Dalam rangkaian yang dialihkan oleh transistor NPN, apakah catu daya dan input membutuhkan landasan yang sama?

Saya mencoba membuat sirkuit yang memungkinkan saya untuk menyalakan relay yang akan menyalakan LED. Namun, relay dinilai untuk 12 V, dan saya hanya memiliki input 5 V, jadi saya menggunakan transistor NPN . untuk menghidupkan dan mematikan relay. Berikut skemanya:

Namun, saya bingung tentang beberapa hal (Perhatikan tanah untuk catu daya 12 V dan catu daya 5 V tidak ditentukan):

1. Jika catu daya 5 V saya adalah Arduino, dapatkah saya menggunakan tanah untuk catu daya 12 V?

2. Apakah boleh untuk basis dan emitor memiliki alasan yang berbeda pada transistor? Atau apakah mereka harus sama?

3. Jika catu daya 12 V saya adalah 8 baterai AA (tidak berkelanjutan, tapi saya hanya menggunakannya untuk pengujian), bagaimana saya menghubungkannya ke ground yang sama dengan arduino, alih-alih sisi negatif baterai?

4. Bagaimana saya mengetahui apa yang seharusnya R1 dan R2, berdasarkan pada transistor? Saya membaca beberapa hal secara online, tetapi saya masih bingung.

5. Adakah hal lain yang tidak saya perhitungkan?

Saya benar-benar baru dalam hal ini, jadi bantuan apa pun sangat kami hargai.

1. Ya, Anda perlu menghubungkan alasan 5V dan 12V di sirkuit ini agar transistor dapat berganti. Ingat harus ada jalur balik untuk arus basis. Anda tidak dapat mengirim sinyal hanya menggunakan 1 kawat.

2. Lihat di atas, emitor perlu menggunakan arde yang sama dengan sumber sinyal (Arduino) atau tidak ada jalur balik.

3. Hubungkan terminal negatif dari baterai bawah (dengan anggapan Anda memiliki 8 seri) ke arde Arduino.
   "Ground" hanyalah sebuah istilah untuk titik referensi untuk mengukur tegangan dari dalam sirkuit Anda, Anda dapat memilih titik mana pun, (meskipun itu biasanya jaring yang terhubung ke terminal negatif pasokan). Sebagai contoh, Anda dapat memanggil titik terminal positif terhubung ke sirkuit "tanah", dan kemudian "tanah asli" (tanah seperti yang ditunjukkan dalam sirkuit Anda) akan -12V relatif terhadap itu. Terminal negatif tidak berarti tegangan negatif, itu hanya memberi tahu Anda ke mana arus mengalir.

4. (a) R1 adalah untuk membatasi arus ke basis transistor. Untuk menghitung nilainya, kita perlu tahu berapa banyak arus yang kita alihkan (yaitu berapa banyak kebutuhan relai) dan penguatan transistor saat ini. Katakanlah kita menggunakan transistor dengan gain 200, dan relay membutuhkan 20mA untuk beralih. Karena arus yang melalui basis diperkuat oleh penguatan arus, kita tahu arus basis harus setidaknya 20mA / 200 = 0,1mA.
   Tegangan basis transistor bipolar tipikal adalah sekitar 0,7V, sehingga resistor seri (R1) harus maksimum: (5V - 0,7V) / 0,1mA = 43kΩ
   Karena keuntungan dapat bervariasi (beralih dari nilai min dalam datasheet menjadi aman), kita dapat memilih 33kΩ untuk memiliki beberapa arus basis untuk cadangan. Perhatikan bahwa untuk menjadi saklar yang efektif kami ingin transistor jenuh, karena gain efektif mulai turun di lutut antara mode linier dan saturasi (seperti yang disebutkan oleh Shokran). Jadi kami memilih resistor dengan nilai lebih rendah dari yang dihitung untuk memastikan kami dapat menarik kolektor di dekat tanah. Dalam kasus dengan misalnya transistor daya di mana meminimalkan disipasi penting, adalah bijaksana untuk memilih nilai setidaknya 5 kali lebih kecil dari yang dihitung (atau mengasumsikan keuntungan ~ 20) sehingga kita bisa mencapai serendah 4.3k pada contoh di atas.

   (B) R2 ada untuk memastikan basis ditarik ke tanah ketika arus drive dihapus. Ini untuk menghentikan arus bocor yang menghidupkan sebagian transistor. Nilainya tidak perlu terlalu tepat, cukup cukup untuk melangsir arus bocor (lembar data) dan tidak terlalu rendah untuk mencuri terlalu banyak basis drive saat ini. 5-10 kali resistor seri (atau 1kΩ hingga 500kΩ) adalah kisaran kasar yang harus dituju. 100k & Omega adalah nilai yang wajar untuk kebanyakan kasus, meskipun saya akan pergi untuk 330k di sini karena arus bocor harus minimal. Jika Anda perlu jauh lebih rendah maka Anda harus menyesuaikan resistor seri untuk mengimbangi.
   Perhatikan bahwa jika pin Arduino digerakkan ke 0V (yaitu diatur ke output dan logika 0) maka R2 tidak benar-benar diperlukan, itu hanya jika pin diatur ke Impedansi Tinggi (yaitu input)
   Catatan 2 - bahwa ini sangat jarang sesuatu yang perlu dikhawatirkan dengan BJT (MOSFET adalah masalah lain dan pasti tidak ingin dibiarkan mengambang) Jika Anda memiliki transistor gain yang sangat tinggi (esp darlington), lingkungan yang bising, dan / atau sangat suhu tinggi (kebocoran meningkat dengan suhu) dan resistor kolektor yang sangat tinggi maka dapat menyebabkan masalah, tetapi umumnya arus bocor akan menjadi kecil.

5. Bukannya aku bisa melihat sekarang (tapi sekarang jam 4:48 pagi di sini jadi otakku mungkin sudah lama pensiun, jadi aku berhak melewatkan sesuatu yang jelas ;-))

1), 2) dan 3)
Jika Anda menggunakan catu daya yang berbeda dalam suatu rangkaian Anda harus menghubungkannya dengan beberapa cara sehingga mereka memiliki referensi umum. Anda hampir selalu akan menghubungkan alasan, karena itu adalah referensi Anda. Tegangan relatif: jika Anda mengambil plus baterai sebagai referensi minus akan berada di -12 V, jika Anda mengambil minus sebagai referensi plus akan berada di +12 V. Beberapa sirkuit akan menggunakan plus sebagai referensi, kami suka tegangan positif lebih baik. Jadi minus baterai jatuh ke tanah Arduino.

Mengapa mereka harus terhubung? Transistor Anda akan melihat dua arus: arus basis, memasuki basis dan kembali ke suplai 5V melalui emitor, dan arus kolektor memasuki kolektor dan juga kembali ke baterai melalui emitor. Karena arus memiliki emitor yang sama (itu disebut sirkuit emitor bersama ) yang akan menjadi tempat kedua catu daya akan terhubung.

Bagaimana arus basis tahu ke mana harus pergi ketika keluar transistor melalui emitor? Arus hanya dapat mengalir dalam loop tertutup, dari plus dari catu daya ke minus. Arus basis dimulai pada +5 V, jadi itu tidak akan menutup loop ketika itu akan pergi jalan tanah baterai.

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

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

Jadi untuk mendapatkan arus kolektor 35 mA kita perlu 35 mA / 200 = 0,175 mA arus basis. Maka R1 harus$\frac{4.3 V}{0.175 mA}$

Mari kita pilih resistor 10 kΩ. Itu nilai yang jauh lebih rendah dari yang kami butuhkan, tetapi kami akan baik-baik saja. Arus basis akan menjadi sekitar 0,5 mA, yang akan disuplai oleh Arduino dengan senang hati, dan transistor akan mencoba membuat 100 mA, tetapi sekali lagi, itu akan terbatas pada 35 mA kami. Secara umum itu ide yang baik untuk memiliki beberapa margin, dalam kasus 5 V akan menjadi sedikit kurang, atau variasi apa pun yang mungkin ada dalam parameter. Kami memiliki margin keselamatan faktor tiga, yang harusnya OK.

Bagaimana dengan R2? Kami tidak menggunakannya dan semuanya tampak baik-baik saja. Itu benar, dan itu akan terjadi dalam banyak kasus. Kapan kita membutuhkannya? Jika tegangan rendah output Arduino tidak akan turun di bawah 0,7 V sehingga transistor juga akan mendapatkan arus saat mati. Itu tidak akan terjadi, tetapi katakanlah output tegangan rendah akan menempel pada 1 V. R1 dan R2 membentuk pembagi resistor, dan jika kita memilih R1 = R2 maka input 1 V akan menjadi tegangan basis 0,5 V, dan Transistor tidak akan mendapatkan arus.

Kami memiliki arus basis 0,5 mA saat aktif, tetapi dengan R2 yang sejajar dengan basis-emitor, kami akan kehilangan sebagian dari arus itu di sana. Jika R2 adalah 10 kΩ itu akan menarik 0,7 V / 10 kΩ = 70 μA. Jadi arus basis 500 μA kami menjadi 430 μA. Kami memiliki banyak margin, sehingga masih memberi kami arus yang cukup untuk mengaktifkan relay.

Penggunaan lain untuk R2 adalah untuk mengalirkan arus bocor. Misalkan transistor digerakkan oleh sumber arus, seperti fototransistor optocoupler. Jika sumber optocoupler saat ini semuanya akan masuk ke pangkalan. Jika optocoupler dimatikan phototransistor masih akan membuat arus bocor kecil, apa yang disebut "arus gelap". Seringkali tidak lebih dari 1 μA, tetapi jika kita tidak melakukan apa-apa, ia akan mengalir ke pangkalan dan menciptakan arus kolektor 200 μA. Meskipun harus nol. Jadi kami memperkenalkan R2, dan memilih 68 kΩ untuk itu. Kemudian R2 akan membuat penurunan tegangan 68 mV / µA. Selama penurunan tegangan kurang dari 0,7 V semua arus akan melalui R2, dan tidak ada yang masuk ke basis. Itu pada 10 μA. Jika arus lebih tinggi, arus R2 akan terpotong pada 10 μA, dan sisanya melewati basis. Jadi kita bisa menggunakan R2 untuk membuat ambang batas. Arus gelap tidak akan mengaktifkan transistor, karena terlalu rendah.

Kecuali untuk kasus ini R2 saat ini akan sangat diperlukan. Anda tidak akan membutuhkannya di sini.

Tampaknya layak disebutkan bahwa jika Anda benar-benar perlu memiliki 2 alasan terpisah maka Anda memang memiliki opsi untuk relay keadaan padat AKA optocouple. Tapi ini beberapa kali lebih besar dan mahal daripada transistor (masih tidak buruk untuk proyek kecil) sehingga hanya digunakan jika benar-benar diperlukan.