Berechnung des Basiswiderstandswertes

Ich habe mich im Internet umgesehen, aber es gibt so viele widersprüchliche Ratschläge, wie man den Wert für den notwendigen Widerstand zwischen der Basis des Transistors und dem Mikrocontroller findet. Ich bin zu diesem Zeitpunkt völlig ratlos.

Der Mikrocontroller, den ich verwende, ist ein Huzzah ESP8266 Breakout Board von Adafruit, und die Transistoren sind TIP41Cs.

Hier ist ein Schema:

— Kasper
quelle

Könnten Sie mich auf einige dieser widersprüchlichen Informationen hinweisen?

— Pipe

Was ist der maximale Strom, den jeder Transistor leiten kann? Was ist die logische Hochspannung, die aus dem digitalen Teil kommt? Wie viel Strom kann jede digitale Ausgangsquelle? Ist 12 V wirklich das Maximum, das die Transistoren schalten müssen? Insbesondere wenn dieser LED-Streifenstrom relativ hoch ist, warum nicht die naheliegendere Lösung, N-Kanal-MOSFETs anstelle von NPN-Transistoren zu verwenden?

— Olin Lathrop

Antworten:

Zuerst müssen Sie bestimmen, wie hoch der maximale Kollektorstrom ist, den der Transistor im eingeschalteten Zustand unterstützen muss.

Teilen Sie diesen Kollektorstrom durch die Verstärkung des Transistors, um den minimal erforderlichen Basisstrom zu erhalten. Die Verstärkung eines BJT variiert mit dem Betriebspunkt. Sie müssen daher das Datenblatt sorgfältig prüfen, um festzustellen, welchen Verstärkungswert Sie bei Ihrem maximalen Kollektorstrom annehmen können.

Sobald Sie den minimal erforderlichen Basisstrom kennen, ist es nur eine Frage des Ohmschen Gesetzes, den Basiswiderstand zu ermitteln. Der BE-Übergang des Transistors sieht für die Ansteuerschaltung wie eine Diode aus. Wenn der Basisstrom fließt, fällt er um 700 mV ab. Subtrahieren Sie dies vom logisch hohen Pegel, um die Spannung am Basiswiderstand zu ermitteln. Nach dem Ohmschen Gesetz ist der Widerstand die Spannung geteilt durch den Strom.

Denken Sie daran, dass diese Berechnung auf dem minimal erforderlichen Basisstrom basiert. Das Ergebnis ist der maximal zulässige Basiswiderstand. Es ist normalerweise gut, den Widerstand um ein oder zwei Standardwerte abzurunden, um einen gewissen Spielraum zu lassen.

Nachdem Sie einen Basiswiderstand ausgewählt haben, arbeiten Sie rückwärts, um den tatsächlichen Basisstrom zu ermitteln, und prüfen Sie, ob der digitale Ausgang diesen liefern kann. Wenn nicht, funktioniert dieser Transistor in dieser Schaltung nicht.

Das heißt, warum nicht einen FET verwenden? Es scheint, dass Sie nur 12 V schalten müssen. Es sieht so aus, als würde der IRLML2502 hier zum Beispiel gut funktionieren. Dann brauchen Sie überhaupt keinen Basiswiderstand. Der Spannungsabfall im eingeschalteten Zustand ist ebenfalls geringer.

— Olin Lathrop
quelle

Sie brauchen aber noch einen Gate-Widerstand

— Vinzent

@ Vin: Nein, das tust du nicht. Bei Hochgeschwindigkeitsschaltanwendungen sind manchmal einige Ohm Gate-Widerstand erforderlich. Ein normaler digitaler Ausgang kann einfach nicht das Problem verursachen, das ein Gate-Widerstand lösen würde.

— Olin Lathrop

@Cas: Erstens ist ein FET ein Transistor. Zweitens lesen Sie das Datenblatt, anstatt zu raten. Der IRLML2502 ist für 80 mOhm Rdson bei 2,5-V-Gate-Ansteuerung spezifiziert. Mit 4,5-V-Gate-Antrieb ist es besser (45 mOhm), aber 80 mOhm sind für viele Anwendungen ausreichend. Bei 1 A würde es nur 80 mV abfallen und 80 mW abführen. Das ist viel besser als jeder BJT.

— Olin Lathrop

@Cas: Ein FET (Feldeffekttransistor) ist ein Transistor, aber nicht alle Transistoren sind FETs.

— Olin Lathrop

Bei Ihrer niedrigen Spannung von 12 V gibt es eine Reihe von MOSFETs, die gut von 0 auf 3,3 V Logik angeschaltet werden können. Nur weil Sie einen unangemessenen FET ausgewählt haben, bedeutet dies nicht, dass alle FETs unangemessen sind. Wenn der LED-Strom höher ist und Sie eine Leckage von 150 uA tolerieren können, ist der IRLML6344 eine noch bessere Wahl. Bei 2,5-V-Gate-Ansteuerung werden 37 mOhm garantiert nicht überschritten.

— Olin Lathrop

Ein NPN-Transistor ist ein Stromverstärker. Er lässt einen Strom zwischen Kollektor und Emitter fließen, der hFe-mal größer ist als der Strom, der von Basis zu Emitter fließt. Auf diese Weise können Sie den Strom durch den Kollektor steuern, indem Sie den Strom steuern, der durch die Basis fließt.

Wenn Sie einen NPN-Transistor als Stromverstärker verwenden möchten, benötigen Sie als Basisstrom Ib den Kollektorstrom Ic geteilt durch die hFe des Transistors im Datenblatt

I_{b} = \frac{I_{c}}{h_{F e}}

$I_b=\frac{I_c}{h_{Fe}}$

Wenn der Transistor als Stromverstärker verwendet wird, kann er die Spannung nicht vollständig gegen Masse ziehen. Dazu müssen Sie sich im Betriebsbereich des Transistors befinden, in dem Sie relativ genug Strom zulassen, um dies zuzulassen den Transistor vollständig einzuschalten. Die Art und Weise, wie Sie dies tun, besteht darin, dass Sie den Basisstrom um den Faktor 5 erhöhen. Nun wird die Gleichung für die Verwendung eines bjt-Transistors als Schalter

I_{b} = \frac{5 I_{c}}{h_{F e}}

$I_b=\frac{5I_c}{h_{Fe}}$

Jetzt kennen Sie den benötigten Basisstrom, wenn Sie den Strom kennen, den Sie über den Kollektor-Emitter-Pfad einschalten müssen.

Jetzt können Sie den benötigten Widerstand berechnen, wenn Sie die Versorgungsspannung kennen

R_{b} = \frac{V_{c c} - V_{d}}{I_{b}}

$R_b = \frac{V_{cc}-V_d}{I_b}$

wobei Vcc typischerweise die Versorgungsspannung und Vd die Diodenspannung der Basisdiode ist $V_d=0.66V$ .

Abschließend

R_{b} = \frac{h_{F e} (V_{c c} - V_{d})}{5 I_{c}}

$R_b = \frac{h_{Fe}(V_{cc}-V_d)}{5I_c}$

Die Skalierung um den Faktor 5 ist nur eine Faustregel. Sie können jedoch jederzeit anhand des Datenblattes analysieren, wie viel Strom Sie über die Basis zum Einschalten benötigen.

— Vinzent
quelle

Würde das funktionieren? (12-0,6) * 30/5 * 0,3 = 228 228 Ohm?

— Casper

Wenn das Ihre Werte sind, z. 12V, 30gg, 300mA .. na dann Jahr würde es funktionieren. aber versorgst du das mcu wirklich mit 12v? und der Widerstandswert von 228 Ohm klingt nicht weit weg, wenn Sie bedenken, dass Sie 300 mA mit einem Transistor schalten, der eine sehr niedrige HFE von 30 hat. Etwas anderes, worüber ich mir Sorgen machen würde, ist 12 V / 228 Ohm = 53 mA, was ein ziemlich großer Strom ist von einem mcu Ausgang zu löschen

— Vinzent

Leider funktioniert Ihre Antwort rückwärts auf ein Ib, das möglicherweise nicht verfügbar ist, da es nicht hier ist. Es wäre gut, Ihre Antwort zu überarbeiten, um zuerst das erforderliche hFE aus dem erforderlichen Ic und dem verfügbaren Ib zu berechnen, dann hFE (min) aus dem Datenblatt nachzuschlagen und dann das maximal verfügbare Ic anzuzeigen, wenn hFE (min) nicht dem entspricht. (Wenn ich nicht auf einer Telefontastatur gewesen wäre, hätte ich eine solche Antwort gepostet :-))

— TonyM

Die Frage war nicht, wie man den richtigen Transistor auswählt, sondern wie man den Basiswiderstandswert findet. Um einen Basiswiderstand auszuwählen, muss man immer den Basisstrom kennen. Ich habe gerade die allgemeine Idee / Gleichung gezeigt

— Vinzent

Sorry, Vcc ist dann 3.3V. Ich habe den Vcc als 12V (für den LED-Streifen) verwechselt, der über den Transistor geht.

— Casper

Ich riskiere, vom Thema abzukommen - ändern Sie Ihre NPNs, verwenden Sie ein Darlington-Paar oder verwenden Sie N-MOSes.

TIP41C hat eine minimale Verstärkung von 15. Niedrige (ish) LED-Streifen haben 4,8 W pro Meter - das sind 400 mA. Andererseits hat der ESP8266 einen maximalen GPIO-Strom von 12 mA. Wenn Sie die Berechnungen 12mA / (400mA / 15/3) durchführen, erhalten Sie eine maximale Länge von 1,35 Metern.

Ich habe Extremwerte genommen - IRL sollte mit ungefähr 2 bis 2,5 Metern (7 bis 8 Fuß) eines LED-Streifens funktionieren, aber das ist alles.

Für Ihre eigentliche Frage - Sie haben bereits zwei gute Antworten, daher werde ich sie nicht wiederholen.

— Jan Dorniak
quelle