Calculating resistor value for transistor
er is niet genoeg informatie in uw vraag om een definitief antwoord te geven, maar laten we gaan door de ontwerpstappen, zodat niet alleen kunt u erachter te komen deze, maar je misschien beter uitgerust om de volgende transistor vraag die bij u opkomt op te lossen.
Ohm ’s law
Ohm’ s law drukt de relatie tussen weerstand( R), stroom (I) en spanning (V) Uit: V = I * R. Dus als we een 5V voeding en een 100 ohm weerstand eroverheen hadden, zou de stroom i v/R = 5V/100ohm = 0,05 a = 50mA zijn. In uw voorbeeld is er echter ook een IR diode. Het circuit dat je beschrijft met de IR diode en geen transistor ziet er zo uit:
simuleer dit circuit-schema gemaakt met behulp van CircuitLabNote dat ik heb getoond uw Vier 10 ohm weerstanden als een enkele 40 ohm weerstand voor de duidelijkheid. In dit circuit is de voorwaartse spanning ongeveer 1.6 V (wat onder de maximale VF van 1.7 V per de datasheet ligt) en de stroom is ongeveer 85mA. Als u een andere IR-diode gebruikt, moet u de datasheet vinden en opzoeken om de details voor uw deel te krijgen.
Wat is een transistor?
Ja, dat is een retorische vraag. Er zijn veel manieren om na te denken over transistors, hoewel. Een handige manier is om ze te zien als huidige versterkers. De versterking van een transistor, gespecificeerd als hFE, is ruwweg de verhouding tussen de collectorstroom IC en de basisstroom IB. Dit is een zeer simplistische manier van denken, maar het is eigenlijk nog steeds nuttig in de praktijk. Dat is IB * hFE = IC (ongeveer). De werkelijke waarde van hFE varieert, maar een typische waarde is 100 of meer.
het volgende om te onthouden is IB + IC = IE; alle stroom stroomt door de emitter. Dat is verdeeld tussen de basis (klein) en collector (het grootste deel van de stroom). De richting van de stroom is afhankelijk van of de transistor pnp of NPN is. Een 2N2222 is een NPN transistor, die ook de meest voorkomende vorm van bipolaire transistor is, dus de rest van de discussie zal uitgaan van NPN. Alles is meestal hetzelfde voor een PNP transistor behalve dat de stromen en spanningen zijn omgekeerd ten opzichte van een NPN transistor.
een transistor gebruiken als schakelaar
wat we vaak van een transistor willen, zoals in uw geval, is dat deze als een schakelaar werkt. Wij willen het ” aan “als het inputvoltage hoog is en” uit ” als het inputvoltage laag is. Er is een lineair gebied waarin transistors lineair werken zoals de stroomversterker hierboven beschreven. Dat is handig als je een transistor gebruikt als analoge signaalversterker. Echter, als we op zoek zijn naar een binaire aan/uit operatie, zijn we niet geïnteresseerd in het lineaire bereik. In feite proberen we het te vermijden en de transistor uitsluitend in een van de twee regio ‘ s te bedienen: cut-off en verzadiging. De typische regeling voor het besturen van dit van een GPIO-poort (voor elke processor) ziet er als volgt uit:
simuleer dit circuit
berekening van de belastingsweerstand
de weerstand R2 vertegenwoordigt de belasting. In uw geval is de belasting de IR-diode, en welke stroombegrenzingsweerstand dan ook nodig zou kunnen zijn. Dat kunnen we eerst berekenen.
de spanning en stroom voor de IR-diode, zoals hierboven vermeld, kunnen we uit de datasheet halen. De datasheet zegt dat de maximale continue stroom 100mA is (uw datasheet kan een ander nummer specificeren). Daar kunnen we mee beginnen. We kunnen een 3.3 V Vcc of een 5V Vcc gebruiken. Laten we zeggen 5V. de spanning over de diode zal minder zijn dan 1,7 V volgens het datasheet, dus 5V – 1,7 V = 3,3 V.
vervolgens kijken we naar het datasheet voor een 2N2222 transistor en kijken naar de VCE(sat) wat de spanning van de collector naar de emitter betekent wanneer de transistor verzadigd is (volledig aan). Dat is 0.3V bij IC = 150mA volgens de datasheet die dicht genoeg bij ons doel van 100mA te gebruiken is. Dus 3,3 V-0,3 V = 3,0 V. dus nu 3,0 V / 100mA = 30 ohm. U kunt gebruik maken van drie van uw 10 ohm weerstanden of een enkele 33 ohm weerstand (dat is de dichtstbijzijnde standaard waarde). Echter, Ik zou aanraden te verhogen dat een beetje, zodat de IR diode niet werkt op zijn absolute limiet. We kunnen naar de volgende standaardwaarde gaan die 39 Ohm is.
berekening van de ingangsweerstand
gegeven het feit dat we de collectorstroom (rond 100mA) hebben bepaald, kunnen we een minimale basisstroom berekenen met behulp van de HFE van de transistor, als dat het enige getal is dat we hebben. Dus 100mA / 100 = 1mA. Echter, de waarde van hFE is niet echt nuttig wanneer het proberen om de transistor in verzadiging te drijven. Dat komt omdat hFE alleen zinvol is in het lineaire bereik van het apparaat waarin meer basisstroom zich vertaalt in proportioneel meer collectorstroom. Omdat we de transistor in verzadiging willen drijven, wat een gebied is waarin meer basisstroom niet resulteert in meer collectorstroom (omdat het verzadigd is), moeten we een factor toevoegen om ervoor te zorgen dat het helemaal tot verzadiging gedreven wordt. We kunnen willekeurig kiezen voor een waarde van 5 tot 10 of zo voor dat. Dus een 10x multiplier zou ons 10mA geven. De GPIO van de Pi is geschikt voor het leveren van dat, maar laten we doen de berekening een andere manier in plaats.
de VBE (sat) is de basis om de spanning uit te zenden wanneer de transistor verzadigd is. Het datablad geeft een minimumwaarde van 0.6V (wat heel typisch is) en een maximale waarde van 1,5 V bij 15mA basisstroom. Als Pi 3.3 V levert wanneer de speld hoog wordt gedreven, dan is het voltage over de inputweerstand 3.3 V-0.6 v = 2.7 V. 2.7 v / 15mA = 180 Ohm die toevallig ook een standaardwaarde is. Het resulterende circuit ziet er zo uit:
simuleer dit circuit
enkele belangrijke statische (DC) simulatieresultaten voor dit circuit zijn::
V(R1.nA) = 739.5 mVI(R1.nA) = -14.23 mAI(R2.nA) = 83.48 mAV(D1.nA)-V(D1.nK) = 1.656 VWe zien dat de ingangsstroom ongeveer 15mA is, zoals berekend en de diode stroom 83 is.48 mA (comfortabel minder dan de maximale 100mA). De diode spanningsdaling is 1.656 V wat dicht bij maar minder is dan de maximale 1.7 V. voor wat extra veiligheidsmarge, zou u de waarde van stroombeperkende weerstand R2 verder kunnen verhogen.
merk ook op dat dit dicht bij de maximale opgegeven stroom voor de Pi ligt, dus je zult de specifieke poort voor zoveel stroom moeten programmeren (stroom is gespecificeerd van 2mA tot 16mA).
conclusie
de berekening van weerstandswaarden is een meerstapsproces waarbij gegevens uit datasheets worden gebruikt voor zowel de belasting als de gebruikte transistor. Het vereist slechts enkele eenvoudige wiskunde die gemakkelijk met de hand kan worden gedaan. Ik hoop dat dit antwoord niet alleen uw specifieke vraag beantwoordt, maar ook kan worden gebruikt door anderen die hun eigen ontwerpen willen doen.