Begrenzung des Basisstroms auf BJT

Ich arbeite tatsächlich mit einem Darlington-Paar BJTs.

Meine Frage ist, ob ich einen 1-kOhm-Widerstand zwischen meinen MCU-Pin und die BASE legen muss, um ihn als Schalter zu verwenden. Da das Hfe-Verhältnis für meinen Transistor ziemlich groß ist und der Kollektorstrom auf ein vernünftiges Niveau begrenzt wird, bedeutet dies, dass der Basisstrom jederzeit vom Kollektorstrom abhängig ist und ich daher die Verwendung dieser Strombegrenzung vermeiden kann Widerstand?

Nein, es ist der Kollektorstrom, der vom Basisstrom abhängt, nicht umgekehrt. Unabhängig vom Kollektorstrom ist der Basisstrom$\dfrac{V_{MCU} - V_{BE}}{R}$.
Denk daran, dass$V_{BE}$ ist doppelt so hoch wie der Wert eines anderen Transistors, da zwischen Basis und Emitter zwei Übergänge bestehen.

Aber es ist wahr, dass der Kollektorstrom am Ende das ist, was Sie wollen. Um den Widerstandswert zu ermitteln (wählen Sie nicht nur 1k), berechnen Sie$I_B=\dfrac{I_C}{H_{FE}}$. Falls Sie es wollen$I_C$ = 2A und $H_{FE}$ = 400, dann dein $I_B$ muss sein $\dfrac{2A}{400}=5mA$. Dies ist ein Wert, den Ihr Mikrocontroller liefern kann. Überprüfen Sie jedoch immer das Datenblatt.

Um alles zusammen zu stellen, $R=\dfrac{H_{FE}}{I_C}\times (V_{MCU} - V_{BE})$.

edit
Olin hat Recht damit, dass der Widerstandswert das Maximum ist, dh der Basisstrom ist das Minimum. Für viele Parameter in einem Datenblatt finden Sie mehr als einen Wert, wie typisch und maximal oder minimal. Sie sollten immer für Worst-Case-Bedingungen rechnen, und es kann einige logische Überlegungen erfordern, um herauszufinden, ob der Worst-Case für einen bestimmten Parameter minimal oder maximal ist.

Nehmen $H_{FE}$. In meinem Beispiel habe ich einen Wert von 400 gewählt. Da höher normalerweise besser ist, wird in Datenblättern häufig ein Mindestwert angegeben. Was ist, wenn es höher ist? Der Basisstrom ist nicht unterschiedlich, daher ist der Kollektorstrom höher. Wenn Sie den Transistor in Sättigung treiben$I_C$wird nicht mehr vom Transistor bestimmt, sondern von der Impedanz der Last. Während der Transistor sehr gerne einen größeren Kollektorstrom ziehen würde, wird er sich nicht ändern. Sie denken also, Sie sind in Sicherheit. das angegebene Minimum$H_{FE}$ist in Ordnung, höher ist noch OK. Es gibt jedoch noch etwas zu beachten:$H_{FE}$ ist nicht konstant, es variiert mit $I_C$, und das Datenblatt sollte ein Diagramm dafür haben. Überprüfen Sie dies auf den gewünschten Kollektorstrom.
$V_{BE}$. Zwei PN-Übergänge, das sind also 2 x 0,65 V = 1,3 V. Olin fand, dass ein 300$\Omega$Der Basiswiderstand sollte in Ordnung sein und tatsächlich einen gewissen Spielraum lassen. Aber wenn ich mir das Datenblatt für den TIP110 ansehe , heißt es$V_{BE}$kann bis zu 2,8 V betragen! Das würde zu einem Basisstrom von führen$\dfrac{3.3V - 2.8V}{300 \Omega}=1.7mA$und das ist zu wenig, um das Gesuchte zu bekommen $I_C$ von 2A: $400 \times 1.7mA$ ist nur 670mA.

Du kommst auf die Idee. Verwenden Sie nicht einfach typische Werte, sondern stellen Sie sicher, dass Ihre Schaltung weiterhin mit Komponenten mit extremen Parameterwerten funktioniert. Dies ist kein so großes Problem bei Projekten, bei denen Sie nur 1 Gerät erstellen: Sie können sehen, was falsch ist, und anpassen. Für die Produktion haben Sie keine Wahl: Entwerfen Sie immer für den schlimmsten Fall.

Um noch ein bisschen weiter zu gehen, zeigt Stevenhs Berechnung den maximalen Basiswiderstand . Es ist eine gute Idee, einen gewissen Spielraum zu berücksichtigen und etwas mehr Basisstrom (etwas weniger Basiswiderstand) als das absolute Minimum bereitzustellen, das erforderlich ist, um den gewünschten Kollektorstrom zu erhalten.

Lassen Sie uns das Beispiel von Stevenh erweitern und einige reelle Zahlen erhalten. Angenommen, der Prozessor wird mit einer 3,3-V-Versorgung betrieben. Ein Darlington hat zwei BE-Übergänge zwischen seiner Basis und dem Emitter. Nehmen wir also an, der gesamte BE-Abfall beträgt 1,3 V. Damit verbleiben 2,0 V über dem Basiswiderstand. 2 V / 5 mA = 400 Ohm. Wenn Sie wirklich sicher sind, dass Hfe 400 über Ihrem Betriebsbereich liegt und Sie nicht mehr als 2 A Kollektorstrom benötigen, können Sie nur einen etwas niedrigeren Widerstand verwenden, wie den üblichen Wert von 360 Ohm. Verwenden Sie für mehr Spielraum weniger, z. B. 300 Ohm.

Jetzt müssen Sie zurückgehen und sehen, wie hoch die Belastung des Mikros ist. 2 V / 300 Ohm = 6,7 mA. Dies ist für die meisten Mikros in Ordnung, insbesondere wenn es sich um einen PIC handelt, der tendenziell eine besonders gute Ausgangsstromfähigkeit aufweist. Ich habe jedoch einige Mikros gesehen, die für weniger als 6,7 mA spezifiziert sind, daher müssen Sie die Dinge überprüfen und möglicherweise anpassen.

Eine Sache, die bei Lieblingen zu beachten ist, ist, dass sie sich nur langsam ausschalten. Sie sagen, dies ist für eine Schaltanwendung gedacht, daher kann die Ausschaltzeit von Bedeutung sein. Wenn Sie nur ein Relais ansteuern, ist dies kein Problem. Wenn Sie jedoch versuchen, 10 s kHz PWM auszuführen, ist dies wahrscheinlich nicht das, was Sie verwenden möchten.

Ein weiteres Problem bei Darlingtons ist die ziemlich hohe Spannung im eingeschalteten Zustand. Es ist ein BE-Abfall plus ein gesättigter CE-Abfall, vielleicht 900 mV, könnte aber bei hohen Strömen leicht höher sein. Bei 1 V würde der Transistor 2 W mit 2 A Kollektorstrom abführen. Dies erfordert eine Art Kühlkörper oder zumindest ein am Gehäuse montiertes TO-3-Gehäuse oder Metall.

Es gibt möglicherweise bessere Möglichkeiten, um zu wechseln, was Sie möchten, ohne einen Darlington zu verwenden.