Benötigen Sie Hilfe bei der Berechnung des Widerstands für die Transistorbasis

Lassen Sie uns für den schlimmsten Fall entwerfen, das ist eine gute Praxis.

$Ic = 133\text{mA}$

$h_{FE} = 30$# laut Datenblatt mindestens 30, normalerweise viel besser; @Ic=100mA

Sie können Ib jetzt berechnen:

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

$V_{BE,SAT} = 0.95$# Datenblatt, nächste Übereinstimmung ist 50mA. Maximalwert, praktischer Wert ist wahrscheinlich viel niedriger (0,65 V)

Lassen Sie uns nun den Basisserienwiderstand berechnen. Dies ist gleich der Spannung am Widerstand geteilt durch den Strom durch ihn. Der Strom durch den Widerstand ist gleich dem Basisstrom. Die Spannung darüber ist die Schienenspannung (5 V), vermindert um die Basis-Emitter-Spannung des Transistors V(CE,sat).

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

Bei allen Worst-Case-Engineerings bis hierhin runden wir sie ausnahmsweise einmal auf den nächsten E12-Widerstandswert von 1 kΩ (oder 820 Ω für Worst-Case-Engineering, es funktioniert mit beiden).

Sie haben Recht, dass die Relaisspule nominal 133 mA zu benötigen scheint. Dies ist jedoch nicht der schlimmste Fall und setzt voraus, dass 12 V an die Spule angelegt werden. Trotzdem ist das ein guter Anfang, dann werfen wir später sowieso einen Faktor 2 Marge ein.

Nehmen wir an, die garantierte Mindestverstärkung des verwendeten Transistors beträgt 50. Das bedeutet, dass der Basisstrom mindestens 133 mA / 50 = 2,7 mA betragen muss. Wenn Ihr digitaler Ausgang 5 V beträgt, liegen nach Berücksichtigung des BE-Abfalls des Transistors etwa 4,3 V am Basiswiderstand an. 4,3 V / 2,7 mA = 1,6 kΩ. Um etwas Rand zu lassen, verwenden Sie etwa die Hälfte davon. Der übliche Wert von 820 Ω sollte gut sein.

Überprüfen Sie nun noch einmal, was der digitale Ausgang liefern muss. 4,3 V / 820 Ω = 5,2 mA. Viele digitale Ausgänge können das liefern, aber Sie müssen überprüfen, ob Ihre das können. Wenn dies nicht möglich ist, benötigen Sie eine andere Topologie.

Da Sie den Transistor in einer gesättigten Schaltkonfiguration verwenden, ist es in Ordnung, wenn Sie mehr Basisstrom in das Teil pumpen, als tatsächlich für die Menge an Kollektorstrom erforderlich ist, die Sie von der Relaisspule durch das Gerät leiten möchten.

Dies ist eine praktische Grenze für den maximalen Basisstrom, den Sie im Fall des 2N3904 / 2N4401 einspeisen können. Diese Grenze wird in den Datenblättern der Teile nicht immer explizit angegeben, aber ich kann Ihnen aus Erfahrung sagen, dass sie im Bereich von 5-> 6 mA liegt.

Für ein Switching-Design sollten Sie die minimal garantierte Hfe plus eine Marge einplanen. Nehmen wir also an, Sie wählen 25 als Worst-Case-Working-Hfe. Bei einem benötigten Kollektorstrom von 133 mA und einem Hfe von 25 ergibt sich ein Arbeitsbasisstrom von 5,32 mA. Das scheint für diese Transistortypen im OK-Bereich zu liegen.

Es scheint, dass Sie beabsichtigen, die Basis mit einem 5-V-Signal zu betreiben. Bei einer nominellen Vbe von 0,7 V bleibt ein Abfall von 4,3 V am Basiswiderstand übrig. Der Widerstand zur Begrenzung des Stroms auf 5,32 mA bei 4,3 V beträgt ungefähr 800 Ohm. Verwenden Sie einen Basiswiderstand mit 820 Ohm Standardwert.

Schlussbemerkung. Wenn Sie dies direkt von einem MCU-Ausgangspin ansteuern, ist die MCU möglicherweise nicht in der Lage, 5,32 mA bei einem 5-V-Ausgangspegel zu liefern. Daher fällt der MCU-Ausgang etwas von 5 V ab. Dies wird den Basisstrom etwas reduzieren, aber da wir mit dem Worst-Case-Hfe berechnet haben, funktioniert der Relaisantrieb immer noch für die meisten Transistoren, die Sie aus der Tasche nehmen werden.

Sie können sicherlich mehr Strom in die Basis eines Transistors einspeisen als durch die Kollektorstromanforderungen und impliziert$h_{fe}$. Tatsächlich müssen Sie dies normalerweise tun - dies stellt sicher, dass die Schaltung unter allen normalen Betriebsbedingungen weiterhin wie erwartet funktioniert.

Es gibt jedoch Grenzen - das Datenblatt für den Transistor gibt Ihnen möglicherweise an, dass der absolute maximale Basisstrom (sagen wir) 50 mA beträgt - Sie möchten nicht wirklich so hoch gehen, wenn der Kollektorstrom erforderlich ist und$h_{fe}$bedeuten 50$\mu A$. Wählen Sie also 500$\mu A$. Damit sind wahrscheinlich alle Eventualitäten abgedeckt.

Sie müssen jedoch herausfinden, ob die Schaltung, die die Basis antreibt, den von Ihnen gewählten Strom kontinuierlich liefern kann. Auch hier informiert Sie das Datenblatt und Sie sollten dieser Zahl nicht zu nahe kommen, da Sie sonst die Chipzuverlässigkeit verringern könnten.

Es gibt noch eine andere Überlegung. Viele CMOS-Geräte geben an, dass der maximale Ausgangsstrom (z. B.) 20 mA beträgt, ABER sie geben auch einen maximalen Leistungsstrom von (z. B.) 100 mA an. Dies ist in Ordnung, wenn der Chip 3 Ausgänge ansteuert, aber was ist, wenn der Chip ein Oktalpuffer ist. Überprüfen Sie realistisch den Stromausgang pro Pin UND überprüfen Sie den Stromversorgungsstrom - es kann eine Grenze geben, die verhindert, dass alle o / p-Pins 20 mA ausgeben.

Ib = Ic / hfe (fein)

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

Hmmm! Ic = 0,13 A nicht 0,03 und ich würde hfe auf etwa 50 statt 75 nehmen. (Im Allgemeinen haben die Kleinsignaltransistoren mindestens diese Verstärkung) Dies ergibt Ib = 0,0026 oder 2,6 mA

Für einen 5-V-Eingang beträgt der Spannungsabfall am Eingangswiderstand 5 - 0,6 V = 4,4 V (denken Sie daran, dass der Basis-Emitter-Abfall etwa 0,6 V benötigt, bevor der Transistor eingeschaltet wird.) Dies ergibt;

                Rb = 4.4/0.0026 = 1k7

Nun, dies ist wirklich ein Maximalwert für den Basiswiderstand, also wählen Sie einen Standardwiderstandswert unter diesem, sagen wir 1k5 oder sogar 1k0.

Ich möchte diesen Link teilen, er enthält gute Informationen zur Verwendung von Mikrocontrollern als Schnittstelle zur realen Elektronik. Sehen Sie sich Teil 7 des Inhaltsverzeichnisses für Mikrocontroller-Schnittstellen an