beregning af modstandsværdi for transistor
der er ikke helt nok information i dit spørgsmål til at give et endeligt svar, men lad os gå gennem designtrinnene, så du ikke kun kan finde ud af denne, men du er måske bedre rustet til at løse det næste transistorspørgsmål, der opstår for dig.
Ohms lov
Ohms lov udtrykker forholdet mellem modstand( R), strøm (i) og spænding (V): V = i * R. Så hvis vi havde en 5V forsyning og en 100 ohm modstand på tværs af den, ville den nuværende jeg være V/R = 5V/100ohm = 0.05 A = 50ma. I dit særlige eksempel er der dog også en IR-diode. Kredsløbet du beskriver med IR-dioden og ingen transistor ser sådan ud:
Simuler dette kredsløb – skematisk oprettet ved hjælp af CircuitLabNote, at jeg har vist dine fire 10 ohm modstande som en enkelt 40 ohm modstand for klarhed. I dette kredsløb er fremspændingen omkring 1,6 V (som er under den maksimale VF på 1,7 V pr. Hvis du bruger en anden IR-diode, skal du finde og slå dens datablad op for at få detaljerne for din del.
Hvad er en transistor?
ja, det er et retorisk spørgsmål. Der er dog mange måder at tænke på transistorer. En nyttig måde er at tænke på dem som nuværende forstærkere. Forstærkningen af en transistor, specificeret som hFE, er omtrent forholdet mellem kollektorstrømmen IC og basisstrømmen Ib. Dette er en meget forenklet måde at tænke på det, men det er faktisk stadig nyttigt i praksis. Det er IB * hFE = IC (ca.). Den faktiske værdi af hFE varierer, men en typisk værdi er 100 eller mere.
den næste ting at huske er IB + IC = IE; hele strømmen strømmer gennem emitteren. Det er delt mellem basen (lille) og samleren (det meste af strømmen). Strømens retning afhænger af, om transistoren er PNP eller NPN. En 2N2222 er en NPN transistor, som også er den mere almindelige form for bipolar transistor, så resten af diskussionen antager NPN. Alt er stort set det samme for en PNP-transistor bortset fra at strømme og spændinger vendes i forhold til en NPN-transistor.
brug af en transistor som en kontakt
hvad vi ofte vil have fra en transistor, som i dit tilfælde, er, at den fungerer som en kontakt. Vi vil have det “tændt”, hvis indgangsspændingen er høj og” slukket”, hvis indgangsspændingen er lav. Der er en lineær region, hvor transistorer virker, godt lineært som den nuværende forstærker beskrevet ovenfor. Det er nyttigt, hvis du bruger en transistor som en analog signalforstærker. Men hvis vi leder efter en binær on/off-operation, er vi ikke interesserede i det lineære interval. Faktisk søger vi at undgå det og betjene transistoren udelukkende i en af to regioner: cut-off og mætning. Det typiske arrangement til at køre dette fra en GPIO-port (for enhver processor) ser sådan ud:
Simuler dette kredsløb
beregning af belastningsmodstand
modstanden R2 repræsenterer belastningen. I dit tilfælde er belastningen IR-dioden, og uanset hvilken strømbegrænsende modstand der måtte være behov for. Vi kan beregne det først.
spændingen og strømmen til IR-dioden, som nævnt ovenfor, kan vi få fra databladet. Databladet siger, at den maksimale kontinuerlige strøm er 100mA (dit datablad kan angive et andet nummer). Så vi kan starte med det. Vi kunne enten bruge en 3.3 V Vcc eller en 5v Vcc. Lad os sige 5V. spændingen over dioden vil være mindre end 1,7 V ifølge databladet, så 5V – 1,7 V = 3,3 V.
næste ser vi på databladet for en 2N2222 transistor og kigger op på VCE(sat), hvilket betyder spændingen fra kollektoren til emitteren, når transistoren er i mætning (helt tændt). Det er 0.3V ved IC=150mA ifølge databladet, som er tæt nok til vores mål på 100ma at bruge. Så 3,3 V-0,3 V = 3,0 V. Så nu 3,0 V/100ma = 30 ohm. Du kan bruge tre af dine 10 ohm modstande eller en enkelt 33 ohm modstand (som er den nærmeste standardværdi). Jeg vil dog anbefale at øge det lidt, så IR-dioden ikke fungerer ved sin absolutte grænse. Vi kan gå op til den næste standardværdi, der er 39 ohm.
beregning af indgangsmodstand
i betragtning af at vi har bestemt kollektorstrømmen (omkring 100mA), kan vi beregne en minimumsbasestrøm ved hjælp af transistorens hFE, hvis det er det eneste tal, vi har. Så 100mA / 100 = 1mA. Værdien af hFE er imidlertid ikke rigtig så nyttig, når man forsøger at drive transistoren til mætning. Det skyldes, at hFE kun er meningsfuldt i enhedens lineære rækkevidde, hvor mere basisstrøm oversættes til forholdsmæssigt mere kollektorstrøm. Fordi vi ønsker at drive transistoren til mætning, hvilket er et område, hvor mere basisstrøm ikke resulterer i mere kollektorstrøm (fordi den er mættet), skal vi tilføje en faktor for at sikre, at den drives helt til mætning. Vi kan vilkårligt vælge en værdi på 5 til 10 eller deromkring for det. Så en 10 gange multiplikator ville give os 10mA i. GPIO af Pi er i stand til at levere det, men lad os gøre beregningen på en anden måde i stedet.
VBE(sat) er basen til emitterspænding, når transistoren er i mætning. Databladet giver en minimumsværdi på 0.6V (hvilket er meget typisk) og en maksimal værdi på 1,5 V ved 15ma basisstrøm. Hvis Pi leverer 3.3 V, når stiften drives højt, er spændingen over indgangsmodstanden 3.3 V – 0.6 V = 2.7 V. 2.7 V / 15ma = 180 Ohm, som bare tilfældigvis også er en standardværdi. Det resulterende kredsløb ser sådan ud:
Simuler dette kredsløb
et par vigtige statiske (DC) simuleringsresultater for dette kredsløb er:
V(R1.nA) = 739.5 mVI(R1.nA) = -14.23 mAI(R2.nA) = 83.48 mAV(D1.nA)-V(D1.nK) = 1.656 Vvi ser, at indgangsstrømmen er omkring 15mA, som beregnet, og diodestrømmen er 83.48 mA (komfortabelt mindre end den maksimale 100mA). Diodespændingsfaldet er 1.656 V, hvilket er tæt på, men mindre end det maksimale 1.7 V. For en ekstra sikkerhedsmargen kan du yderligere øge værdien af strømbegrænsende modstand R2.
Bemærk også, at dette er tæt på den maksimale angivne strøm for Pi, så du bliver nødt til at programmere den bestemte port for så meget strøm (strøm er angivet fra 2MA til 16mA).
konklusion
beregningen af modstandsværdier er en flertrinsproces, der bruger data fra datablade til både belastningen og transistoren, der bruges. Det kræver kun nogle enkle matematik, der nemt kan gøres i hånden. Jeg håber, at dette svar ikke kun besvarer dit specifikke spørgsmål, men også kan anvendes af andre, der ønsker at lave deres egne designs.