Dans un circuit commuté par un transistor NPN, l'alimentation et l'entrée ont-elles besoin de la même masse?

J'essaie de faire un circuit qui me permettra d'allumer un relais qui allumera une LED. Cependant, le relais est évalué à 12 V, et je n'ai qu'une entrée de 5 V, donc j'utilise un transistor NPN . pour allumer et éteindre le relais. Voici le schéma:

Cependant, je suis confus à propos de certaines choses (notez que la masse de l'alimentation 12 V et de l'alimentation 5 V n'est pas spécifiée):

1. Si mon alimentation 5 V est un Arduino, puis-je utiliser la masse pour cela comme la masse de l'alimentation 12 V?

2. Est-ce que la base et l'émetteur peuvent avoir des motifs différents sur le transistor? Ou doivent-ils être les mêmes?

3. Si mon alimentation 12 V est composée de 8 piles AA (non durables, mais je l'utilise uniquement pour les tests), comment pourrais-je le connecter à la même masse que l'arduino, au lieu du côté négatif des piles?

4. Comment puis-je déterminer ce que devraient être R1 et R2, sur la base du transistor? J'ai lu certaines choses en ligne, mais je suis toujours confus.

5. Y a-t-il d'autres choses que je ne pense pas que je devrais être?

Je suis complètement nouveau dans ce domaine, donc toute aide est très appréciée.

1. Oui, vous devez connecter les masses 5V et 12V dans ce circuit pour que le transistor commute. N'oubliez pas qu'il doit y avoir un chemin de retour pour le courant de base. Vous ne pouvez pas envoyer de signal à l'aide d'un seul fil.

2. Voir ci-dessus, l'émetteur doit utiliser la même masse que la source de signal (Arduino) ou il n'y a pas de chemin de retour.

3. Connectez la borne négative de la batterie inférieure (en supposant que vous en avez 8 en série) à la terre Arduino.
   "Terre" est juste un terme pour un point de référence pour mesurer les tensions de votre circuit, vous pouvez choisir n'importe quel point (bien qu'il s'agisse généralement d'un réseau connecté à la borne négative d'une alimentation). Par exemple, vous pourriez appeler le point auquel la borne positive se connecte dans le circuit "masse", puis la "terre d'origine" (la terre comme indiqué dans votre circuit) serait de -12 V par rapport à elle. La borne négative ne signifie pas que la tension est négative, elle vous indique simplement dans quel sens le courant circule.

4. (a) R1 est de limiter le courant à la base du transistor. Pour calculer la valeur, nous devons savoir la quantité de courant que nous commutons (c'est-à-dire la quantité dont le relais a besoin) et le gain de courant du transistor. Disons que nous utilisons un transistor avec un gain de courant de 200 et que le relais a besoin de 20 mA pour commuter. Étant donné que le courant traversant la base est amplifié par le gain de courant, nous savons que le courant de base doit être d'au moins 20mA / 200 = 0,1mA.
   La tension de base d'un transistor bipolaire typique est d'environ 0,7 V, la résistance série (R1) doit donc être au maximum de: (5 V - 0,7 V) / 0,1 mA = 43 kΩ
   Comme le gain peut varier (passez de la valeur min dans la fiche technique pour être sûr), nous pouvons choisir un 33kΩ pour avoir un courant de base à épargner. Notez que pour être un interrupteur efficace, nous voulons que le transistor sature, car le gain effectif commence à chuter au niveau du genou entre le mode linéaire et le mode de saturation (comme mentionné par Shokran). Nous choisissons donc une résistance d'une valeur inférieure à celle calculée pour nous assurer que nous pouvons tirer le collecteur près de la terre. Dans les cas avec, par exemple, des transistors de puissance où la minimisation de la dissipation est importante, il est sage de choisir une valeur au moins 5 fois inférieure à celle calculée (ou supposer un gain de ~ 20) afin que nous puissions aller aussi bas que 4,3 k dans l'exemple ci-dessus.

   (b) R2 est là pour vous assurer que la base est tirée à la masse lorsque le courant d'entraînement est supprimé. C'est pour arrêter le courant de fuite en activant partiellement le transistor. La valeur n'a pas besoin d'être trop précise, juste assez pour shunter le courant de fuite (fiche technique) et pas trop basse pour voler trop de courant de base. 5-10 fois la résistance série (ou 1kΩ à 500kΩ) est une plage approximative à partir de laquelle. 100k et Omega est une valeur raisonnable pour la plupart des cas, bien que j'opterais pour 330k ici car le courant de fuite devrait être minime. Si vous devez descendre beaucoup plus bas, vous devez ajuster la résistance série pour compenser.
   Notez que si la broche Arduino est pilotée à 0 V (c'est-à-dire réglée sur la sortie et la logique 0), R2 n'est pas vraiment nécessaire, c'est seulement si la broche est réglée sur Haute impédance (c'est-à-dire l'entrée)
   Note 2 - que c'est très rarement un problème avec les BJT (les MOSFET sont une autre affaire et ne veulent certainement pas être laissés flottants) Si vous avez un transistor à très haut gain (en particulier Darlington), un environnement bruyant et / ou très une température élevée (la fuite augmente avec la température) et une résistance de collecteur très élevée, cela peut entraîner des problèmes, mais généralement le courant de fuite sera trop petit pour avoir de l'importance.

5. Non pas que je puisse repérer en ce moment (cependant il est 4h48 du matin ici donc mon cerveau a peut-être depuis longtemps pris sa retraite, donc je me réserve le droit d'avoir raté quelque chose d'évident ;-))

1), 2) et 3)
Si vous utilisez différentes alimentations dans un circuit, vous devez les connecter d'une manière ou d'une autre afin qu'elles aient une référence commune. Vous connecterez presque toujours des motifs, car ils sont votre référence. La tension est relative: si vous prenez le plus des batteries comme référence, le moins sera à -12 V, si vous prenez le moins comme référence, le plus sera à +12 V. Peu de circuits utiliseront le plus comme référence, nous aimons mieux les tensions positives. Ainsi, le moins des batteries va au sol de l'Arduino.

Pourquoi doivent-ils être connectés? Votre transistor verra deux courants: un courant de base, entrant dans la base et revenant à l'alimentation 5V via l'émetteur, et un courant de collecteur entrant dans le collecteur et revenant également à la batterie via l'émetteur. Étant donné que les courants ont l'émetteur en commun (on l'appelle un circuit d' émetteur commun ), c'est là que les deux alimentations seront connectées.

Comment le courant de base sait-il où aller lorsqu'il sort du transistor via l'émetteur? Le courant ne peut circuler qu'en boucle fermée, du plus de l'alimentation au moins. Le courant de base a commencé à +5 V, donc il ne ferait pas fermer la boucle quand il irait dans le sens de la masse des batteries.

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

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

$\frac{4.3 V}{0.175 mA}$

Prenons une résistance de 10 kΩ. C'est une valeur bien inférieure à ce dont nous avions besoin mais nous serons d'accord. Le courant de base sera d'environ 0,5 mA, ce que l'Arduino fournira avec bonheur, et le transistor tentera de faire 100 mA, mais encore une fois, il sera limité à nos 35 mA. En général, c'est une bonne idée d'avoir une certaine marge, au cas où le 5 V serait un peu moins, ou quelles que soient les variations, il pourrait y avoir autre chose dans les paramètres. Nous avons une marge de sécurité de facteur trois, qui devrait être OK.

Et R2? Nous ne l'avons pas utilisé et tout semble OK. C'est vrai, et ce sera dans la plupart des cas. Quand en aurions-nous besoin? Si la basse tension de sortie de l'Arduino ne descendrait pas en dessous de 0,7 V, le transistor obtiendrait également du courant lorsqu'il est éteint. Ce ne sera pas le cas, mais disons que la basse tension de sortie resterait à 1 V. R1 et R2 forment un diviseur de résistance, et si nous choisissons R1 = R2, l'entrée 1 V deviendrait une tension de base de 0,5 V, et la le transistor n'obtiendrait aucun courant.

Nous avions un courant de base de 0,5 mA lorsqu'il était allumé, mais avec R2 parallèle à l'émetteur de base, nous y perdrions une partie de ce courant. Si R2 est de 10 kΩ, il consommera 0,7 V / 10 kΩ = 70 µA. Ainsi, notre courant de base de 500 µA devient 430 µA. Nous avions beaucoup de marge, ce qui nous donnerait encore assez de courant pour activer le relais.

Une autre utilisation de R2 serait de drainer le courant de fuite. Supposons que le transistor soit piloté par une source de courant, comme un phototransistor d'un optocoupleur. Si l'optocoupleur fournit du courant, tout ira dans la base. Si l'optocoupleur est éteint, le phototransistor créera toujours un petit courant de fuite, ce qu'on appelle le "courant d'obscurité". Souvent pas plus de 1 µA, mais si nous ne faisons rien à ce sujet, il s'écoulera dans la base et créera un courant de collecteur de 200 µA. Alors qu'il devrait être nul. Nous introduisons donc R2 et choisissons un 68 kΩ pour cela. Ensuite, R2 créera une chute de tension de 68 mV / µA. Tant que la chute de tension est inférieure à 0,7 V, tout le courant passera par R2 et aucun dans la base. C'est à 10 µA. Si le courant est plus élevé, le courant de R2 sera coupé à ces 10 µA et le reste passera par la base. Nous pouvons donc utiliser R2 pour créer un seuil. Le courant d'obscurité n'activera pas le transistor, car trop faible.

À l'exception de ce cas, le R2 piloté par le courant sera très rarement nécessaire. Vous n'en aurez pas besoin ici.

Il semble utile de mentionner que si vous avez vraiment besoin d'avoir 2 motifs séparés, vous avez la possibilité d'un relais à semi-conducteurs AKA optocouple. Mais ceux-ci sont plusieurs fois plus volumineux et plus chers que les transistors (toujours pas mal pour un petit projet) donc n'utilisez que si vraiment nécessaire.