ในวงจรที่ถูกเปลี่ยนโดยทรานซิสเตอร์ NPN แหล่งจ่ายไฟและอินพุตจำเป็นต้องมีกราวด์เดียวกันหรือไม่?

ฉันกำลังพยายามสร้างวงจรที่จะอนุญาตให้ฉันเปิดรีเลย์ที่จะเปิดไฟ LED อย่างไรก็ตามการถ่ายทอดอยู่ในอันดับ 12 V และฉันมีเพียงแค่ป้อนข้อมูลของ 5 V ดังนั้นฉันใช้ทรานซิสเตอร์ NPN เพื่อสลับไฟเพื่อเปิดและปิดรีเลย์ นี่คือแผนผัง:

อย่างไรก็ตามฉันสับสนเกี่ยวกับบางสิ่ง (สังเกตพื้นดินสำหรับแหล่งจ่ายไฟ 12 V และแหล่งจ่ายไฟ 5 V ไม่ได้ระบุ):

1. หากแหล่งจ่ายไฟ 5 โวลท์ของฉันเป็น Arduino ฉันสามารถใช้กราวด์สำหรับแหล่งจ่ายไฟ 12 โวลต์ได้หรือไม่?

2. การที่ฐานและตัวปล่อยมีพื้นที่ต่างกันในทรานซิสเตอร์หรือไม่ หรือพวกเขาจะต้องเหมือนกัน?

3. หากแหล่งจ่ายไฟ 12 V ของฉันคือแบตเตอรี่ขนาด AA 8 ก้อน (ไม่ยั่งยืน แต่ฉันใช้เพื่อทดสอบเท่านั้น) ฉันจะเชื่อมต่อสิ่งนั้นกับพื้นดินเช่นเดียวกับ arduino ได้อย่างไรแทนที่จะเป็นด้านลบของแบตเตอรี่

4. ฉันจะทราบได้อย่างไรว่า R1 และ R2 ควรเป็นอย่างไรโดยขึ้นอยู่กับทรานซิสเตอร์ ฉันอ่านบางสิ่งออนไลน์ แต่ฉันยังสับสนอยู่

5. มีสิ่งอื่นใดอีกไหมที่ฉันไม่ได้คำนึงถึงว่าฉันควรจะเป็น?

ฉันใหม่ทั้งหมดนี้ดังนั้นความช่วยเหลือใด ๆ ที่ชื่นชมมาก

1. ใช่คุณต้องเชื่อมต่อบริเวณ 5V และ 12V ในวงจรนี้เพื่อให้ทรานซิสเตอร์เปลี่ยน จำไว้ว่าจะต้องมีเส้นทางย้อนกลับสำหรับกระแสฐาน คุณไม่สามารถส่งสัญญาณโดยใช้สายเดียวเท่านั้น

2. ดูที่ด้านบน emitter จำเป็นต้องใช้พื้นดินเดียวกันกับแหล่งสัญญาณ (Arduino) หรือไม่มีเส้นทางกลับ

3. เชื่อมต่อขั้วลบของแบตเตอรี่ด้านล่าง (สมมติว่าคุณมี 8 อนุกรม) กับสายดินของ Arduino
   "กราวด์" เป็นเพียงคำศัพท์สำหรับจุดอ้างอิงในการวัดแรงดันไฟฟ้าจากในวงจรของคุณคุณสามารถเลือกจุดใดก็ได้ (แม้ว่ามันมักจะเป็นตาข่ายที่เชื่อมต่อกับขั้วลบของแหล่งจ่าย) ตัวอย่างเช่นคุณสามารถเรียกจุดที่ขั้วบวกเป็นขั้วต่อเชื่อมในวงจร "กราวด์" จากนั้น "กราวด์ดั้งเดิม" (กราวด์ที่แสดงในวงจรของคุณ) จะเป็น -12V เมื่อเทียบกับมัน เทอร์มินัลลบไม่ได้หมายความว่าแรงดันเป็นลบมันแค่บอกคุณว่ากระแสไหลทางไหน

4. (a) R1 คือการ จำกัด กระแสไปที่ฐานของทรานซิสเตอร์ ในการคำนวณค่าเราจำเป็นต้องรู้ว่าเราเปลี่ยนกระแสไฟฟ้ามากแค่ไหน (เช่นต้องการรีเลย์มากแค่ไหน) และได้รับกระแสไฟฟ้าจากทรานซิสเตอร์ สมมติว่าเรากำลังใช้ทรานซิสเตอร์ที่มีกระแส 200 และรีเลย์ต้องการสวิตช์ 20mA เนื่องจากกระแสผ่านฐานนั้นถูกขยายโดยอัตราขยายปัจจุบันเราจึงรู้ว่ากระแสไฟฟ้าพื้นฐานนั้นต้องมีอย่างน้อย 20mA / 200 = 0.1mA
   แรงดันไฟฟ้าพื้นฐานของทรานซิสเตอร์สองขั้วทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 0.7V ดังนั้นตัวต้านทานแบบอนุกรม (R1) จะต้องมีค่าสูงสุด: (5V - 0.7V) / 0.1mA = 43kΩ
   เนื่องจากการรับอาจแตกต่างกัน (ไปจากค่าต่ำสุดในแผ่นข้อมูลเพื่อความปลอดภัย) เราสามารถเลือก33kΩเพื่อให้กระแสไฟฟ้าพื้นฐานเป็นอะไหล่ โปรดทราบว่าเพื่อให้เป็นสวิตช์ที่มีประสิทธิภาพเราต้องการให้ทรานซิสเตอร์อิ่มตัวเนื่องจากอัตราขยายที่มีประสิทธิภาพเริ่มลดลงที่หัวเข่าระหว่างโหมดเชิงเส้นและโหมดความอิ่มตัว (ตามที่กล่าวไว้โดย Shokran) ดังนั้นเราเลือกตัวต้านทานที่มีค่าต่ำกว่าที่คำนวณได้เพื่อให้แน่ใจว่าเราสามารถดึงตัวสะสมใกล้พื้น ในกรณีที่มีเช่นทรานซิสเตอร์พลังงานที่ลดการกระจายเป็นสิ่งสำคัญก็ควรเลือกค่าอย่างน้อย 5 ครั้งน้อยกว่าที่คำนวณ (หรือสมมติว่าได้กำไรจาก ~ 20) เพื่อให้เราสามารถไปที่ต่ำเป็น 4.3k ในตัวอย่างข้างต้น

   (b) R2 อยู่ที่นั่นเพื่อให้แน่ใจว่าฐานถูกดึงลงกราวด์เมื่อถอดไดรฟ์ปัจจุบัน นี่คือการหยุดการรั่วไหลของกระแสเปิดทรานซิสเตอร์บางส่วน ค่าไม่จำเป็นต้องแม่นยำเกินไปเพียงแค่ตัดกระแสไฟฟ้ารั่ว (แผ่นข้อมูล) และไม่ต่ำเกินไปที่จะขโมยกระแสไดรฟ์ฐานมากเกินไป 5-10 เท่าตัวต้านทานอนุกรม (หรือ1kΩถึง500kΩ) เป็นช่วงคร่าวๆที่จะไป 100k & Omega เป็นค่าที่สมเหตุสมผลสำหรับกรณีส่วนใหญ่ แต่ฉันจะไปที่ 330k นี่เพราะกระแสรั่วไหลควรจะน้อยที่สุด หากคุณต้องการลดระดับลงมากคุณต้องปรับตัวต้านทานซีรีย์เพื่อชดเชย
   โปรดทราบว่าถ้าขา Arduino เป็นแรงผลักดันเป็น 0V (เช่นตั้งค่าเป็นเอาท์พุทและลอจิก 0) ดังนั้น R2 ไม่จำเป็นจริงๆมันก็ต่อเมื่อตั้งค่าหมุดเป็นความต้านทานสูง (เช่นอินพุต)
   หมายเหตุ 2 - นี่เป็นสิ่งที่ไม่ค่อยกังวลเกี่ยวกับ BJTs (MOSFETs เป็นอีกเรื่องหนึ่งและไม่ต้องการปล่อยลอย) ถ้าคุณมีทรานซิสเตอร์เกนสูงมาก (esp darlington) สภาพแวดล้อมที่มีเสียงดังและ / หรือมาก อุณหภูมิสูง (การรั่วไหลเพิ่มขึ้นเมื่อมีอุณหภูมิ) และตัวต้านทานตัวเก็บประจุที่สูงมากจากนั้นอาจทำให้เกิดปัญหา แต่โดยทั่วไปกระแสรั่วไหลจะมีขนาดเล็กถึงสสาร

5. ไม่ใช่ว่าฉันจะมองเห็นได้ในตอนนี้ (แต่มันเป็น 4:48 ในตอนเช้าที่นี่ดังนั้นสมองของฉันอาจจะหายไปนานตั้งแต่เกษียณดังนั้นฉันขอสงวนสิทธิ์ที่จะพลาดบางสิ่งที่เห็นได้ชัด ;-))

1) 2) และ 3)
หากคุณใช้แหล่งจ่ายไฟที่แตกต่างกันในวงจรที่คุณต้องเชื่อมต่อพวกเขาด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งเพื่อให้พวกเขามีการอ้างอิงทั่วไป คุณจะเชื่อมต่อบริเวณนี้เกือบตลอดเวลาเนื่องจากเป็นข้อมูลอ้างอิงของคุณ แรงดันเป็นค่าสัมพัทธ์: ถ้าคุณใช้แบตเตอรี 'plus เป็นค่าลบค่าลบจะอยู่ที่ -12 V ถ้าคุณใช้ค่าลบเป็นค่าอ้างอิงค่าบวกจะอยู่ที่ +12 V. วงจรไม่กี่จะใช้ค่าบวกเป็นค่าอ้างอิงเราชอบ แรงดันไฟฟ้าในเชิงบวกที่ดีขึ้น ดังนั้นลบแบตเตอรี่ 'ไปที่พื้นดินของ Arduino

ทำไมพวกเขาต้องเชื่อมต่อ? ทรานซิสเตอร์ของคุณจะเห็นกระแสสองกระแส: กระแสฐานเข้าฐานและกลับไปยังแหล่งจ่าย 5V ผ่านตัวปล่อยกระแสและตัวสะสมกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ตัวสะสมและกลับสู่แบตเตอรี่ผ่านตัวปล่อย เนื่องจากกระแสมีตัวปล่อยพลังงานร่วมกัน (เรียกว่าวงจรตัวปล่อยทั่วไป ) ซึ่งจะเป็นจุดที่แหล่งจ่ายไฟทั้งสองจะเชื่อมต่อกัน

กระแสไฟฟ้าพื้นฐานรู้ได้อย่างไรว่าจะไปทางไหนเมื่อมันออกจากทรานซิสเตอร์ผ่านตัวปล่อยความร้อน กระแสสามารถไหลได้ในวงปิดเท่านั้นจากบวกจากแหล่งจ่ายไฟไปยังลบ กระแสฐานเริ่มต้นที่ +5 V ดังนั้นมันจะไม่ปิดลูปเมื่อมันไปตามพื้นของแบตเตอรี่

$\frac{5V-0.7V}{R1}$

$h_{FE}$$h_{FE}$

$\frac{4.3 V}{0.175 mA}$

ลองเลือกตัวต้านทาน 10 kΩ นั่นเป็นมูลค่าที่ต่ำกว่าที่เราต้องการ แต่เราจะโอเค กระแสไฟฟ้าพื้นฐานจะอยู่ที่ประมาณ 0.5 mA ซึ่ง Arduino จะจ่ายให้อย่างมีความสุขและทรานซิสเตอร์จะพยายามสร้าง 100 mA แต่อีกครั้งจะถูก จำกัด ที่ 35 mA ของเรา โดยทั่วไปเป็นความคิดที่ดีที่จะมีระยะขอบในกรณีที่ 5 V จะน้อยกว่านี้เล็กน้อยหรือตัวแปรใด ๆ ที่อาจมีในพารามิเตอร์ เรามีระดับความปลอดภัยสามระดับซึ่งควรจะเป็นเช่นนั้น

แล้ว R2 ล่ะ เราไม่ได้ใช้สิ่งนั้นและทุกอย่างดูเหมือนจะโอเค ถูกต้องและมันจะเป็นกรณีส่วนใหญ่ เมื่อไหร่ที่เราต้องการ ถ้าแรงดันเอาท์พุทต่ำของ Arduino จะไม่ต่ำกว่า 0.7 V เพื่อทรานซิสเตอร์ก็จะได้รับกระแสเมื่อปิด นั่นไม่ใช่กรณี แต่สมมติว่าเอาต์พุตแรงดันต่ำจะติดที่ 1 V. R1 และ R2 เป็นตัวแบ่งตัวต้านทานและถ้าเราเลือก R1 = R2 แล้วอินพุต 1 V จะกลายเป็นแรงดันฐาน 0.5 V และ ทรานซิสเตอร์จะไม่ได้รับกระแสใด ๆ

เรามีกระแสไฟฟ้า 0.5 mA เมื่อเปิด แต่ด้วย R2 ขนานกับตัวปล่อยฐานเราจะสูญเสียบางส่วนของกระแสนั้น ถ้า R2 คือ 10 kΩมันจะวาด 0.7 V / 10 kΩ = 70 µA ดังนั้นกระแสฐาน 500 µA ของเรากลายเป็น 430 µA เรามีมาร์จิ้นจำนวนมากดังนั้นมันจะทำให้เรามีกระแสมากพอที่จะเปิดใช้งานการถ่ายทอด

การใช้ R2 อื่นก็เพื่อระบายกระแสรั่วไหล สมมติว่าทรานซิสเตอร์ถูกขับเคลื่อนด้วยแหล่งกระแสเช่นโฟโตทรานซิสเตอร์ของ optocouplers หากแหล่งกำเนิดแสง optocoupler กระแสไฟฟ้าทั้งหมดจะเข้าสู่ฐาน ถ้า optocoupler ปิด phototransistor จะยังคงสร้างกระแสรั่วไหลเล็ก ๆ เรียกว่า "กระแสมืด" บ่อยครั้งไม่เกิน 1 µ A แต่ถ้าเราไม่ทำอะไรมันจะไหลไปที่ฐานและสร้างกระแส 200 collectorA ในขณะที่มันควรจะเป็นศูนย์ ดังนั้นเราจึงแนะนำ R2 และเลือก 68 kΩสำหรับมัน จากนั้น R2 จะสร้างแรงดันไฟฟ้าตกที่ 68 mV / µA ตราบใดที่แรงดันไฟฟ้าตกน้อยกว่า 0.7 V กระแสทั้งหมดจะไหลผ่าน R2 และไม่มีในฐาน นั่นคือ 10 µA หากกระแสไฟฟ้าสูงกว่ากระแสของ R2 จะถูกตัดที่ 10 µA และส่วนที่เหลือจะผ่านฐาน ดังนั้นเราสามารถใช้ R2 เพื่อสร้างเกณฑ์ กระแสมืดจะไม่เปิดใช้งานทรานซิสเตอร์เพราะต่ำเกินไป

ยกเว้นกรณีของ R2 ที่ขับเคลื่อนด้วยกระแสนี้จะไม่ค่อยมีความจำเป็น คุณไม่ต้องการที่นี่

ดูเหมือนว่าน่าจะกล่าวถึงว่าถ้าคุณจำเป็นต้องมี 2 บริเวณแยกจากกันคุณจะมีตัวเลือกในการถ่ายทอดสถานะของแข็ง optocouple AKA แต่สิ่งเหล่านี้มีขนาดใหญ่กว่าและราคาแพงกว่าทรานซิสเตอร์หลายเท่า (ยังไม่เลวสำหรับโครงการขนาดเล็ก) ดังนั้นควรใช้เมื่อจำเป็นจริงๆเท่านั้น