haben sollte. Ist der Zweck des Basiswiderstands nur, den Strom zu senken, um Energieverschwendung zu vermeiden? Oder um Hitzeentwicklung zu vermeiden? Ich verstehe nicht ganz, warum ein Basiswiderstand benötigt wird, und wenn ja, warum das Relais in meiner Schaltung ohne den Widerstand und auch mit einem kleineren Widerstand gut funktioniert hat.

Dies ist das Datenblatt für meinen Transistor: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/21675/STMICROELECTRONICS/2N2222.html

Ich habe kein Datenblatt für das Relais (es ist Teil eines alten Hobbybausatzes ... Sie wissen schon ... einer von denen mit dem Steckbrett und den Federn).

Hier mein aktuelles Setup:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Hier sind meine wahrscheinlich falschen Berechnungen. Ich berechnete den Kollektorstrom als

ICH C = 5 v 125 Ω = 40 M A

Ich fühlte mich wie, basierend auf der Spezifikation, ein vernünftiger H F E für 40mA ist 75. Somit ist

ICH B ( S A T ) = 40 M A 75 ≈ .5 M A

Angesichts dessen fühlte ich mich am besten geeignet für v B E ( S A T ) = 1.3 v .

Dann dachte ich, ich müsste 3,7 V über den Basiswiderstand bei 0,5 mA fallen lassen. Daher,

R B A S e = 5 v − 1.3 v .5 M A ÷ 1000 = 7 , 400 Ω

Also, wenn das richtig ist, was versuche ich mit diesem Widerstand zu erreichen? Versuche ich, Energieverlust oder Wärmeerzeugung zu verhindern? Oder versuche ich, die maximale Basissättigungsspannung nicht zu überschreiten?

Angesichts der Tatsache, dass 7k4 Ohm kein gemeinsamer Widerstand ist, sollte ich auf einen 6k8-Ohm-Widerstand fallen oder auf einen 8k2-Ohm-Widerstand gehen?

Es scheint, als würden 8k2 Ohm die Basisspannung unter der maximalen Sättigungsspannung halten und 6k8 Ohm würden die Basisspannung über der maximalen Basis-Emitter-Sättigungsspannung halten. Was bin ich hinterher?

Oder, nehme ich alternativ an, bin ich völlig vom Weg abgekommen?

Schlagen Sie vor, einen moderneren Transistor als diesen alten Hulk zu verwenden - so etwas wie einen 2N4401 (vielleicht nur 30 Jahre alt?). Schießen Sie auch auf Ic/Ib = 10~20, nicht 75.
@SpehroPefhany, was meinst du mit einem Ic/Ib? Das heißt, ich sollte kein hFE von 75 erwarten? Weil ich einen so niedrigen Kollektorstrom habe, werde ich nicht wirklich viel Verstärkung von meinem Transistor bekommen?
Sie möchten, dass der Transistor stark gesättigt ist und nicht nur eine niedrige Vce hat, und Sie möchten, dass dies unter allen Bedingungen der Fall ist, nicht nur bei Raumtemperatur und dergleichen. Schauen Sie sich an, wo Vce (sat) im Datenblatt angegeben ist - es ist in fast allen Fällen Ic / Ib = 10. hFE ist bei Vce = 10 V und 25 ° C angegeben, nicht das, was Sie wollen.

Antworten (1)

Der Hauptzweck des Basiswiderstands besteht darin, einen übermäßigen Strom zur Basis zu begrenzen. Der BJT ist ein spannungsgesteuertes Gerät und daher ist Strom nicht der treibende Faktor für das Schalten. Der Basiswiderstand muss groß genug sein, um eine Beschädigung des Transistors zu verhindern, sollte aber dennoch ausreichend Strom zulassen, um sicherzustellen, dass der Transistor gemäß den Basisspannungen ein- und ausschaltet.

Es funktioniert manchmal, keinen Basiswiderstand zu verwenden, aber es ist eine schreckliche Praxis und fordert nur Ärger. Wenn Sie sich auf diesen Mechanismus verlassen, besteht die Gefahr, dass Ihr E / A-Pin durchbrennt und Ihr Transistor beschädigt wird. Daher wird empfohlen, einen Basiswiderstand zu verwenden. Ohne Widerstand legen Sie 5 V an einen niederohmigen Eingang (Basis - Emitter) und fordern die Atmega / Arduino-Pins auf, viel Strom zu liefern. Irgendwann, wenn nicht sofort, wird das Ihren Atmega zerstören.

Sie benötigen jedoch keinen Basiswiderstand, wenn Sie den Transistor in der Konfiguration mit gemeinsamem Kollektor betreiben, die manchmal als Emitterfolger bezeichnet wird. Dies liegt daran, dass jeder Strom, der durch die Emitterlast fließt, dazu führt, dass die Spannung am Emitter auf einen Punkt ansteigt, an dem sie 0,7 V unter der Spannung an der Basis liegt, und einen weiteren Stromfluss verhindert. Dies ist eine Art negative Rückkopplung auf den Basisstrom.

Der Hauptzweck eines Basiswiderstands besteht darin, die Kapazität zu überfluten. Der Transistor selbst begrenzt den Basisstrom aufgrund seiner hohen Eingangsimpedanz in den meisten Konfigurationen auf Mikroampere .
Nicht wirklich. Wenn Sie eine Spannung von deutlich mehr als 0,7 V an das Ende eines BJT anlegen, fließt ein hoher Strom, der möglicherweise über die sichere Leistungsfähigkeit des Geräts hinausgeht. Anstatt zu sagen, dass der Basiswiderstand übermäßigen Strom begrenzt, ist es meiner Meinung nach besser zu sagen, dass der Basiswiderstand den Basisstrom definiert. Der erforderliche Basisstrom wird durch die Belastung im Kollektor bestimmt. Für dieses Beispiel benötigt das 125-Ohm-Relais, das mit 5 V betrieben wird, 40 mA. Normalerweise gehen Sie für diese gesättigten Bedingungen von einem Hfe von 10 aus. Wir müssen 4 mA in die Basis treiben, wofür wir einen 1k-Widerstand benötigen.
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