我正在尝试制作一个电路，让我可以打开一个可以打开 LED 的继电器。但是，继电器的额定电压为 12 V，而我只有 5 V 的输入，所以我使用的是NPN 晶体管。打开和关闭继电器的电源。这是示意图：
但是，我对一些事情感到困惑（注意 12 V 电源和 5 V 电源的接地均未指定）：
如果我的 5 V 电源是 Arduino，我可以将地用于 12 V 电源的地吗？
基极和发射极在晶体管上有不同的接地可以吗？还是它们必须相同？
如果我的 12 V 电源是 8 节 AA 电池（不可持续，但我只是将其用于测试），我如何将其连接到与 arduino 相同的地线，而不是电池的负极？
根据晶体管，我如何确定 R1 和 R2 应该是什么？我在网上看了一些东西，但仍然很困惑。
还有其他我没有考虑到的事情吗？
我对此完全陌生，因此非常感谢任何帮助。
见上文，发射器需要使用与信号源（Arduino）相同的接地，否则没有返回路径。
将底部电池的负极（假设您有 8 个串联）连接到 Arduino 地。
“接地”只是用于测量电路中电压的参考点的术语，您可以选择任何点（尽管它通常是连接到电源负极端子的网络）。例如，您可以将正极端子连接到电路中的点称为“接地”，然后“原始接地”（电路中显示的接地）相对于它是-12V。负极并不意味着电压是负的，它只是告诉你电流的流动方式。
(a) R1 用于限制流向晶体管基极的电流。要计算该值，我们需要知道我们正在切换多少电流（即继电器需要多少）以及晶体管的电流增益。假设我们使用电流增益为 200 的晶体管，继电器需要 20mA 来切换。由于通过基极的电流被电流增益放大，我们知道基极电流至少需要 20mA / 200 = 0.1mA。
典型双极晶体管的基极电压约为 0.7V，因此串联电阻 (R1) 的最大值需要为：(5V - 0.7V) / 0.1mA = 43kΩ
由于增益可能会有所不同（为了安全起见，从数据表中的最小值开始）我们可以选择一个 33kΩ 来留出一些基极电流。请注意，作为一个有效的开关，我们希望晶体管饱和，因为有效增益在线性和饱和模式之间的拐点处开始下降（如 Shokran 所述）。因此，我们选择了一个比计算值低的电阻器，以确保我们可以将集电极拉近地。在例如功率晶体管的情况下，最小化耗散很重要，明智的做法是选择比计算值小至少 5 倍的值（或假设增益约为 20），因此在上面的示例中我们可以低至 4.3k。
(b) R2 用于确保在移除驱动电流时将基极接地。这是为了阻止泄漏电流使晶体管部分导通。该值不需要太精确，只要足以分流泄漏电流（数据表），也不需要太低以窃取过多的基极驱动电流。串联电阻的 5-10 倍（或 1kΩ 到 500kΩ）是一个粗略的范围。在大多数情况下，100k&Omega 是一个合理的值，尽管我会在这里选择 330k，因为泄漏电流应该是最小的。如果您需要降低很多，则必须调整串联电阻以进行补偿。
请注意，如果 Arduino 引脚被驱动为 0V（即设置为输出和逻辑 0），则 R2 并不是真正需要的，只有当引脚设置为高阻抗（即输入）时
注 2 - 对于 BJT，这很少需要担心（MOSFET 是另一回事，绝对不希望悬空）如果您有一个非常高增益的晶体管（尤其是达林顿）、嘈杂的环境和/或非常高温（泄漏随温度增加）和非常高的集电极电阻可能会导致问题，但通常泄漏电流会很小。
不是我现在可以发现（但是这里是早上 4 点 48 分，所以我的大脑可能早就退休了，所以我保留错过明显的东西的权利 ;-)）
1)、2) 和 3)
如果您在电路中使用不同的电源，则必须以某种方式连接它们，以便它们具有共同的参考。您几乎总是会连接接地，因为它们是您的参考。电压是相对的：如果您将电池的正极作为参考，则负极将处于 -12 V，如果您将负极作为参考，正极将处于 +12 V。很少有电路会使用正极作为参考，我们喜欢正电压更好。所以电池的负号是 Arduino 的。
为什么它们必须连接？您的晶体管将看到两个电流：基极电流，进入基极并通过发射极返回到 5V 电源，以及集电极电流进入集电极并通过发射极返回电池。由于电流具有共同的发射极（称为共发射极电路），这将是连接两个电源的地方。
当基极电流通过发射极离开晶体管时，它如何知道要走哪条路？电流只能在闭合回路中流动，从电源的正极到负极。基极电流从 +5 V 开始，因此当它通过电池接地时不会闭合环路。
4)
我们暂时不考虑 R2。因为基极发射极充当二极管，所以基极电压约为 0.7 V。施加 5 V 电压来激活晶体管，根据欧姆定律，通过 R1 的电流（即基极电流）为 \$\frac{5V- 0.7V}{R1}\$。晶体管将该电流放大到足够高的集电极电流以驱动继电器。什么足够高？因此，您必须检查继电器的数据表。它会告诉您所需的电流或线圈的电阻，然后您可以再次使用欧姆定律计算电流。继电器通常需要大约 400 mW 才能激活，因此对于 12 V 继电器，电流为 400 mW/12 V = 35 mA。那是最小的集电极电流。
要找出我们需要多少基极电流，我们必须查看晶体管的数据表。假设我周围有 100 000个 BC547B（我订购它们时忘记了小数点），我需要一个目的。当前增益由 \$h_{FE}\$ 参数给出，我们可以在数据表的第 2 页找到该参数。对于 BC547B，最小值为 200。（始终使用最坏情况值，对于 \$h_{FE}\$，这是最小值。如果您使用典型值，则某些部件的电流可能太小。）
因此，要获得 35 mA 集电极电流，我们需要 35 mA/200 = 0.175 mA 基极电流。那么 R1 必须是 \$\frac{4.3 V}{0.175 mA}\$ = 24600 Ω。这是一个你找不到的值，所以我们应该选择更高或更低的值。如果我们选择更高的值，电流会更低，集电极电流也会更小，我们的继电器可能不会激活。所以它必须更低，24600 Ω是上限。现在提供过多的基极电流（在合理范围内）并没有错；集电极电流将尝试跟随，但线圈的电阻会限制它。如果线圈的电阻为 360 Ω，则欧姆定律表明，无论您如何努力，在 12 V 时您都无法获得超过 35 mA 的电流。
让我们选择一个 10 kΩ 的电阻。这比我们需要的值低得多，但我们会没事的。基极电流将在 0.5 mA 左右，Arduino 会很高兴地提供，晶体管会尝试达到 100 mA，但同样，它将被限制在我们的 35 mA。一般来说，留有一些余量是个好主意，以防 5 V 会少一点，或者参数中可能存在其他任何变化。我们有一个三倍的安全边际，应该没问题。
R2呢？我们没有使用它，一切似乎都很好。没错，而且在大多数情况下都会如此。我们什么时候需要它？如果 Arduino 的输出低电压不会低于 0.7 V，那么晶体管在关闭时也会获得电流。情况并非如此，但假设输出低电压将保持在 1 V。R1 和 R2 形成一个电阻分压器，如果我们选择 R1 = R2，则 1 V 输入将变为 0.5 V 基极电压，而晶体管不会得到任何电流。
开启时我们有 0.5 mA 的基极电流，但 R2 与基极发射极并联时，我们会在那里损失一些电流。如果 R2 为 10 kΩ，它将消耗 0.7 V/10 kΩ = 70 µA。所以我们的 500 µA 基极电流变为 430 µA。我们有很大的余量，所以这仍然会给我们足够的电流来激活继电器。
R2 的另一个用途是排出漏电流。假设晶体管由电流源驱动，例如光耦合器的光电晶体管。如果光耦合器提供电流，它将全部进入基极。如果光耦合器关闭，光电晶体管仍会产生很小的泄漏电流，即所谓的“暗电流”。通常不超过 1 µA，但如果我们不采取任何措施，它将流入基极并产生 200 µA 的集电极电流。虽然它应该为零。所以我们引入R2，并为其选择68 kΩ。然后 R2 将产生 68 mV/µA 的电压降。只要电压降小于 0.7 V，所有电流都将通过 R2，而不会流入基极。那是 10 µA。如果电流更高，R2 的电流将被限制在 10 µA，其余部分通过基极。所以我们可以使用 R2 来创建一个阈值。暗电流不会激活晶体管，因为太低了。
除了这种电流驱动的情况，R2 很少需要。你在这里不需要它。
似乎值得一提的是，如果您真的需要 2 个单独的接地，那么您可以选择光耦 AKA 固态继电器。但是它们比晶体管大几倍且价格昂贵（对于小型项目来说仍然不错），因此仅在真正需要时才使用。