beräkning av motståndsvärde för transistor
det finns inte tillräckligt med information i din fråga för att ge ett definitivt svar, men låt oss gå igenom designstegen så att du inte bara kan räkna ut den här, men du kan vara bättre rustad för att lösa nästa transistorfråga som uppstår för dig.
Ohms lag
Ohms lag uttrycker förhållandet mellan motstånd( R), ström (i) och spänning (V): V = I * R. Så om vi hade en 5V-matning och ett 100 ohm-motstånd över det, skulle strömmen jag vara V/R = 5V/100ohm = 0.05 A = 50mA. I ditt speciella exempel finns det dock en IR-diod också. Kretsen du beskriver med IR-dioden och ingen transistor ser ut så här:
simulera denna krets-schematisk skapad med CircuitLabNote att jag har visat dina fyra 10 ohm motstånd som ett enda 40 ohm motstånd för tydlighet. I denna krets är framspänningen cirka 1,6 V (som ligger under den maximala VF på 1,7 V per databladet) och strömmen är cirka 85 ma. Om du använder en annan IR-diod måste du hitta och leta upp databladet för att få detaljerna för din del.
Vad är en transistor?
Ja, det är en retorisk fråga. Det finns många sätt att tänka på transistorer. Ett användbart sätt är att tänka på dem som nuvarande förstärkare. Förstärkningen av en transistor, specificerad som hFE är ungefär förhållandet mellan kollektorströmmen IC och basströmmen IB. Detta är ett mycket förenklat sätt att tänka på det, men det är faktiskt fortfarande användbart i praktiken. Det är IB * hFE = IC (ungefär). Det faktiska värdet av hFE varierar, men ett typiskt värde är 100 eller mer.
nästa sak att komma ihåg är ib + IC = IE; all ström strömmar genom emitteren. Det är uppdelat mellan basen (liten) och samlaren (det mesta av strömmen). Strömriktningen beror på om transistorn är PNP eller NPN. En 2n2222 är en NPN-transistor, som också är den vanligaste typen av bipolär transistor, så resten av diskussionen kommer att anta NPN. Allt är oftast detsamma för en PNP-transistor förutom att strömmarna och spänningarna är omvända med avseende på en NPN-transistor.
använda en transistor som omkopplare
vad vi ofta vill ha från en transistor, som i ditt fall, är att den ska fungera som en omkopplare. Vi vill ha det” på ”om ingångsspänningen är hög och” av ” om ingångsspänningen är låg. Det finns en linjär region där transistorer fungerar, väl, linjärt som den nuvarande förstärkaren som beskrivs ovan. Det är användbart om du använder en transistor som en analog signalförstärkare. Men om vi letar efter en binär på/av-operation är vi inte intresserade av det linjära intervallet. Faktum är att vi försöker undvika det och driva transistorn enbart i en av två regioner: cut-off och mättnad. Det typiska arrangemanget för att köra detta från en GPIO-port (för vilken processor som helst) ser ut så här:
simulera denna krets
Belastningsmotståndsberäkning
motståndet R2 representerar belastningen. I ditt fall belastningen är IR-diod, och oavsett strömbegränsande motstånd kan behövas. Vi kan beräkna det först.
spänningen och strömmen för IR-dioden, som nämnts ovan, kan vi få från databladet. Databladet säger att den maximala kontinuerliga strömmen är 100mA (ditt datablad kan ange något annat nummer). Så vi kan börja med det. Vi kan antingen använda en 3.3 V Vcc eller en 5V Vcc. Låt oss säga 5V. spänningen över dioden kommer att vara mindre än 1,7 V enligt databladet, så 5V – 1,7 V = 3,3 V.
nästa tittar vi på databladet för en 2n2222 transistor och tittar upp på VCE(sat) vilket betyder spänningen från kollektorn till emitteren när transistorn är i mättnad (helt på). Det är 0.3V vid IC=150mA enligt databladet som är tillräckligt nära vårt mål på 100mA att använda. Så 3,3 V-0,3 V = 3,0 V. Så nu 3,0 V/100mA = 30 ohm. Du kan använda tre av dina 10 ohm motstånd eller ett enda 33 ohm motstånd (vilket är närmaste standardvärde). Jag rekommenderar dock att du ökar det lite så att IR-dioden inte fungerar vid sin absoluta gräns. Vi kan gå upp till nästa standardvärde som är 39 ohm.
Ingångsmotståndsberäkning
med tanke på att vi har bestämt kollektorströmmen (runt 100mA) kan vi beräkna en minsta basström med hjälp av transistorns hFE, om det är den enda siffran vi har. Så 100mA / 100 = 1mA. Värdet på hFE är dock inte riktigt så användbart när man försöker driva transistorn till mättnad. Det beror på att hFE bara är meningsfullt i det linjära området för enheten där mer basström översätts till proportionellt mer kollektorström. Eftersom vi vill driva transistorn till mättnad, vilket är en region där mer basström inte resulterar i mer kollektorström (eftersom den är mättad), måste vi lägga till en faktor för att se till att den körs hela vägen till mättnad. Vi kan godtyckligt välja ett värde på 5 till 10 eller så för det. Så en 10x multiplikator skulle ge oss 10mA in. PI: s GPIO kan leverera det, men låt oss göra beräkningen på ett annat sätt istället.
VBE (sat) är basen till emitterspänningen när transistorn är i mättnad. Databladet ger ett minimivärde på 0.6V (vilket är mycket typiskt) och ett maximalt värde på 1,5 V vid 15 mA basström. Om Pi levererar 3.3 V när stiftet drivs högt, är spänningen över ingångsmotståndet 3.3 V-0.6 V = 2.7 V. 2.7 V / 15mA = 180 ohm vilket bara råkar också vara ett standardvärde. Den resulterande kretsen ser ut så här:
simulera denna krets
några viktiga statiska (DC) simuleringsresultat för denna krets är:
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 att ingångsströmmen är ca 15mA, beräknat och diodströmmen är 83.48 mA (bekvämt mindre än den maximala 100mA). Diodspänningsfallet är 1.656 V vilket är nära men mindre än maximalt 1.7 V. För ytterligare säkerhetsmarginal kan du ytterligare öka värdet på strömbegränsande motstånd R2.
Observera också att detta ligger nära den maximala angivna strömmen för Pi, så du måste programmera den specifika porten för så mycket ström (ström anges från 2MA till 16mA).
slutsats
beräkningen av motståndsvärden är en flerstegsprocess som använder data från datablad för både belastningen och transistorn som används. Det kräver bara några enkla matematik som lätt kan göras för hand. Jag hoppas att detta svar inte bara svarar på din specifika fråga utan också kan användas av andra som vill göra sina egna mönster.