NPN 트랜지스터로 스위칭되는 회로에서 전원 공급 장치와 입력 장치에 동일한 접지가 필요합니까?


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LED를 켜는 릴레이를 켤 수있는 회로를 만들려고합니다. 그러나 릴레이의 정격은 12V이며 5V의 입력 만 있으므로 NPN 트랜지스터를 사용하고 있습니다. 릴레이의 전원을 켜고 끕니다. 회로도는 다음과 같습니다. 여기에 이미지 설명을 입력하십시오

그러나 몇 가지 사항이 혼란 스럽습니다 (12V 전원 공급 장치와 5V 전원 공급 장치의 접지는 지정되어 있지 않습니다).

  1. 5V 전원 공급 장치가 Arduino 인 경우 12V 전원 공급 장치의 접지에 접지를 사용할 수 있습니까?

  2. 베이스와 이미 터가 트랜지스터에서 다른 접지를 갖는 것이 괜찮습니까? 아니면 그들은 같아야합니까?

  3. 12V 전원 공급 장치가 8 개의 AA 배터리 (지속 가능하지는 않지만 테스트 용으로 만 사용) 인 경우 배터리의 음극 대신 아두 이노와 동일한 접지에 어떻게 연결합니까?

  4. 트랜지스터를 기반으로 R1과 R2가 무엇인지 어떻게 알 수 있습니까? 온라인에서 몇 가지를 읽었지만 여전히 혼란스러워합니다.

  5. 내가 고려해야 할 다른 것들이 있어야합니까?

나는 이것에 완전히 익숙하지 않으므로 어떤 도움이라도 대단히 감사합니다.


릴레이가 지금까지 올바른 이유는 무엇입니까? 실제로 거리가 멀다면 코일을 가로 질러 다이오드 D2를 직접 배치해야합니다. 어쨌든 10cm보다 훨씬 더 가깝습니다.
stevenvh

사과 할 필요가 없습니다. 방금 두 사람을 가까이 두는 것이 중요하다고 지적하고 싶었습니다. 그러나 당신은 그것을 아는 것 같습니다, 그래서 모든 것이 복숭아입니다 :-)
stevenvh

답변:


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  1. 예, 트랜지스터를 전환하려면이 회로에 5V 및 12V 접지를 연결해야합니다. 베이스 전류에 대한 리턴 경로가 있어야합니다. 1 선만 사용하여 신호를 보낼 수 없습니다.
  2. 위의 이미 터는 신호 소스 (Arduino)와 동일한 접지를 사용해야하거나 리턴 경로가 없습니다.

  3. 하단 배터리의 음극 단자 (직렬 8 개가 있다고 가정)를 Arduino 접지에 연결합니다.
    "접지"는 회로에서 전압을 측정하기위한 기준점의 용어 일뿐입니다. 일반적으로 공급 장치의 음극 단자에 연결된 네트이지만 모든 지점을 선택할 수 있습니다. 예를 들어 회로 "접지"에서 양극 단자가 연결되는 지점을 호출 한 다음 "원래 접지"(회로에 표시된 접지)는 -12V입니다. 음의 단자는 전압이 음의 것을 의미하는 것이 아니라 전류가 흐르는 방향을 알려줍니다.

  4. (a) R1은 전류를 트랜지스터의베이스로 제한하는 것입니다. 값을 계산하려면 스위칭하는 전류량 (즉, 릴레이에 필요한 양)과 트랜지스터의 전류 게인을 알아야합니다. 전류 게인이 200 인 트랜지스터를 사용하고 있고 릴레이를 전환하려면 20mA가 필요하다고 가정 해 봅시다. 베이스를 통과하는 전류는 전류 게인에 의해 증폭되므로베이스 전류는 최소 20mA / 200 = 0.1mA 여야한다는 것을 알고 있습니다.
    일반적인 바이폴라 트랜지스터의 기본 전압은 약 0.7V이므로 직렬 저항 (R1)은 최대 값이어야합니다. (5V-0.7V) / 0.1mA = 43kΩ
    게인이 다를 수 있으므로 (데이터 시트의 최소값에서 벗어나 안전) 33kΩ을 선택하여 약간의 기본 전류를 절약 할 수 있습니다. 효과적인 스위치가 되려면 선형과 포화 모드 사이에서 무릎에 유효 게인이 떨어지기 시작합니다 (Shokran이 언급 한대로). 따라서 컬렉터를 접지 근처로 당길 수 있도록 계산 된 것보다 낮은 값의 저항을 선택합니다. 예를 들어 소산을 최소화하는 전력 트랜지스터의 경우 계산 된 것보다 5 배 이상 작은 값을 선택하는 것이 현명합니다 (또는 ~ 20의 이득을 가정). 위의 예에서 4.3k로 낮아질 수 있습니다.

    (b) R2는 구동 전류가 제거 될 때베이스가 접지로 당겨 지도록합니다. 이것은 누설 전류가 트랜지스터를 부분적으로 켜는 것을 막기 위함입니다. 이 값은 너무 정밀 할 필요가 없으며 누설 전류 (데이터 시트)를 분류하기에 충분하고 너무 많은베이스 드라이브 전류를 훔치기에는 충분하지 않습니다. 직렬 저항 (또는 1kΩ ~ 500kΩ)의 5-10 배는 대략적인 범위입니다. 100k & Omega는 대부분의 경우 합리적인 값이지만 누설 전류가 최소화되어야하므로 여기서 330k를 선택합니다. 훨씬 더 낮아야하는 경우 보상을 위해 직렬 저항을 조정해야합니다.
    Arduino 핀이 0V 로 구동 되는 경우 (즉, 출력 및 로직 0으로 설정) R2가 실제로 필요하지 않은 경우 핀이 높은 임피던스 (예 : 입력)로 설정된 경우에만 해당됩니다.
    주 2-이것은 BJT와 관련하여 매우 걱정할만한 일이 아닙니다 (MOSFET은 또 다른 문제이며 확실히 떠 다니고 싶지 않습니다) 매우 높은 이득 트랜지스터 (esp darlington), 시끄러운 환경 및 / 또는 매우 고온 (온도에 따라 누설이 증가) 및 매우 높은 컬렉터 저항으로 인해 문제가 발생할 수 있지만 일반적으로 누설 전류는 작아 질 것입니다.

  5. 지금 당장 발견 할 수있는 것은 아닙니다 (그러나 아침에 4:48이므로 뇌가 은퇴 한 지 오래되어서 분명한 것을 놓칠 권리가 있습니다 .-))


후속 질문 : LED를 12V가 필요한 다른 구성 요소로 교체한다고 가정 해 봅시다. 회로를 줄일 수있는 방법이 있습니까? 아마도 12V 전원 공급 장치가 이미 있으므로 릴레이가 전혀 필요하지 않습니까? 아니면 그 상황에서 고려해야 할 다른 것들이 있습니까?
메이슨

구성 요소를 NPN이 처리 할 수있는 최대 값 (Ice 등급)보다 낮은 전류로 구동 할 수 있고 전력 / 온도 등급 (Ic * Vce = 소비 전력)을 초과하지 않으면 릴레이 없이도 가능합니다. . 예를 들어 대부분의 LED는 범용 NPN에서 구동 할 수 있습니다 (예 : 일반적인 Ic 정격은 500mA, 일반적인 LED는 최대 20mA 만 필요) 릴레이는 주로 고전압 (예 : 주전원) 또는 전류와 함께 사용되며 절연이 좋은 생각.
Oli Glaser 2

따라서 컴포넌트에 여전히 5A가 필요한 경우 릴레이를 유지해야합니다. 이게 내 릴레이 야 업데이트 : 저항을 추가하지 않고 이중 A 배터리에서 12V를 구성 요소에 적용하면 구성 요소가 거의 작동하지 않습니다. 구성 요소가 배터리에서 필요한만큼 많은 전류를 소비한다는 인상을 받았습니다. 맞습니까? 릴레이에 문제가있을 수 있습니까? 릴레이는 여전히 정확하게 전환되고 있습니다. 원하는 것처럼 전체 스로틀을 실행하는 대신 구성 요소가 조용히 윙윙 거리고 있습니다.
메이슨

참고 : 구성 요소는 이 앞 유리 와이퍼 펌프 입니다. 내가 얻는 전류를 측정 한 후 2.5A 만 그리는 것처럼 보입니다.
메이슨

5A의 경우 릴레이를 사용하거나 해당 양의 전류를 처리하는 정격 전력 트랜지스터를 사용할 수 있습니다. 와이퍼 펌프에는 상당한 양의 전류가 필요하며 (시동시 최대 5A) AA 배터리는 내부 저항으로 인해 (화학, 온도 및 충전 상태에 따라) 공급할 수 없을 것입니다. 로드시 전압을 측정하여이를 확인하십시오 (12V에서 상당히 떨어짐) 납 축전지에서 작동 해보십시오 (펌프가 아닐 수도 있음)-릴레이 측정에서 저항을 측정하려면 ~ 0ohm이어야합니다. 시 폐쇄)
OLI 글레이저

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1), 2) 및 3)
회로에서 다른 전원 공급 장치를 사용하는 경우 공통 참조를 갖도록 전원 공급 장치를 다른 방식으로 연결해야합니다. 접지는 참조이므로 거의 항상 접지를 연결합니다. 전압은 상대적입니다. 배터리의 플러스를 기준으로 사용하면 마이너스는 -12V가되고, 마이너스를 기준으로하면 +는 12V가됩니다. 양의 전압이 더 좋습니다. 배터리의 마이너스가 아두 이노의 땅으로갑니다.

왜 연결해야합니까? 트랜지스터에는 두 가지 전류, 즉베이스 전류,베이스로 들어가서 이미 터를 통해 5V 전원으로 돌아 가기, 컬렉터 전류가 컬렉터로 들어가서 이미 터를 통해 배터리로 돌아가는 두 가지 전류가 표시됩니다. 전류에는 두 개의 전원 공급 장치가 연결될 공통 공통 이미 터 (공통 이미 터 회로 라고 함 )가 있기 때문입니다.

베이스 전류는 이미 터를 통해 트랜지스터를 나갈 때 어떤 방법으로 갈지 어떻게 알 수 있습니까? 전원은 플러스에서 마이너스까지 폐쇄 루프에서만 흐를 수 있습니다. 베이스 전류는 + 5V에서 시작되었으므로 배터리 접지로 갈 때 루프가 닫히지 않습니다.

4)
우리는 잠시 R2를 남겨 둘 것이다. 베이스 이미 터는 다이오드로 작동하기 때문에베이스는 약 0.7V입니다. 트랜지스터를 활성화하기 위해 5V를 적용한 다음 옴의 법칙에 따라 R1 (베이스 전류)을 통한 전류는 . 트랜지스터는 계전기를 구동하기 위해 전류를 충분히 높은 콜렉터 전류로 증폭합니다. 충분히 높은 것은 무엇입니까? 따라서 릴레이의 데이터 시트를 확인해야합니다. 필요한 전류 또는 코일의 저항을 알려주고 옴의 법칙으로 다시 전류를 계산할 수 있습니다. 릴레이는 일반적으로 활성화하는 데 약 400mW가 필요하므로 400mW / 12V = 35mA의 전류 인 12V 릴레이의 경우. 이것이 최소 컬렉터 전류입니다. 5V0.7VR1

베이스 전류가 얼마나 필요한지 알아 보려면 트랜지스터의 데이터 시트를 살펴 봐야합니다. 목적이 필요한 100 000 BC547B 주위에 거짓말을 했다고 가정 해 봅시다 (주문시 소수점을 잊어 버렸습니다). 현재 게인은 데이터 시트의 2 페이지 에있는 매개 변수로 제공됩니다. BC547B는 최소 200입니다. (항상 최악의 경우 값을 사용하십시오. 의 경우 최소값입니다. 일반적인 값을 사용하면 일부 부품의 전류가 너무 적을 수 있습니다.) h F EhFEhFE

따라서 35mA 컬렉터 전류를 얻으려면 35mA / 200 = 0.175mA 기본 전류가 필요합니다. 그러면 R1은 = 24600 Ω 이어야 합니다. 그것은 당신이 찾을 수없는 값이므로, 우리는 더 높거나 낮은 값을 선택합니다. 더 높은 값을 선택하면 전류가 낮아지고 수집기 전류도 낮아지며 릴레이가 작동하지 않을 수 있습니다. 따라서 더 낮아야합니다. 24600 Ω이 상한입니다. 너무 많은베이스 전류를 공급하는 데 아무런 문제가 없습니다 (이유 내에서). 콜렉터 전류는 따르려고하지만 코일의 저항이이를 제한합니다. 코일의 저항이 360Ω 인 경우 옴의 법칙은 아무리 노력해도 12V에서 35mA를 초과 할 수 없다고 말합니다. 4.3V0.175mA

10kΩ 저항을 선택합시다. 그것은 우리가 필요로하는 것보다 훨씬 낮은 가치이지만 우리는 괜찮을 것입니다. 기본 전류는 약 0.5mA이며 Arduino는 즐겁게 공급할 것이며 트랜지스터는 100mA를 만들려고 시도하지만 다시 35mA로 제한됩니다. 일반적으로 5V가 약간 적거나 매개 변수에 다른 변형이있을 경우를 대비하여 약간의 마진을 갖는 것이 좋습니다. 세 가지 안전 마진이 있으며 이는 괜찮습니다.

R2는 어떻습니까? 우리는 그것을 사용하지 않았고 모든 것이 정상인 것 같습니다. 맞습니다. 대부분의 경우에 그렇습니다. 언제 필요할까요? Arduino의 출력 저전압이 0.7V 아래로 떨어지지 않으면 트랜지스터가 꺼질 때 전류도 얻을 수 있습니다. 그렇지는 않지만 출력 저전압이 1V로 고정된다고 가정 해 봅시다. R1과 R2는 저항 분배기를 형성하며, R1 = R2를 선택하면 1V 입력이 0.5V 기본 전압이되고 트랜지스터는 전류를 얻지 못합니다.

우리는 켜져있을 때 0.5 mA의베이스 전류를 가졌지 만,베이스 이미 터와 평행 한 R2를 사용하면 그 전류의 일부를 잃게됩니다. R2가 10kΩ이면 0.7V / 10kΩ = 70µA가됩니다. 따라서 500µA 기본 전류는 430µA가됩니다. 우리는 마진이 많기 때문에 계전기를 활성화하기에 충분한 전류를 줄 수 있습니다.

R2의 또 다른 용도는 누설 전류를 배출하는 것입니다. 트랜지스터가 광 커플러의 광 트랜지스터와 같은 전류원에 의해 구동된다고 가정하십시오. 옵토 커플러가 전류를 공급하면 모두베이스에 들어갑니다. 광 커플러가 꺼져 있으면 포토 트랜지스터는 여전히 "암전류"라고하는 작은 누설 전류를 생성합니다. 종종 1µA를 넘지 않지만, 아무것도하지 않으면베이스로 흘러 200µA 콜렉터 전류가 생성됩니다. 0이어야합니다. 그래서 우리는 R2를 도입하고 그것을 위해 68kΩ을 선택합니다. 그러면 R2는 68mV / µA의 전압 강하를 생성합니다. 전압 강하가 0.7V 미만인 한 모든 전류는 R2를 통과하고베이스에는 흐르지 않습니다. 10µA입니다. 전류가 더 높은 경우 R2의 전류는 10µA에서 클리핑되고 나머지는베이스를 통과합니다. 따라서 R2를 사용하여 임계 값을 만들 수 있습니다. 암전류는 너무 낮아 트랜지스터를 활성화하지 않습니다.

이 경우를 제외하고 전류 구동 R2는 거의 필요하지 않습니다. 여기서 필요하지 않습니다.


'R1과 R2는 저항 분배기를 형성하며 R1 = R2를 선택하면 1V 입력은 0.5V 기본 전압이됩니다.'그러나 일반적으로 R2 >> R1 (x10 배)을 선택하므로 입력은 여전히 ​​1V에 가깝습니다. ..
m.Alin

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@ m.Alin-기본 전압은 최대 0.7V입니다. 0.5V의 경우베이스는 전류를 소비하지 않지만 10 : 1 분배기가 0.9V로 설정하면 BE 정션은 0.7V로 제한됩니다. 따라서 R2는 전압을 설정하지 않으며 제한된 전류는 R1보다 훨씬 크기 때문에 실제로 기능을 제공하지 않습니다. 그렇기 때문에 거의 필요하지 않을 것이라고 말했습니다.
stevenvh

이 경우베이스를지면에 직접 연결할 수 있습니까?
메이슨

어떤 이유로 든, 리드를베이스에서 접지로 연결했을 때 작동하지 않았지만, 68kΩ 저항을 그 자리에 추가하면 완벽하게 작동했습니다.
메이슨

@Mason-여기에 약간의 오해가 있다고 생각합니다. R2를 생략하면베이스와 접지가 연결되지 않고 전선으로 교체되지 않습니다. 베이스 전압이 0이되고 0.7V가 필요하기 때문에베이스를 접지에 연결하면 작동하지 않습니다. 68k에서도 작동하지만 확실하게 작동합니다. 베이스를 접지에 연결하지 마십시오.
stevenvh

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실제로 2 개의 별도 접지가 필요한 경우 옵토 커플 AKA 솔리드 스테이트 릴레이 옵션이 있습니다. 그러나 이것들은 트랜지스터보다 몇 배 더 크고 비싸기 때문에 (작은 프로젝트에는 나쁘지 않습니다) 실제로 필요한 경우에만 사용하십시오.

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