Trong một mạch được chuyển đổi bởi một bóng bán dẫn NPN, nguồn cung cấp và đầu vào có cần cùng một mặt đất không?

Tôi đang cố gắng tạo ra một mạch cho phép tôi bật rơle sẽ bật đèn LED. Tuy nhiên, rơle được xếp hạng 12 V và tôi chỉ có đầu vào 5 V, vì vậy tôi đang sử dụng bóng bán dẫn NPN . để bật và tắt nguồn cho rơle. Đây là sơ đồ:

Tuy nhiên, tôi bối rối về một số điều (Lưu ý mặt bằng cho cả nguồn cung cấp điện 12 V và nguồn điện 5 V là không xác định):

1. Nếu nguồn điện 5 V của tôi là Arduino, tôi có thể sử dụng mặt đất cho nguồn điện 12 V không?

2. Liệu cơ sở và bộ phát có các căn cứ khác nhau trên bóng bán dẫn có ổn không? Hay họ phải giống nhau?

3. Nếu nguồn điện 12 V của tôi là 8 pin AA (không bền vững, nhưng tôi chỉ sử dụng nó để thử nghiệm), làm thế nào tôi có thể kết nối nó với cùng mặt đất với arduino, thay vì mặt tiêu cực của pin?

4. Làm thế nào tôi có thể tìm ra những gì R1 và R2 nên, dựa trên các bóng bán dẫn? Tôi đọc một số điều trên mạng, nhưng tôi vẫn bối rối.

5. Có điều gì khác mà tôi không tính đến không?

Tôi hoàn toàn mới với điều này, vì vậy bất kỳ trợ giúp đều được đánh giá cao.

1. Có, bạn cần kết nối căn cứ 5V và 12V trong mạch này để bóng bán dẫn chuyển đổi. Hãy nhớ rằng phải có một đường dẫn trở lại cho dòng cơ sở. Bạn không thể gửi tín hiệu chỉ bằng 1 dây.

2. Xem ở trên, bộ phát cần sử dụng cùng mặt đất với nguồn tín hiệu (Arduino) hoặc không có đường dẫn trở lại.

3. Kết nối cực âm của pin dưới cùng (giả sử bạn có 8 trong chuỗi) với mặt đất Arduino.
   "Mặt đất" chỉ là một thuật ngữ cho một điểm tham chiếu để đo điện áp từ trong mạch của bạn, bạn có thể chọn bất kỳ điểm nào (mặc dù đó thường là một mạng được kết nối với cực âm của nguồn cung cấp). Ví dụ, bạn có thể gọi điểm mà cực dương kết nối với trong mạch là "mặt đất", và sau đó "mặt đất ban đầu" (mặt đất như trong mạch của bạn) sẽ là -12V so với nó. Thiết bị đầu cuối âm không có nghĩa là điện áp âm, nó chỉ cho bạn biết dòng điện chạy theo đường nào.

4. (a) R1 là để giới hạn dòng điện vào đế của bóng bán dẫn. Để tính giá trị, chúng ta cần biết chúng ta đang chuyển đổi bao nhiêu dòng điện (tức là cần bao nhiêu rơle) và mức tăng hiện tại của bóng bán dẫn. Hãy nói rằng chúng tôi đang sử dụng một bóng bán dẫn với mức tăng hiện tại là 200 và rơle cần 20mA để chuyển đổi. Vì dòng điện qua cơ sở được khuếch đại bởi mức tăng hiện tại, chúng tôi biết dòng điện cơ sở cần ít nhất là 20mA / 200 = 0,1mA.
   Điện áp cơ sở của một bóng bán dẫn lưỡng cực điển hình là khoảng 0,7V, vì vậy điện trở nối tiếp (R1) cần phải có tối đa là: (5V - 0,7V) / 0,1mA = 43kΩ
   Vì mức tăng có thể thay đổi (đi từ giá trị tối thiểu trong biểu dữ liệu để an toàn), chúng tôi có thể chọn 33kΩ để có một số dòng cơ sở dự phòng. Lưu ý rằng để trở thành một công tắc hiệu quả, chúng tôi muốn bóng bán dẫn bão hòa, vì mức tăng hiệu quả bắt đầu giảm ở đầu gối giữa chế độ tuyến tính và bão hòa (như Shokran đã đề cập). Vì vậy, chúng tôi chọn một điện trở có giá trị thấp hơn tính toán để đảm bảo chúng tôi có thể kéo bộ thu gần mặt đất. Trong trường hợp với các bóng bán dẫn điện, trong đó giảm thiểu sự tiêu tán là rất quan trọng, nên chọn giá trị ít hơn 5 lần so với tính toán (hoặc giả định mức tăng ~ 20) để chúng tôi có thể xuống thấp tới 4,3k trong ví dụ trên.

   (b) R2 ở đó để đảm bảo chân đế được kéo xuống đất khi dòng điện được tháo ra. Điều này là để ngăn chặn dòng rò bật bóng bán dẫn một phần. Giá trị không cần quá chính xác, chỉ đủ để tắt dòng rò (bảng dữ liệu) và không quá thấp để đánh cắp quá nhiều dòng ổ cơ sở. 5-10 lần điện trở loạt (hoặc 1kΩ đến 500kΩ) là một phạm vi thô để đi từ. 100k & Omega là một giá trị hợp lý cho hầu hết các trường hợp, mặc dù tôi sẽ đi 330k ở đây vì dòng rò nên ở mức tối thiểu. Nếu bạn cần phải đi thấp hơn nhiều thì bạn phải điều chỉnh điện trở loạt để bù.
   Lưu ý rằng nếu chân Arduino được điều khiển về 0V (nghĩa là được đặt thành đầu ra và logic 0) thì R2 không thực sự cần thiết, chỉ khi pin được đặt thành Trở kháng cao (tức là đầu vào)
   Lưu ý 2 - rằng điều này rất hiếm khi xảy ra với các BJT (MOSFET là một vấn đề khác và chắc chắn không muốn bị bỏ trống) Nếu bạn có một bóng bán dẫn có mức tăng rất cao (đặc biệt là môi trường ồn ào và / hoặc rất nhiệt độ cao (rò rỉ tăng theo nhiệt độ) và điện trở collector rất cao thì nó có thể gây ra vấn đề, nhưng nhìn chung dòng rò sẽ là vấn đề nhỏ.

5. Không phải là tôi có thể phát hiện ra ngay bây giờ (tuy nhiên là 4:48 sáng tại đây nên não tôi có thể đã nghỉ hưu từ lâu, vì vậy tôi có quyền bỏ lỡ điều gì đó rõ ràng ;-))

1), 2) và 3)
Nếu bạn sử dụng các nguồn cung cấp năng lượng khác nhau trong một mạch, bạn phải kết nối chúng theo cách này hay cách khác để chúng có một tham chiếu chung. Bạn hầu như sẽ luôn kết nối căn cứ, vì chúng là tài liệu tham khảo của bạn. Điện áp là tương đối: nếu bạn lấy cộng của pin làm tham chiếu thì điểm trừ sẽ ở mức -12 V, nếu bạn lấy điểm trừ làm tham chiếu thì điểm cộng sẽ ở mức +12 V. Rất ít mạch sẽ sử dụng phép cộng làm tham chiếu, chúng tôi thích điện áp dương tốt hơn. Vì vậy, điểm trừ của pin đi xuống mặt đất của Arduino.

Tại sao chúng phải được kết nối? Transitor của bạn sẽ thấy hai dòng điện: một dòng cơ sở, đi vào cơ sở và trở về nguồn cung cấp 5V thông qua bộ phát và một dòng thu vào bộ thu và cũng trở về pin thông qua bộ phát. Vì các dòng điện có bộ phát chung (nó được gọi là mạch phát chung ) sẽ là nơi cả hai nguồn cung cấp điện sẽ được kết nối.

Làm thế nào để dòng điện cơ sở biết đường nào để đi khi nó thoát khỏi bóng bán dẫn thông qua bộ phát? Dòng điện chỉ có thể chảy trong một vòng khép kín, từ cộng từ nguồn cung cấp đến âm. Dòng cơ sở bắt đầu ở mức +5 V, do đó, nó sẽ không đóng vòng khi nó đi theo đường của pin.

4)
Chúng tôi sẽ rời R2 trong giây lát. Bởi vì bộ phát cơ sở hoạt động như một diode, cơ sở ở khoảng 0,7 V. Bạn áp dụng 5 V để kích hoạt bóng bán dẫn, theo định luật Ohm, dòng điện qua R1 (là dòng cơ sở) là . Các bóng bán dẫn sẽ khuếch đại dòng điện đó đến một dòng thu đủ cao để điều khiển rơle. Những gì đủ cao? Do đó, bạn phải kiểm tra bảng dữ liệu của rơle. Nó sẽ cho bạn biết dòng điện yêu cầu, hoặc điện trở của cuộn dây, và sau đó bạn có thể tính lại dòng điện một lần nữa với Định luật Ohm. Rơle thường cần khoảng 400 mW để kích hoạt, vì vậy đối với rơle 12 V sẽ là dòng điện 400 mW / 12 V = 35 mA. Đó là bộ sưu tập tối thiểu hiện tại. $\frac{5V-0.7V}{R1}$

Để tìm hiểu mức độ cơ bản hiện tại chúng ta cần có để chúng ta phải xem xét bảng dữ liệu của bóng bán dẫn. Giả sử tôi có 100 000 BC547B nằm xung quanh (tôi quên dấu thập phân khi tôi đặt hàng chúng) mà tôi cần một mục đích. Độ lợi hiện tại được cho bởi tham số , mà chúng ta tìm thấy trên trang 2 của biểu dữ liệu. Đối với BC547B tối thiểu 200. (Luôn sử dụng các giá trị trường hợp xấu nhất, với đó là giá trị tối thiểu. Nếu bạn sử dụng các giá trị tiêu biểu, bạn có thể có quá ít dòng điện cho một số phần.) $h_{FE}$$h_{FE}$

Vì vậy, để có được dòng thu 35 mA, chúng ta cần dòng cơ sở 35 mA / 200 = 0.175 mA. Khi đó, R1 phải là = 24600. Đó là một giá trị bạn sẽ không tìm thấy, vì vậy chúng tôi sẽ chọn giá trị cao hơn hoặc thấp hơn. Nếu chúng ta chọn giá trị cao hơn thì dòng điện sẽ thấp hơn, dòng thu cũng sẽ ít hơn và rơle của chúng ta có thể không kích hoạt. Vì vậy, nó phải thấp hơn, 24600 là giới hạn trên. Bây giờ không có gì sai khi cung cấp quá nhiều dòng cơ sở (trong lý do); dòng collector sẽ cố gắng làm theo, nhưng điện trở của cuộn dây sẽ hạn chế nó. Nếu điện trở của cuộn dây là 360 Ω thì Luật Ohm nói rằng bạn không thể có nhiều hơn 35 mA ở 12 V, bất kể bạn có cố gắng thế nào. $\frac{4.3 V}{0.175 mA}$

Hãy chọn một điện trở 10 kΩ. Đó là một giá trị thấp hơn nhiều so với chúng tôi cần nhưng chúng tôi sẽ ổn. Dòng điện cơ bản sẽ vào khoảng 0,5 mA, mà Arduino sẽ cung cấp một cách vui vẻ, và bóng bán dẫn sẽ cố gắng tạo ra 100 mA đó, nhưng một lần nữa, nó sẽ bị giới hạn ở mức 35 mA của chúng tôi. Nói chung, nên có một số lề, trong trường hợp 5 V sẽ ít hơn một chút, hoặc bất kỳ biến thể nào có thể có khác trong các tham số. Chúng tôi có một yếu tố ba giới hạn an toàn, sẽ ổn.

Còn R2 thì sao? Chúng tôi đã không sử dụng điều đó và mọi thứ dường như đều ổn. Điều đó đúng, và nó sẽ có trong hầu hết các trường hợp. Khi nào chúng ta cần nó? Nếu điện áp thấp đầu ra của Arduino sẽ không xuống dưới 0,7 V để bóng bán dẫn cũng sẽ có dòng điện khi tắt. Điều đó sẽ không xảy ra, nhưng giả sử điện áp thấp đầu ra sẽ dính ở 1 V. R1 và R2 tạo thành một bộ chia điện trở, và nếu chúng ta chọn R1 = R2 thì đầu vào 1 V sẽ trở thành điện áp cơ sở 0,5 V và bóng bán dẫn sẽ không nhận được bất kỳ hiện tại.

Chúng tôi có dòng điện cơ sở 0,5 mA khi bật, nhưng với R2 song song với bộ phát cơ sở, chúng tôi sẽ mất một phần dòng điện đó. Nếu R2 là 10 kΩ, nó sẽ rút ra 0,7 V / 10 kΩ = 70 PhaA. Vì vậy, 500 cơ sở hiện tại của chúng tôi trở thành 430 BìnhA. Chúng tôi có rất nhiều tiền ký quỹ, do đó vẫn sẽ cung cấp cho chúng tôi đủ dòng điện để kích hoạt rơle.

Một cách sử dụng khác cho R2 sẽ là thoát dòng rò. Giả sử bóng bán dẫn được điều khiển bởi một nguồn hiện tại, giống như phototransistor của bộ ghép quang. Nếu nguồn quang điện hiện tại, tất cả sẽ đi vào cơ sở. Nếu bộ ghép quang tắt khỏi phototransistor vẫn sẽ tạo ra dòng rò nhỏ, cái gọi là "dòng tối". Thường không quá 1 PhaA, nhưng nếu chúng ta không làm gì với nó, nó sẽ chảy vào cơ sở và tạo ra một dòng thu 200 200A. Trong khi nó nên bằng không. Vì vậy, chúng tôi giới thiệu R2 và chọn 68 kΩ cho nó. Sau đó R2 sẽ tạo ra sự sụt giảm điện áp 68 mV / PhaA. Miễn là điện áp rơi dưới 0,7 V, tất cả dòng điện sẽ đi qua R2, và không có gì vào cơ sở. Đó là vào lúc 10 tuổi. Nếu dòng điện cao hơn thì hiện tại của R2 sẽ bị cắt ở mức 10 đó, và phần còn lại sẽ đi qua cơ sở. Vì vậy, chúng ta có thể sử dụng R2 để tạo ra một ngưỡng. Dòng điện tối sẽ không kích hoạt bóng bán dẫn, vì quá thấp.

Ngoại trừ trường hợp R2 điều khiển hiện tại sẽ rất hiếm khi cần thiết. Bạn sẽ không cần nó ở đây.

Có vẻ đáng nói rằng nếu bạn thực sự cần phải có 2 căn cứ riêng biệt thì bạn có tùy chọn rơle trạng thái rắn AKA. Nhưng những thứ này cồng kềnh và đắt hơn nhiều lần so với bóng bán dẫn (vẫn không tệ cho một dự án nhỏ) vì vậy chỉ sử dụng nếu thực sự cần thiết.