Benötigen Sie Hilfe bei der Berechnung des Widerstands für die Transistorbasis

Ich habe 3 12VDC / 40A Kfz-Relais ( Datenblatt ), die ich mit meinem Arduino verwenden möchte. Basierend auf dem Tutorial folge ich ( Link ), benötige ich Transistor, Widerstand und Diode. Ich bin kein Elektrotechniker, daher bin ich mir nicht sicher, welche Teile und Berechnungen ich gemacht habe.

Der Widerstand der Relaisspule beträgt zu Beginn 90 + -10% Ohm pro Datenblatt. Also berechne ich den Stromfluss.

Spannung = Widerstand * Strom

Strom = Spannung / Widerstand

Strom = 12 V / 90

Ohmstrom = 133mA

Für den Transistor kann ich 2N3904 oder 2N4401 bekommen. An dieser Stelle muss ich den Widerstand für die Basis des Transistors berechnen. Im Tutorial ist es wie folgt

hfe = Ic / Ib

Ib = Ic / hfe

Ib = 0,03 A / 75 Ib = 0,0004 A => 0,4 ​​mA

R1 = U / Ib

R1 = 5 V / 0,0004 A

R1 = 12500 Ohm

Das 2N3904-Datenblatt gibt an, dass H (fe) 30-300 ist, wenn lc = 100 mA (meins ist 130 mA) und Vce = 1 V. Zu diesem Zeitpunkt habe ich keine Ahnung, was los ist, daher brauche ich Hilfe.

Bearbeiten: Hier ist, was ich endete. RLY1 im Bild ist 12VDC / 40A ( Link )

Entwerfen wir für den schlimmsten Fall, das ist eine gute Praxis.

$Ic = 133\text{mA}$

$h_{FE} = 30$

Sie können Ib jetzt berechnen:

$I_b = \dfrac{I_c}{h_{FE}} = \dfrac{133\text{mA}}{30} = 4.43\text{mA}$

$V_{BE,SAT} = 0.95$ # Datenblatt, die nächste Übereinstimmung ist 50 mA. Maximalwert, praktischer Wert ist wahrscheinlich viel niedriger (0,65 V)

Berechnen wir nun den Serienwiderstand der Basis. Dies ist gleich der Spannung am Widerstand, geteilt durch den Strom durch ihn. Der Strom durch den Widerstand ist der gleiche wie der Basisstrom. Die Spannung über ihm ist die Schienenspannung (5 V), die um die Basis-Emitter-Spannung des Transistors V (CE, sat) verringert ist.

$R_B = \dfrac{U_{R_b}}{I_b} = \dfrac{V_{CC} - V_{BE}}{I_B} = \dfrac{5 - 0.95}{4.43/1000} = 913\Omega$

Mit der Worst-Case-Technik bis hierher können wir sie einmal auf den nächsten E12-Widerstandswert von 1 kΩ aufrunden (oder 820Ω für die Worst-Case-Technik, es funktioniert mit beiden).

Sie haben Recht, dass die Relaisspule 133 mA nominal benötigt. Dies ist jedoch nicht der schlimmste Fall und setzt voraus, dass 12 V über die Spule angelegt werden. Trotzdem ist das ein guter Anfang, dann werden wir sowieso einen Faktor 2 später einwerfen.

Angenommen, die garantierte Mindestverstärkung des verwendeten Transistors beträgt 50. Dies bedeutet, dass der Basisstrom mindestens 133 mA / 50 = 2,7 mA betragen muss. Wenn Ihr digitaler Ausgang 5 V beträgt, liegen nach Berücksichtigung des BE-Abfalls des Transistors ungefähr 4,3 V über dem Basiswiderstand an. 4,3 V / 2,7 mA = 1,6 kΩ. Verwenden Sie etwa die Hälfte davon, um etwas Spielraum zu lassen. Der gemeinsame Wert von 820 Ω sollte gut sein.

Überprüfen Sie nun erneut, was der digitale Ausgang liefern muss. 4,3 V / 820 Ω = 5,2 mA. Viele digitale Ausgänge können dies ausgeben, Sie müssen jedoch überprüfen, ob dies bei Ihnen möglich ist. Wenn dies nicht möglich ist, benötigen Sie eine andere Topologie.

Da Sie den Transistor in einer gesättigten Schaltkonfiguration verwenden, ist es in Ordnung, wenn Sie mehr Basisstrom in das Teil pumpen, als tatsächlich für die Menge des Kollektorstroms erforderlich ist, den Sie durch das Gerät von der Relaisspule ableiten möchten.

Dies ist eine praktische Grenze für den maximalen Basisstrom, den Sie beim 2N3904 / 2N4401 einspeisen können. Diese Grenze ist in den Datenblättern für die Teile nicht immer ausdrücklich angegeben, aber ich kann Ihnen aus Erfahrung sagen, dass sie im Bereich von 5 bis 6 mA liegt.

Für ein Schaltungsdesign möchten Sie möglicherweise die minimale garantierte Hfe plus eine Marge einplanen. Nehmen wir also an, Sie wählen 25 als ungünstigsten Arbeitsfall. Bei einem benötigten Kollektorstrom von 133mA und einer Hfe von 25 ergibt sich ein Basisarbeitsstrom von 5,32mA. Dies scheint für diese Transistortypen im OK-Bereich zu liegen.

Es scheint, dass Sie beabsichtigen, die Basis mit einem 5-V-Signal zu betreiben. Mit einer nominalen Vbe von 0,7 V verbleibt ein Abfall von 4,3 V über dem Basiswiderstand. Der Widerstand zur Begrenzung des Stroms auf 5,32 mA bei 4,3 V beträgt ungefähr 800 Ohm. Verwenden Sie einen 820-Ohm-Standardwert-Basiswiderstand.

Schlussbemerkung. Wenn Sie dies direkt von einem MCU-Ausgangspin aus ansteuern, kann die MCU möglicherweise keine 5,32 mA bei 5 V-Ausgangspegel liefern. Daher fällt der MCU-Ausgang von 5 V ab. Dies wird den Basisstrom etwas verringern, aber da wir den ungünstigsten Fall Hfe berechnet haben, funktioniert der Relaisantrieb für die meisten Transistoren, die Sie aus der Tasche nehmen werden, immer noch.

$h_{fe}$ . Tatsächlich müssen Sie normalerweise - dies stellt sicher, dass die Schaltung unter allen normalen Betriebsbedingungen weiterhin wie erwartet funktioniert.

$h_{fe}$$\mu A$$\mu A$ . Dies wird wahrscheinlich alle Eventualitäten abdecken.

Sie müssen jedoch herausfinden, ob der Stromkreis, der die Basis steuert, den von Ihnen festgelegten Strom kontinuierlich liefern kann. Auch hier informiert Sie das Datenblatt, und Sie möchten nicht zu nahe an diese Zahl heranfahren, da Sie sonst möglicherweise die Zuverlässigkeit der Chips beeinträchtigen.

Es gibt noch eine andere Überlegung. Viele CMOS-Geräte geben an, dass der maximale Ausgangsstrom (beispielsweise) 20 mA beträgt, sie geben jedoch auch einen maximalen Strom von (beispielsweise) 100 mA an. Dies ist in Ordnung, wenn der Chip 3 Ausgänge ansteuert, aber was ist, wenn der Chip ein Oktalpuffer ist. Überprüfen Sie realistisch den Stromausgang pro Pin UND überprüfen Sie den Strom der Stromversorgung noch einmal - es kann eine Grenze geben, die verhindert, dass alle O / P-Pins 20 mA herausdrücken.

Ib = Ic / hfe (fein)

Ib = 0,03 A / 75 Ib = 0,0004 A => 0,4 ​​mA

Hmmm! Ic = 0,13 A, nicht 0,03, und ich würde annehmen, dass hfe eher etwa 50 als 75 ist. (Im Allgemeinen haben die Kleinsignaltransistoren mindestens diese Verstärkung.) Dies ergibt Ib = 0,0026 oder 2,6 mA

Für einen 5-V-Eingang beträgt der Spannungsabfall am Eingangswiderstand 5 - 0,6 V = 4,4 V (denken Sie daran, dass der Basis-Emitter-Abfall etwa 0,6 V benötigt, bevor der Transistor eingeschaltet wird.) Dies ergibt;

                Rb = 4.4/0.0026 = 1k7

Dies ist wirklich ein Maximalwert für den Basiswiderstand. Wählen Sie daher einen Standardwert für den Widerstand, der unter 1k5 oder sogar 1k0 liegt.

Ich möchte diesen Link mit anderen teilen. Er enthält gute Informationen zur Verwendung von Mikrocontrollern als Schnittstelle zur Elektronik der realen Welt. Schauen Sie sich Teil 7 des Inhaltsverzeichnisses der Microcontroller-Schnittstelle an