Besoin d'aide pour calculer la résistance de la base du transistor

J'ai 3 relais automobiles 12VDC / 40A ( fiche technique ) que je souhaite utiliser avec mon Arduino. Sur la base du tutoriel que je suis ( lien ), j'ai besoin d'un transistor, d'une résistance et d'une diode. Je ne suis pas ingénieur électricien donc je ne suis pas sûr des pièces et des calculs que j'ai faits.

Pour le démarrage, la résistance de la bobine de relais est de 90 + -10% Ohm par fiche technique. Je procède donc en calculant le débit actuel.

Tension = Résistance * Courant

Courant = tension / résistance

Courant = 12V / 90

Ohm courant = 133mA

Pour le transistor, je peux obtenir 2N3904 ou 2N4401. À ce stade, je dois calculer la résistance de la base du transistor. Dans le tutoriel, c'est comme suit

hfe = Ic / Ib

Ib = Ic / hfe

Ib = 0,03 A / 75 Ib = 0,0004 A => 0,4 ​​mA

R1 = U / Ib

R1 = 5 V / 0,0004 A

R1 = 12500 Ohm

La fiche technique 2N3904 indique que le H (fe) est de 30 à 300 lorsque lc = 100mA (le mien est de 130mA) et Vce = 1V. À ce stade, je n'ai aucune idée de ce qui se passe, j'ai donc besoin d'aide.

Edit: Voici ce que j'ai fini avec. RLY1 dans l'image est 12VDC / 40A ( lien )

Concevons pour le pire des cas, c'est une bonne pratique.

$Ic = 133\text{mA}$

$h_{FE} = 30$

Vous pouvez calculer Ib maintenant:

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

$V_{BE,SAT} = 0.95$

Calculons maintenant la résistance de la série de base. Ceci est égal à la tension aux bornes de la résistance, divisée par le courant qui la traverse. Le courant traversant la résistance est le même que le courant de base. La tension aux bornes de celle-ci est la tension du rail (5 V) diminuée de la tension base-émetteur du transistor V (CE, sat).

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

Avec toute l'ingénierie du pire cas jusqu'à présent, pour une fois, arrondissons-la à la valeur de résistance E12 la plus proche de 1kΩ (ou 820Ω pour l'ingénierie du pire cas, cela fonctionnera avec l'un ou l'autre).

Vous avez raison en ce que la bobine de relais semble avoir besoin de 133 mA nominal. Cependant, ce n'est pas le pire des cas, et cela suppose que le 12 V est appliqué à travers la bobine. Néanmoins, c'est un bon point de départ, puis nous ajouterons un facteur de marge 2 plus tard de toute façon.

Disons que le gain minimum garanti du transistor que vous utiliserez est de 50. Cela signifie que le courant de base doit être d'au moins 133 mA / 50 = 2,7 mA. Si votre sortie numérique est de 5 V, il y aura environ 4,3 V à travers la résistance de base après avoir pris en compte la chute BE du transistor. 4,3 V / 2,7 mA = 1,6 kΩ. Pour laisser une marge, utilisez environ la moitié. La valeur commune de 820 Ω devrait être bonne.

Revenez maintenant pour voir ce que la sortie numérique doit fournir. 4,3 V / 820 Ω = 5,2 mA. De nombreuses sorties numériques peuvent générer cette source, mais vous devez vérifier que la vôtre le peut. Si ce n'est pas le cas, vous avez besoin d'une topologie différente.

Étant donné que vous utilisez le transistor dans une configuration de commutation saturée, il est correct si vous pompez plus de courant de base dans la pièce que ce qui est réellement nécessaire pour la quantité de courant de collecteur que vous avez l'intention de traverser l'appareil à partir de la bobine de relais.

Il s'agit d'une limite pratique au courant de base maximum que vous pouvez injecter dans le cas du 2N3904 / 2N4401. Cette limite n'est pas toujours explicitement indiquée dans les fiches techniques des pièces, mais je peux vous dire par expérience qu'elle se situe dans la plage 5-> 6 mA.

Pour une conception de commutation, vous voudrez peut-être planifier le minimum garanti Hfe plus une marge. Disons donc que vous choisissez 25 comme le pire cas de travail Hfe. Avec un courant de collecteur nécessaire de 133mA et un Hfe de 25 se traduira par un courant de base de travail de 5,32mA. Cela semble être dans la zone OK pour ces types de transistors.

Il semble que vous ayez l'intention de piloter la base à partir d'un signal 5V. Avec un Vbe nominal de 0,7 V qui vous laisse avec une chute de 4,3 V à travers la résistance de base. La résistance pour limiter le courant à 5,32 mA à 4,3 V est d'environ 800 ohms. Utilisez une résistance de base de valeur standard de 820 ohms.

Note finale. Si vous pilotez ceci directement à partir d'une broche de sortie du MCU, le MCU peut ne pas être capable de générer 5,32 mA à un niveau de sortie de 5 V. En tant que tel, la sortie MCU baissera de 5V. Cela réduira le courant de base, mais comme nous avons calculé en utilisant le pire des cas Hfe, la commande de relais fonctionnera toujours pour la plupart des transistors que vous retirerez du sac.

$h_{fe}$

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

Cependant, vous devez déterminer si le circuit entraînant la base peut fournir en continu le courant que vous décidez. Encore une fois, la fiche technique vous informera et vous ne voulez pas naviguer trop près de ce nombre, sinon vous pourriez réduire la fiabilité des puces.

Il y a aussi une autre considération. De nombreux appareils CMOS indiqueront que le courant de sortie maximal est de (disons) 20 mA MAIS ils indiqueront également un courant de puissance maximal de (disons) 100 mA. C'est bien si la puce pilote 3 sorties, mais que faire si la puce est un tampon octal. Vérifiez de manière réaliste la sortie de courant par broche ET revérifiez le courant d'alimentation - il peut y avoir une limite à cela qui empêche toutes les broches o / p de pousser 20 mA.

Ib = Ic / hfe (fin)

Ib = 0,03 A / 75 Ib = 0,0004 A => 0,4 ​​mA

Hmmm! Ic = .13 A pas 0,03 et je prendrais hfe à environ 50, plutôt que 75. (généralement les petits transistors de signal ont au moins ce gain) Cela donne Ib = 0,0026 ou 2,6mA

Pour une entrée de 5 V, la chute de tension aux bornes de la résistance d'entrée sera de 5 à 0,6 V = 4,4 V (rappelez-vous que la chute de la base-émetteur a besoin d'environ 0,6 V avant que le transistor ne soit mis sous tension.) Cela donne;

                Rb = 4.4/0.0026 = 1k7

Maintenant, c'est vraiment une valeur maximale pour la résistance de base, alors choisissez une résistance de valeur standard en dessous de 1k5 ou même 1k0.

Je voudrais partager ce lien, il contient de bonnes informations sur l'utilisation des microcontrôleurs pour interfacer avec l'électronique du monde réel. Regardez la partie 7 de la table des matières de l'interface du microcontrôleur