需要帮助计算晶体管基极的电阻

电器工程 Arduino 晶体管 当前的 电阻器 中继
2022-01-21 11:03:58

我有 3 个 12VDC/40A 汽车继电器(数据表),我想与我的 Arduino 一起使用。根据我正在关注的教程(链接),我需要晶体管、电阻器和二极管。我不是电气工程师,因此我不确定我所做的零件和计算。

首先,每个数据表的继电器线圈电阻为 90+-10% 欧姆。所以我继续计算电流。

电压=电阻*电流

电流=电压/电阻

电流=12V/90

欧姆电流 = 133mA

对于晶体管,我可以得到 2N3904 或 2N4401。此时我必须计算晶体管基极的电阻。在教程中如下

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 欧姆

2N3904 数据表指出,当 lc = 100mA(我的是 130mA)和 Vce = 1V 时,H(fe) 为 30-300。在这一点上,我不知道发生了什么,因此我需要帮助。

编辑:这是我最终得到的。图中RLY1为12VDC/40A(链接

在此处输入图像描述

4个回答

让我们为最坏的情况设计,这是一个很好的做法。

\$Ic = 133\文本{毫安}\$

\$h_{FE} = 30\$ # 根据数据表最小值 30,通常要好得多;@Ic=100mA

您现在可以计算 Ib:

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

\$V_{BE,SAT} = 0.95\$ # 数据表,最接近的匹配是 50mA。最大值,实际值可能要低得多(0.65V)

现在让我们计算基本串联电阻。这等于电阻两端的电压除以通过它的电流。通过电阻的电流与基极电流相同。其两端的电压是由晶体管 V(CE,sat) 的基极到发射极电压降低的轨电压 (5V)。

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

到目前为止,所有最坏情况的工程都在这里,让我们将它向上舍入到最接近的 E12 电阻值 1kΩ(或 820Ω 用于最坏情况工程,它可以与任何一个一起使用)。

你是对的,继电器线圈似乎需要标称 133 mA。然而,这并不是最坏的情况,假设线圈上施加了 12 V。尽管如此,这是一个很好的起点,那么我们稍后将投入 2 倍的保证金。

假设您将使用的晶体管的最小保证增益为 50。这意味着基极电流需要至少为 133 mA / 50 = 2.7 mA。如果您的数字输出为 5 V,则在考虑晶体管的 BE 压降后,基极电阻上的电压约为 4.3 V。4.3 V / 2.7 mA = 1.6 kΩ。要留出一些余量,请使用大约一半。820Ω的常用值应该不错。

现在回来看看数字输出必须提供什么。4.3 V / 820 Ω = 5.2 mA。许多数字输出都可以提供,但您需要检查您的输出是否可以。如果不能,则需要不同的拓扑。

由于您在饱和开关配置中使用晶体管,因此如果您将更多的基极电流泵入部件,而不是您打算从继电器线圈通过设备吸收的集电极电流量实际所需的量,则可以。

这是 2N3904 / 2N4401 可以注入的最大基极电流的实际限制。该限制并不总是在零件的数据表中明确说明,但我可以根据经验告诉您它在 5-> 6 mA 范围内。

对于开关设计,您可能需要为最低保证 Hfe 加上余量进行规划。因此,假设您选择 25 作为 Hfe 工作的最坏情况。所需的集电极电流为 133mA,Hfe 为 25,工作基极电流为 5.32mA。对于这些晶体管类型,这似乎在 OK 范围内。

看来您打算用 5V 信号驱动基座。标称 Vbe 为 0.7V,基极电阻上有 4.3V 的压降。在 4.3V 时将电流限制为 5.32mA 的电阻约为 800 欧姆。使用 820 欧姆标准值基极电阻。

最后注。如果您直接从 MCU 输出引脚驱动此电压,则 MCU 可能无法在 5V 输出电平下提供 5.32mA 电流。因此,MCU 输出将从 5V 下降一些。这将减少一些基极电流,但由于我们使用最坏情况 Hfe 进行计算,因此继电器驱动仍然适用于您将从包中取出的大多数晶体管。

您当然可以将比集电极电流要求和 \$h_{fe}\$ 所暗示的更多的电流放入晶体管的基极。事实上,您通常需要这样做——这可以确保在所有正常工作条件下,电路将继续按预期工作。

虽然有限制 - 晶体管的数据表可能会告诉你绝对最大基极电流是(比如说)50 mA - 如果集电极电流要求和 \$h_{fe}\$ 暗示,你真的不想走那么高50\$\亩A\$。所以选择500\$\mu A\$。这可能会涵盖所有可能发生的情况。

但是,您需要确定驱动基极的电路是否可以连续提供您决定的电流。同样,数据表会通知您,您不想太接近这个数字,否则您可能会降低芯片的可靠性。

还有另一个考虑。许多 CMOS 设备会声明最大输出电流为(例如)20 mA,但它们也会声明最大功率电流为(例如)100 mA。如果芯片驱动 3 个输出,这很好,但如果芯片是八进制缓冲器怎么办。实际检查每个引脚的电流输出并仔细检查电源电流 - 这可能有一个限制,以防止所有 o/p 引脚推出 20 mA。