Pnp транзистор для ардуино

Транзисторы: ​принцип работы, схема включения, чем отличаются ​биполярные и полевые

Транзистор — повсеместный и важный компонент в современной микроэлектронике. Его назначение простое: он позволяет с помощью слабого сигнала управлять гораздо более сильным.

В частноти, его можно использовать как управляемую «заслонку»: отсутствием сигнала на «воротах» блокировать течение тока, подачей — разрешать. Иными словами: это кнопка, которая нажимается не пальцем, а подачей напряжения. В цифровой электронике такое применение наиболее распространено.

Транзисторы выпускаются в различных корпусах: один и тот же транзистор может внешне выглядеть совершенно по разному. В прототипировании чаще остальных встречаются корпусы:

Обозначение на схемах также варьируется в зависимости от типа транзистора и стандарта обозначений, который использовался при составлении. Но вне зависимости от вариации, его символ остаётся узнаваемым.

Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы (BJT, Bipolar Junction Transistors) имеют три контакта:

Основной характеристикой биполярного транзистора является показатель h_fe также известный, как gain. Он отражает во сколько раз больший ток по участку коллектор–эмиттер способен пропустить транзистор по отношению к току база–эмиттер.

Например, если h_fe = 100, и через базу проходит 0.1 мА, то транзистор пропустит через себя как максимум 10 мА. Если в этом случае на участке с большим током находится компонент, который потребляет, например 8 мА, ему будет предоставлено 8 мА, а у транзистора останется «запас». Если же имеется компонент, который потребляет 20 мА, ему будут предоставлены только максимальные 10 мА.

Также в документации к каждому транзистору указаны максимально допустимые напряжения и токи на контактах. Превышение этих величин ведёт к избыточному нагреву и сокращению службы, а сильное превышение может привести к разрушению.

NPN и PNP

Описанный выше транзистор — это так называемый NPN-транзистор. Называется он так из-за того, что состоит из трёх слоёв кремния, соединённых в порядке: Negative-Positive-Negative. Где negative — это сплав кремния, обладающий избытком отрицательных переносчиков заряда (n-doped), а positive — с избытком положительных (p-doped).

NPN более эффективны и распространены в промышленности.

PNP-транзисторы при обозначении отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает от P к N. PNP-транзисторы отличаются «перевёрнутым» поведением: ток не блокируется, когда база заземлена и блокируется, когда через неё идёт ток.

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы (FET, Field Effect Transistor) имеют то же назначение, но отличаются внутренним устройством. Частным видом этих компонентов являются транзисторы MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Они позволяют оперировать гораздо большими мощностями при тех же размерах. А управление самой «заслонкой» осуществляется исключительно при помощи напряжения: ток через затвор, в отличие от биполярных транзисторов, не идёт.

Полевые транзисторы обладают тремя контактами:

N-Channel и P-Channel

По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены.

P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением.

Подключение транзисторов для управления мощными компонентами

Типичной задачей микроконтроллера является включение и выключение определённого компонента схемы. Сам микроконтроллер обычно имеет скромные характеристики в отношении выдерживаемой мощности. Так Ардуино, при выдаваемых на контакт 5 В выдерживает ток в 40 мА. Мощные моторы или сверхъяркие светодиоды могут потреблять сотни миллиампер. При подключении таких нагрузок напрямую чип может быстро выйти из строя. Кроме того для работоспособности некоторых компонентов требуется напряжение большее, чем 5 В, а Ардуино с выходного контакта (digital output pin) больше 5 В не может выдать впринципе.

Зато, его с лёгкостью хватит для управления транзистором, который в свою очередь будет управлять большим током. Допустим, нам нужно подключить длинную светодиодную ленту, которая требует 12 В и при этом потребляет 100 мА:

Теперь при установке выхода в логическую единицу (high), поступающие на базу 5 В откроют транзистор и через ленту потечёт ток — она будет светиться. При установке выхода в логический ноль (low), база будет заземлена через микроконтроллер, а течение тока заблокированно.

Обратите внимание на токоограничивающий резистор R. Он необходим, чтобы при подаче управляющего напряжения не образовалось короткое замыкание по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля. Главное — не превысить допустимый ток через контакт Ардуино в 40 мА, поэтому нужно использовать резистор номиналом не менее:

здесь U_d — это падение напряжения на самом транзисторе. Оно зависит от материала из которого он изготовлен и обычно составляет 0.3 – 0.6 В.

Но совершенно не обязательно держать ток на пределе допустимого. Необходимо лишь, чтобы показатель gain транзистора позволил управлять необходимым током. В нашем случае — это 100 мА. Допустим для используемого транзистора h_fe = 100, тогда нам будет достаточно управляющего тока в 1 мА

Нам подойдёт резистор номиналом от 118 Ом до 4.7 кОм. Для устойчивой работы с одной стороны и небольшой нагрузки на чип с другой, 2.2 кОм — хороший выбор.

Если вместо биполярного транзистора использовать полевой, можно обойтись без резистора:

это связано с тем, что затвор в таких транзисторах управляется исключительно напряжением: ток на участке микроконтроллер — затвор — исток отсутствует. А благодаря своим высоким характеристикам схема с использованием MOSFET позволяет управлять очень мощными компонентами.

Источник

Ардуино для начинающих. Урок 9. Моторы и транзисторы

Сегодня мы поговорим о транзисторах и подключении нагрузки к Arduino. Сама Ардуино не может выдать напряжение выше 5 вольт и ток больше 40 мА с одного пина. Этого достаточно для датчиков, светодиодов, но если мы хотим подключить устройства более требовательные по току, нам придется использовать транзисторы или реле. В этом уроке мы подключим девяти вольтовый моторчик и сервопривод к ардуино с помощью транзисторов.

В этом уроке используется:

Arduino Uno:	Купить
Инфракрасный дальномер:	Купить
Высокоточный лазерный дальномер с I2C:	Купить
Набор резисторов из 100 штук на все случаи:	Купить
Небольшой моторчик:	Купить
Слабенький сервопривод:	Купить
Мощный сервопривод:	Купить
Мосфет транзистор для управления переменным током высокого напряжения:	Купить
Набор npn транзисторов из 100 штук:	Купить

Подключение мотора к Arduino

Как уже было сказано выше, ардуино не может обеспечить мотор необходимым током и напряжением. В таких случаях используются транзисторы.

Транзистор это радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. Обычно у транзисторов 3 вывода: база, эмиттер и коллектор. Алгоритм действия можно сформулировать так: пропустить ток от коллектора к эмиттеру в зависимости от сигнала на базе. Транзисторы бывают разных типов и номиналов. Об этом можно подробнее почитать на википедии.

Будьте внимательны при выборе транзисторов для своих проектов. Некоторые рассчитаны на пропуск большого напряжения, или большого тока. Так же многие транзисторы не откроются от 5 вольт на базе. Всегда проверяйте характеристики транзисторов перед покупкой в datasheet. Так же обратите внимание, что для управления переменным током используются мосфет транзисторы.

Теперь давайте подключим мотор к ардуино по следующей схеме:

Подключение мотора к ардуино

Как всегда ничего сложного. Главное не перепутать выводы транзистора. Обратите внимание на резистор через который ардуино подключена к базе. Это резистор на 1 кОм и нужен он для того что бы обезопасить нашу ардуинку. В видео к схеме добавлены диод и конденсатор, но они не обязательны. Так же можно добавить резистор на 10 — 100 кОм между эмиттером и коллектором для стабильности работы нашей схемы. Так же не забудьте, что земля на всех уровнях напряжения должна быть объединена. И взглянем на наш код:

Как видите скетч очень прост. По комментариям в коде вы легко разберетесь, что к чему. Единственная конструкция, которую мы еще не использовали это цикл for.

Подключение сервопривода практически ни чем не отличается от подключения моторчика. Отличие в том что у сервы 3 вывода. Плюс, минус и логический. В видео подробно об этом рассказано.

Добавим в нашу схему инфракрасный дальномер. Просто потому, что мы можем 🙂 Будем задавать положение сервопривода в зависимости от показаний дальномера. Мы уже подключали дальномер, поэтому схему рисовать не буду.
Подключаем его к пину А0. Новый скетч стал еще проще:

5 комментариев

Добрый день! Что то не получается с транзистором. Взял кт815Г (что было). Эмитер соединил с землей (самая левая ножка). на землю посадил землю от бп (8V) и землю от ардуино. К коллектору (средняя ножка) присоединил лампочку одним выводом. К другому выводу лампочки присоединил + от БП 8V.
базу (крайняя правая ножка) завел на землю через резистор 10К. На базу подал 5V от ардуино через резистор 1К. И ничего….

Попробуйте для начала проверить сам транзистор, подав 5 В на базу (через резистор). Если он рабочий, то лампа загорится.

Напишите, для примера, какие транзисторы можно использовать. Или какие у них должны быть характеристики. Также неясно как подбирать резистор между эмиттером и коллектором и о какой стабильности идет речь.

Дмтрий можешь помощь, и немогу написать код с шаговым двигателем и датчиком света, немогу их вместе свезат что когда на улице светло он крутится в одну сторону ждёт пока не стемнет и крутица в другую сторону и там ждёт пока не рвсветет

Объясните пожалуйста, почему вы пишите, что необходимо провести ток от коллектора к эмиттеру, при этом к коллектору у вас подключен мотор. какой сигнал в таком случае усиливает транзистор? разве он не должен быть между питанием и мотором, то есть в роли эмиттера будет мотор?

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Источник

Pnp транзистор для ардуино

И вновь мы продолжаем изучать с вами полупроводники. Пришло время узнать о транзисторах, без которых электротехнический мир выглядел бы иначе.

В этой статье обсудим основные параметры транзисторов и посмотрим, как эти элементы используются, например, в сочетании с платой Arduino.

Многие ищут в Интернете информацию о том, как работает транзистор на практике. И если вы пришли на наш сайт именно за этим, то, мы надеемся, что эта статья ответит на многие ваши вопросы.

Что такое транзистор?

Резистор ограничивает ток, конденсатор накапливает заряд, а светодиод светится. Это понятно. Но что делает транзистор? Транзистор, очень популярный элемент, но описать его работу вкратце, непросто. Одно можно сказать наверняка: транзисторы произвели революцию в современной электронике.

Транзисторы повсюду, а интегральные схемы состоят из миллионов крошечных транзисторов!

Про работу транзистора можно сказать так, транзистор контролирует поток тока или усиливает его. Если сказать по-другому, то, транзистор является электронным переключателем. Благодаря ему мы можем безопасно (с низким током) включить поток с более высоким током.

Представьте себе электронное устройство, такое как Arduino , которое можно программировать, и с которым можно создавать чрезвычайно интересные проекты. Однако эта плата не может контролировать поток сильного тока. Вы можете, конечно, подключить к цепи светодиод, который будет потреблять небольшой ток, и все будет работать, но если вы подключите, например, мотор, то он будет потреблять такой большой ток, что вся система или плата просто сгорит.

Повреждение платы Arduino из-за слишком большого тока

Чтобы этого не произошло, мы должны будем поставить в схему транзистор. Благодаря такому решению, наша ардуиновская плата «скажет» транзистору «включиться» и принять большой ток, необходимый для питания мощного устройства, например, мотора. Таким образом, наша плата не повредится.

Основная информация о транзисторах

Транзисторы — это полупроводниковые устройства, которые обычно имеют три вывода. Корпуса различаются в зависимости от параметров и назначения компонентов. Самые популярные из них, которые вы найдете в любом комплекте с Arduino, это тип TO92. Как можно видеть на картинке, они очень маленькие:

BC556 транзистор	BC546 транзистор

Кстати, один и тот же транзистор может выпускаться в разных корпусах. Обратите на это внимание!

Транзисторы характеризуются множеством параметров, но на корпусах транзисторов они не написаны. Производители используют маркировку в виде букв и цифр (например, BC546 и BC556), а подробные сведения нужно смотреть в каталогах производителя. Информацию легко найти — достаточно ввести символ элемента в поисковике любого браузера.

Пример фрагмента такого документа для одного из наших транзисторов:

Выдержка из документации	Выдержка из документации

Детальное обсуждение конструкции или строения транзисторов выходит далеко за рамки данной статьи. Эти знания вам не нужны, даже для применения их на практике. Отнеситесь к этой информации как к интересным фактам, к которым вы сможете вернуться, когда познакомитесь с транзисторами на практике.

Биполярные транзисторы состоят из трех полупроводниковых слоев, к каждому из которых прикреплен один вывод. Эти слои накладываются друг на друга, образуя систему из двух так называемых разъемов (диодов). Обозначения NPN и PNP нужны для определения точки контакта полупроводников.

В биполярных транзисторах все три контакта имеют свои названия:

• эмиттер (обозначается на схемах буквой E),
• база (обозначается буквой B),
• коллектор (обозначается буквой K).

Если мы приложим небольшое напряжение к базе (по отношению к эмиттеру), электроны от эмиттера начнут двигаться к нему. Однако область базы очень тонкая, поэтому большая часть электронов попутно уйдет в область коллектора.

Если бы этот механизм был идеальным, база не могла бы захватывать электроны и через нее не протекал бы ток. К сожалению, часть электронов попадает в область базы, откуда их нужно забирать. Это вызывает небольшой нежелательный ток, протекающий через основание. Однако полезным является ток коллектора, который достигает подавляющего большинства электронов от эмиттера.

Исходя из этого уже можно сделать вывод, что транзистор является управляемым элементом: изменяя базовый ток, то есть количество разряженных электронов, мы регулируем ток коллектора. Отношение этих двух токов и есть коэффициент усиления по току, обозначаемый греческой буквой β (бета) — эта величина не имеет единицы измерения:

β = ток коллектора / ток базы ,
записывается как: β = I C / I B

В ходе экспериментов мы рассчитаем это значение усиления, и тогда, вам будет проще все это понять и запомнить.

Типы биполярных транзисторов

Есть два типа биполярных транзисторов: NPN и PNP. Как уже упоминалось — это информация нам должна говорить о том, какой проводимости данный транзистор: прямой или обратной.

Объясняем на практике и очень упрощенно для новичков:

• Тип NPN начнет проводить ток при подаче на базу положительного напряжения по отношению к эмиттеру, т.е. при стандартном подключении к базе, мы дадим высокий потенциал (плюс от АКБ),
• Тип PNP начнет проводить ток, когда мы подадим на базу отрицательное напряжение по отношению к эмиттеру, т.е. при стандартном подключении к базе мы даем низкий потенциал (земля, минус от батареи).

Запомните! Использование транзисторов PNP, активизируют поток тока низкого потенциала.

Все это станет ясно после завершения практического упражнения. Прежде чем мы перейдем к упражнению, стоит упомянуть, что каждый тип транзистора имеет свой символ на схемах. В транзисторах NPN стрелка на эмиттере указывает за пределы системы, в то время как в PNP, стрелка указывает внутрь символа. Эта стрелка показывает направление, в котором ток течет между эмиттером и базой.

Условные обозначения транзисторов NPN и PNP

Проверка NPN-транзисторов на практике

Итак, теория позади. Пришло время проверить, как это работает на практике. О транзисторах можно очень много и долго рассказывать, но мы обсудим только их основные принципы работы. Мы начнем со схемы, которая будет использовать транзистор в качестве ключа, управляющего освещением светодиода. Таким образом, контролируя ток базы, мы сможем включать и выключать диод, подключенный к транзистору.

Для сборки схемы потребуются следующие комплектующие:

• Транзистор BC546B,
• Резисторы 1 кОм и 10 кОм,
• Светодиод,
• Аккумулятор 9 В с проводами,
• Макетная плата,
• Мультиметр.

Схема подключения представлена ​​ниже. На точки, обозначенные как амперметры и вольтметры, можете пока не обращать внимание. Вам просто нужно собрать схему таким образом, чтобы можно было щупами мультиметра прикоснуться к этим четырем отмеченным местам.

Схема с NPN транзистором

Описание выводов транзистора следует проверять в его документации. Вы также можете использовать наши схемы, вам просто нужно помнить, что всегда лучше проверять описание контактов в примечании к каталогу на наличие новых элементов (не всегда все контакты расположены в одном порядке):

Эта схема может быть собрана на макетной плате, например, следующим образом:

Сборка схемы с транзистором

На практике это может выглядеть следующим образом. В результате этого подключения загорается светодиод, в этом нет ничего необычного, правда? Однако давайте проверим, что именно происходит в цепи.

После подключения АКБ загорается светодиод. Ток течет через базу (ограничивается резистором 10 кОм), что позволяет току протекать через коллектор последовательно с включенным диодом. Резистор (1 кОм) ограничивает ток, протекающий через этот диод, чтобы светодиод не сгорел. Если кабель от положительной шины питания к базе отсоединен, светодиод гаснет.

Если схема работает, на ней можно сделать несколько измерений. Сначала измеряем напряжения, показанные на диаграмме. Речь идет о напряжении между базой и эмиттером (так называемая база-эмиттер) и между коллектором и эмиттером (т.е. коллектор-эмиттер).

Измерение напряжения база-эмиттер	Измерение напряжения коллектор-эмиттер

Теперь пришло время для более интересного измерения, то есть измерения силы тока. Не забудьте переместить ручку мультиметра в правильное положение и проверить базовый ток (подключив мультиметр последовательно с резистором 10 кОм ), и ток коллектора (подключив мультиметр последовательно с резистором 1 кОм). Т.к. мы ожидаем небольших значений, значит устанавливаем диапазон 20 мА.

Измерение базового тока	Измерение тока коллектора

Стоит собрать результаты измерений в таблицу:

Интерпретация измерений: напряжение коллектор-эмиттер невелико, порядка нескольких десятков милливольт. Это означает, что транзистор вошел в состояние насыщения. Такое происходит, когда через коллектор протекает ток меньший, чем можно было бы судить по коэффициенту β . Давайте проверим, так ли это: согласно документации на этот транзистор, коэффициент находится в диапазоне от 200 до 450. Об этом свидетельствует буква B в конце маркировки, которая также есть на нашем транзисторе. Фрагмент документации:

Давайте проведем простой расчет: мы знаем ток базы, мы знаем коэффициент усиления по току. Так какой ток должен протекать через коллектор, чтобы он стал ненасыщенным? Преобразуем формулу β = I c / I B к следующему виду: I c = β * I B , затем подставляем в нее крайние значения коэффициента, т.е. 200 и 450. И вычисляем диапазон ожидаемого тока коллектора:

• минимум: I c1 = β * I B = 200 * 0,86 мА = 172 мА
• максимум: I c2 = β * I B = 450 * 0,86 мА = 387 мА

Между тем, через коллектор протекает всего 7 мА. Это потому, что он ограничен резистором 1 кОм. Если бы его не было, через коллектор мог бы протекать гораздо больший ток, но это привело бы к разрушению светодиода, транзистора и (возможно) к повреждению батареи.

Транзистор здесь работает как переключатель: включив базовый ток низкой интенсивности, мы можем включить поток более высокого тока через коллектор. В свою очередь, после отключения тока базы, почти сразу пропадает и коллекторный ток.

Когда ток течет через коллектор, транзистор считается открытым. Тогда напряжение на его основе примерно на 0,7 В выше, чем на эмиттере. В свою очередь, чтобы закрыть транзистор (то есть предотвратить протекание тока коллектора), напряжение база-эмиттер должно быть уменьшено (желательно до нуля).

Использование транзисторов NPN и PNP

Пришло время объяснить практические различия между транзисторами NPN и PNP. Независимо от типа транзистора, который мы используем для пропускания большого тока (эмиттер-коллектор), нам нужно «замкнуть» схему база-эмиттер, чтобы он работал.

• В транзисторах NPN, эмиттер соединен с землей системы (GND), поэтому база должна быть подключена (через токоограничивающий резистор) к плюсу батареи (VCC).
• Однако в случае PNP, эмиттер подключен к VCC, поэтому база должна быть подключена (через резистор) к земле системы (GND).

В таких системах, ток, протекающий через базу, чаще всего ограничивают резистором 10 кОм!

Другими словами, протекание сильного тока можно «активировать» через резистор:

• масса системы (GND) в случае PNP,
• положительная подача (VCC) в случае NPN.

На практике, схемы, управляющие светодиодом через транзистор, могут выглядеть так, как на картинке ниже. Светодиод является здесь лишь примером, используемым для легкой демонстрации. Обычно вместо светодиодов подключаются элементы, потребляющие большой ток (например, двигатели или реле).

Обязательно запомните эти схемы. Лучше всего сейчас собрать обе схемы и протестировать их! Главное — запомнить разницу между вышеперечисленными транзисторами. Один из них позволяет току протекать по «положительной силовой шине», а другой, по «отрицательной силовой шине».

Практическое применение транзисторов

Ниже приведена схема, на которой микроконтроллер управляет зуммером (звуковым датчиком), потребляющим около 50 мА . Чаще всего с одного выхода на плате Arduino можно получить до 20 мА , поэтому прямое подключение зуммера может повредить плату. Использование транзистора, который действует как переключатель, позволяет безопасно управлять зуммером.

Управление зуммером с помощью транзистора

В этой схеме, через вывод микроконтроллера протекает только небольшой ток, порядка 0,8 мА, а питание зуммера осуществляется от транзистора. Состояние High на выходе платы Arduino включает звук.

Чтобы не вдаваться в детали расчета, можно предположить, что использование резистора 10 кОм позволяет, в таких случаях, управлять нагрузками, потребляющими не более 60 мА, а резистор 1 кОм подойдет в ситуациях, когда нагрузка потребляет до 500 мА, но тогда вам нужно будет использовать другой транзистор, например BC337 , который способен управлять таким током.

Подключение нагрузки к эмиттеру

Многие новички задаются вопросом, что будет, если мы подключим к эмиттеру «нагрузку», или к коллектору. Схема также будет работать, но здесь мы входим в довольно запутанную тему различных схем транзисторов (общий коллектор, общий эмиттер, общая база).

Пример подключения нагрузки к коллектору и к эмиттеру

Будет намного лучше, если нагрузка все же будет подключена к коллектору, а не к эмиттеру.

Практические проекты с транзисторами

Конечно, у транзисторов гораздо больше применений. И в следующих статьях, мы попробуем реализовать интересные проекты, которые помогут вам лучше понять работу транзисторов. Одним из примеров будет конструкция вышеупомянутой системы мигания, только с двумя светодиодами, которая может, например, имитировать работу полицейской мигалки на крыше машины .

Пример проекта, собранного с помощью транзисторов

Вывод

Мы кратко обсудили, что такое транзисторы, как они устроены, и как работают. Мы также доказали, что транзистор можно использовать в качестве переключателя с управляемым состоянием на выходе микроконтроллера. Вы обязательно поймете всю ценность этого элемента, когда начнете программировать собственные проекты на Arduino, что мы настоятельно рекомендуем.

Источник