トランジスタベースの抵抗の計算に助けが必要

Arduinoで使用したい3つの12VDC / 40A自動車用リレー（データシート）があります。私がフォローしているチュートリアルに基づいて（リンク）、トランジスタ、抵抗器、ダイオードが必要です。私は電気技師ではないため、自分が行った部品や計算については不明です。

まず、リレーコイルの抵抗は、データシートあたり90 + -10％オームです。そこで、現在のフローを計算することから始めます。

電圧=抵抗*電流

電流=電圧/抵抗

電流= 12V / 90

オーム電流= 133mA

トランジスタの場合、2N3904または2N4401を取得できます。この時点で、トランジスタのベースの抵抗を計算する必要があります。チュートリアルでは次のように

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オーム

2N3904データシートには、lc = 100mA（鉱山は130mA）およびVce = 1Vの場合、H（fe）は30-300であると記載されています。この時点では、何が起こっているのかわからないので、助けが必要です。

編集：ここで私が終わったものです。写真のRLY1は12VDC / 40A（リンク）

最悪の場合のために設計しましょう、それは良い習慣です。

$Ic = 133\text{mA}$

$h_{FE} = 30$

Ibを今すぐ計算できます：

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

$V_{BE,SAT} = 0.95$

次に、基本直列抵抗を計算しましょう。これは、抵抗の両端の電圧を、それを流れる電流で割った値に等しくなります。抵抗を流れる電流はベース電流と同じです。その両端の電圧は、レール電圧（5V）からトランジスタのベース-エミッタ間電圧V（CE、sat）を引いたものです。

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

ここまでのワーストケースエンジニアリングでは、1kΩの最も近いE12抵抗値に切り上げてみましょう（ワーストケースエンジニアリングの場合は820Ω、どちらでも機能します）。

リレーコイルには公称133 mAが必要なようです。ただし、これは最悪のケースではなく、コイルに12 Vが印加されることを前提としています。それにもかかわらず、それは開始するのに適した場所です、とにかく後で2マージンの係数を投入します。

使用するトランジスタの最小保証ゲインが50だとしましょう。これは、ベース電流が少なくとも133 mA / 50 = 2.7 mAである必要があることを意味します。デジタル出力が5 Vの場合、トランジスタのBEドロップを考慮した後、ベース抵抗に約4.3 Vがかかります。4.3 V / 2.7 mA = 1.6kΩ マージンを残すには、その半分を使用します。820Ωの一般的な値は良いはずです。

ここで、デジタル出力が提供する必要があるものを確認してください。4.3 V / 820Ω= 5.2 mA 多くのデジタル出力はそれをソースできますが、あなたができることを確認する必要があります。できない場合は、別のトポロジが必要です。

トランジスタを飽和スイッチング構成で使用しているため、リレーコイルからデバイスを介してシンクする予定のコレクタ電流の量に実際に必要な量よりも多くのベース電流をデバイスに注入しても問題ありません。

これは、2N3904 / 2N4401の場合に注入できる最大ベース電流の実際的な制限です。その制限は、パーツのデータシートに常に明示的に記載されているわけではありませんが、経験から、5-> 6 mAの範囲にあることがわかります。

スイッチング設計の場合、最小保証Hfeとマージンを計画することができます。したがって、Hfeを動作させる最悪のケースとして25を選択するとしましょう。必要なコレクタ電流が133mA、Hfeが25の場合、動作ベース電流は5.32mAになります。これは、これらのトランジスタタイプのOKエリアにあるようです。

5V信号からベースを駆動するつもりのようです。公称Vbeが0.7Vの場合、ベース抵抗で4.3V降下します。4.3Vで電流を5.32mAに制限する抵抗は約800オームです。820オームの標準値ベース抵抗を使用します。

最後のメモ。これをMCU出力ピンから直接駆動している場合、MCUは5V出力レベルで5.32mAをソースできない場合があります。そのため、MCU出力は5Vからいくらか低下します。これにより、ベース電流がいくらか減少しますが、最悪のケースHfeを使用して計算したため、バッグから取り出すほとんどのトランジスタでリレー駆動が引き続き機能します。

$h_{fe}$

$h_{fe}$$\mu A$$\mu A$

ただし、ベースを駆動する回路が決定した電流を継続的に供給できる場合は、解決する必要があります。繰り返しになりますが、データシートから通知されるので、この数値に近づきすぎないようにする必要があります。

別の考慮事項もあります。多くのCMOSデバイスは、最大出力電流が（たとえば）20 mAであると述べていますが、最大出力電流は（たとえば）100 mAでもあります。チップが3つの出力を駆動している場合はこれで問題ありませんが、チップが8進バッファの場合はどうでしょう。ピンごとの電流出力を現実的に確認し、電源電流を再確認します-これには制限があり、すべてのo / pピンが20 mAを押し出さないようにします。

Ib = Ic / hfe（微）

Ib = 0.03 A / 75 Ib = 0.0004 A => 0.4 mA

うーん！Ic = .13 A 0.03ではなく、hfeを75ではなく約50にします（通常、小信号トランジスタには少なくともこのゲインがあります）。これにより、Ib = 0.0026または2.6mAになります。

5V入力の場合、入力抵抗両端の電圧降下は5-0.6V = 4.4Vになります（トランジスタがオンになる前にベース-エミッタ降下が約0.6V必要であることを思い出してください）。

                Rb = 4.4/0.0026 = 1k7

これは実際にはベース抵抗の最大値なので、これより低い標準値の抵抗、たとえば1k5または1k0を選択します。

このリンクを共有したいのですが、マイクロコントローラを使用して実世界の電子機器とインターフェイスするための良い情報があります。見る目次のマイクロコントローラーインターフェイスのパート7を参照して