• Articles
• admin

nie ma wystarczająco dużo informacji w twoim pytaniu, aby dać ostateczną odpowiedź, ale przejdźmy przez etapy projektowania, aby nie tylko dowiedzieć się tego, ale możesz być lepiej przygotowany do rozwiązania następnego pytania o tranzystor, które występuje do ciebie.

prawo Ohma

prawo Ohma wyraża zależność między rezystancją (R), prądem (I) i napięciem (V): V = I * R. Gdybyśmy więc mieli zasilacz 5V i rezystor 100 ohm, prąd byłby V / R = 5V / 100ohm = 0,05 a = 50mA. W twoim konkretnym przykładzie jest jednak również dioda IR. Układ, który opisujesz z diodą IR i bez tranzystora wygląda tak:

symuluj ten obwód – schemat stworzony za pomocą Circuitlabnotka, że pokazałem Twoje cztery Rezystory 10 ohm jako pojedynczy Rezystor 40 ohm dla jasności. W tym obwodzie napięcie przewodzenia wynosi około 1,6 V (co jest poniżej maksymalnego VF 1,7 V na arkusz danych), a prąd wynosi około 85mA. Jeśli używasz innej Diody IR, musisz znaleźć i przejrzeć jej Arkusz danych, aby uzyskać szczegóły dla swojej części.

co to jest tranzystor?

tak, to pytanie retoryczne. Istnieje jednak wiele sposobów myślenia o tranzystorach. Jednym z użytecznych sposobów jest myślenie o nich jak o wzmacniaczach prądowych. Wzmocnienie tranzystora, określone jako hFE, jest w przybliżeniu stosunkiem między prądem kolektora IC a prądem bazowym IB. To bardzo uproszczony sposób myślenia o tym, ale w rzeczywistości jest nadal przydatny w praktyce. To jest IB * hFE = IC (w przybliżeniu). Rzeczywista wartość hFE jest różna, ale typowa wartość to 100 lub więcej.

następną rzeczą do zapamiętania jest IB + IC = IE; cały prąd przepływa przez emiter. Dzieli się na bazę (malutką) i kolektor (większość prądu). Kierunek prądu zależy od tego, czy tranzystor jest PNP, czy NPN. 2N2222 jest tranzystorem NPN, który jest również bardziej powszechnym rodzajem tranzystora bipolarnego, więc reszta dyskusji będzie zakładać NPN. Wszystko jest w większości takie samo dla tranzystora PNP, z wyjątkiem tego, że prądy i napięcia są odwrócone w odniesieniu do tranzystora NPN.

używanie tranzystora jako przełącznika

to, czego często chcemy od tranzystora, tak jak w Twoim przypadku, to aby działał jak przełącznik. Chcemy go „włączyć”, jeśli napięcie wejściowe jest wysokie i” wyłączyć”, jeśli napięcie wejściowe jest niskie. Jest obszar liniowy, w którym Tranzystory działają, cóż, liniowo, jak wzmacniacz prądowy opisany powyżej. Jest to przydatne, jeśli używasz tranzystora jako wzmacniacza sygnału analogowego. Jeśli jednak szukamy operacji binarnego włączania / wyłączania, nie interesuje nas zakres liniowy. W rzeczywistości staramy się tego uniknąć i operować tranzystorem wyłącznie w jednym z dwóch regionów: odcięcia i nasycenia. Typowy układ dla jazdy to z portu GPIO (dla dowolnego procesora) wygląda tak:

symuluj ten obwód

obliczenie rezystora obciążenia

Rezystor R2 reprezentuje obciążenie. W Twoim przypadku obciążeniem jest dioda IR i jakikolwiek rezystor ograniczający prąd może być potrzebny. Możemy to najpierw obliczyć.

napięcie i prąd dla Diody IR, jak wspomniano powyżej, możemy uzyskać z arkusza danych. Arkusz danych mówi, że maksymalny prąd ciągły wynosi 100mA (Twój arkusz danych może podać inną liczbę). Zacznijmy od tego. Możemy użyć Vcc 3.3 V lub Vcc 5V. Powiedzmy 5V. napięcie na diodzie będzie mniejsze niż 1,7 V zgodnie z arkuszem danych, więc 5V-1,7 V = 3,3 V.

następnie spojrzymy na arkusz danych dla tranzystora 2N2222 i spojrzymy na VCE(sat), co oznacza napięcie od kolektora do emitera, gdy tranzystor jest nasycony (całkowicie włączony). To jest 0.3V przy IC=150mA zgodnie z arkuszem danych, który jest wystarczająco blisko naszego celu 100MA do użycia. Więc 3.3 V-0.3 V = 3.0 V. więc teraz 3.0 V/100mA = 30 omów. Możesz użyć trzech rezystorów 10 ohm lub jednego rezystora 33 ohm (który jest najbliższą wartością standardową). Jednak zalecałbym to trochę zwiększyć, aby dioda IR nie działała na swoim absolutnym limicie. Możemy przejść do następnej wartości standardowej, czyli 39 omów.

obliczanie rezystora wejściowego

biorąc pod uwagę, że ustaliliśmy prąd kolektora (około 100mA), możemy obliczyć minimalny prąd bazowy za pomocą hFE tranzystora, jeśli jest to jedyna liczba, jaką mamy. Więc 100mA / 100 = 1mA. Jednak wartość hFE nie jest tak użyteczna przy próbie doprowadzenia tranzystora do nasycenia. Dzieje się tak dlatego, że hFE ma znaczenie tylko w zakresie liniowym urządzenia, w którym więcej prądu bazowego przekłada się na proporcjonalnie więcej prądu kolektora. Ponieważ chcemy doprowadzić tranzystor do nasycenia, które jest regionem, w którym więcej prądu bazowego nie powoduje więcej prądu kolektora (ponieważ jest nasycony), musimy dodać czynnik, aby upewnić się, że jest napędzany aż do nasycenia. Możemy arbitralnie wybrać wartość od 5 do 10 lub tak dla tego. Mnożnik 10x daje nam 10mA. GPIO z Pi jest w stanie dostarczyć, że, ale zróbmy obliczenia inny sposób zamiast.

VBE(sat) jest podstawą do emitowania NAPIĘCIA, gdy tranzystor jest w nasyceniu. Karta danych podaje minimalną wartość 0.6V (co jest bardzo typowe) i maksymalną wartość 1,5 V przy prądzie bazowym 15mA. Jeśli Pi dostarcza 3.3 V, gdy pin jest napędzany wysoko, to napięcie na rezystorze wejściowym wynosi 3.3 V-0.6 V = 2.7 V. 2.7 V / 15mA = 180 omów, co zdarza się również być wartością standardową. Powstały układ wygląda następująco:

symuluj ten obwód

kilka ważnych wyników symulacji statycznej (DC) dla tego obwodu to:

V(R1.nA) = 739.5 mVI(R1.nA) = -14.23 mAI(R2.nA) = 83.48 mAV(D1.nA)-V(D1.nK) = 1.656 V

widzimy, że prąd wejściowy wynosi około 15mA, jak obliczono, a prąd diody wynosi 83.48 mA (wygodnie mniej niż maksimum 100mA). Spadek napięcia diody wynosi 1,656 V, co jest bliskie, ale mniejsze niż maksymalne 1,7 V. dla dodatkowego marginesu bezpieczeństwa można jeszcze bardziej zwiększyć wartość rezystora ograniczającego prąd R2.

zauważ też, że jest to zbliżone do maksymalnego określonego prądu dla Pi, więc będziesz musiał zaprogramować konkretny port dla tej dużej ilości prądu (prąd jest określony od 2mA do 16mA).

wniosek

obliczanie wartości rezystorów jest procesem wieloetapowym, który wykorzystuje dane z arkuszy danych zarówno dla obciążenia, jak i używanego tranzystora. Wymaga to tylko prostej matematyki, którą można łatwo wykonać ręcznie. Mam nadzieję, że ta odpowiedź nie tylko odpowiada na twoje konkretne pytanie, ale może być również wykorzystana przez innych, którzy chcą wykonać własne projekty.