Butuh bantuan menghitung hambatan untuk basis transistor

Saya memiliki 3 relay otomotif 12VDC / 40A ( lembar data ) yang ingin saya gunakan dengan Arduino saya. Berdasarkan tutorial saya mengikuti ( link ) saya perlu transistor, resistor, dan dioda. Saya bukan insinyur listrik karena itu saya tidak yakin tentang bagian dan perhitungan yang saya buat.

Untuk awalnya, resistansi koil relay adalah 90 + -10% Ohm per lembar data. Jadi saya melanjutkan dengan menghitung aliran saat ini.

Tegangan = Resistansi * Arus

Arus = Tegangan / Resistansi

Saat ini = 12V / 90

Ohm Current = 133mA

Untuk transistor saya bisa mendapatkan 2N3904 atau 2N4401. Pada titik ini saya harus menghitung resistansi untuk basis transistor. Dalam tutorialnya sebagai berikut

hfe = Ic / Ib

Ib = Ic / hfe

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

R1 = U / Ib

R1 = 5V / 0,0004 A

R1 = 12500 Ohm

Datasheet 2N3904 menyatakan H (fe) adalah 30-300 ketika lc = 100mA (milik saya 130mA) dan Vce = 1V. Pada titik ini saya tidak tahu apa yang sedang terjadi, jadi saya butuh bantuan.

Sunting: Inilah yang akhirnya saya dapatkan. RLY1 dalam gambar adalah 12VDC / 40A ( tautan )

Mari merancang untuk kasus terburuk, itu adalah praktik yang baik.

$Ic = 133\text{mA}$

$h_{FE} = 30$

Anda dapat menghitung Ib sekarang:

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

$V_{BE,SAT} = 0.95$

Sekarang mari kita menghitung resistansi seri dasar. Ini sama dengan tegangan melintasi resistor, dibagi dengan arus yang melaluinya. Arus yang melalui resistor sama dengan arus basis. Tegangan yang melintasi itu adalah tegangan rel (5V) yang dikurangi oleh tegangan basis-ke-emitor dari transistor V (CE, sat).

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

Dengan semua rekayasa kasus terburuk hingga di sini, untuk sekali ini mari kita membulatkannya ke nilai resistor E12 terdekat 1kΩ (atau 820Ω untuk rekayasa kasus terburuk, ini akan bekerja dengan baik).

Anda benar bahwa koil relay tampaknya membutuhkan 133 mA nominal. Namun, itu bukan kasus terburuk, dan yang mengasumsikan 12 V diterapkan pada koil. Namun demikian, itu adalah tempat yang baik untuk memulai, lalu kita akan memasukkan faktor 2 margin nanti.

Katakanlah gain minimum yang dijamin dari transistor yang akan Anda gunakan adalah 50. Itu berarti arus basis harus setidaknya 133 mA / 50 = 2,7 mA. Jika output digital Anda adalah 5 V, maka akan ada sekitar 4,3 V melintasi resistor basis setelah memperhitungkan drop transistor BE. 4,3 V / 2,7 mA = 1,6 kΩ. Untuk meninggalkan sedikit margin, gunakan sekitar setengahnya. Nilai umum 820 Ω harus baik.

Sekarang periksa kembali untuk melihat apa yang harus disediakan oleh output digital. 4,3 V / 820 Ω = 5,2 mA. Banyak keluaran digital yang dapat sumber itu, tetapi Anda perlu memeriksa bahwa Anda bisa. Jika tidak bisa, Anda perlu topologi yang berbeda.

Karena Anda menggunakan transistor dalam konfigurasi switching jenuh, tidak apa-apa jika Anda memompa lebih banyak arus basis ke bagian daripada yang sebenarnya diperlukan untuk jumlah arus kolektor yang ingin Anda tenggelamkan melalui perangkat dari koil relay.

Itu adalah batas praktis untuk arus basis maksimum yang dapat Anda suntikkan dalam kasus 2N3904 / 2N4401. Batas itu tidak selalu secara eksplisit dinyatakan dalam lembar data untuk bagian-bagian tetapi saya dapat memberitahu Anda dari pengalaman itu dalam kisaran 5-> 6 mA.

Untuk desain switching Anda mungkin ingin merencanakan Hfe minimum yang dijamin plus margin. Jadi katakanlah Anda memilih 25 sebagai kasus terburuk yang bekerja Hfe. Dengan arus kolektor yang dibutuhkan 133mA dan Hfe 25 akan menghasilkan arus basis kerja 5,32mA. Ini sepertinya berada di area OK untuk tipe transistor ini.

Tampaknya Anda bermaksud untuk menggerakkan pangkalan dari sinyal 5V. Dengan Vbe nominal 0,7V yang membuat Anda jatuh 4,3V di resistor basis. Resistensi untuk membatasi arus ke 5.32mA pada 4.3V adalah sekitar 800 ohm. Gunakan resistor basis nilai standar 820 ohm.

Catatan akhir. Jika Anda mengendarai ini langsung dari pin output MCU MCU mungkin tidak dapat sumber 5.32mA pada level output 5V. Dengan demikian output MCU akan drop down dari 5V. Ini akan mengurangi arus basis tetapi karena kami menghitung menggunakan case terburuk Hfe drive estafet masih akan bekerja untuk sebagian besar transistor yang akan Anda ambil keluar dari tas.

$h_{fe}$

$h_{fe}$$\mu A$$\mu A$

Namun Anda perlu berolahraga jika sirkuit yang menggerakkan pangkalan dapat terus memasok arus yang Anda putuskan. Sekali lagi, lembar data akan memberi tahu Anda dan Anda tidak ingin berlayar terlalu dekat ke nomor ini atau Anda dapat mengurangi keandalan chip.

Ada pertimbangan lain juga. Banyak perangkat CMOS akan menyatakan bahwa ada arus keluaran maksimum adalah (katakanlah) 20 mA TETAPI mereka juga akan menyatakan arus daya maksimum (katakanlah) 100 mA. Ini bagus jika chip menggerakkan 3 output tetapi bagaimana jika chip adalah buffer oktal. Periksa secara realistis output saat ini per pin DAN periksa dua kali pada arus catu daya - mungkin ada batasnya yang mencegah semua pin o / p mendorong keluar 20 mA.

Ib = Ic / hfe (Fine)

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

Hmmm! Ic = .13 A bukan 0,03 dan saya akan mengambil HFE menjadi sekitar 50, daripada 75. (umumnya transistor sinyal kecil memiliki setidaknya kenaikan ini) Ini memberi Ib = 0,0026 atau 2,6mA

Untuk input 5V, penurunan tegangan pada resistor input akan menjadi 5 - 0,6V = 4,4V (ingat penurunan basis-emitor membutuhkan sekitar 0,6V sebelum transistor dihidupkan.) Ini memberi;

                Rb = 4.4/0.0026 = 1k7

Sekarang ini benar - benar nilai maksimum untuk basis resistor jadi pilihlah resistansi nilai standar di bawah ini katakanlah 1k5 atau bahkan 1k0.

Saya ingin membagikan tautan ini, ia memiliki informasi yang baik tentang penggunaan mikrokontroler untuk berinteraksi dengan elektronik dunia nyata. Lihatlah Bagian 7 dari Daftar Isi Interfacing Mikrokontroler