Ray. Kyllä, on satoja ellei tuhansia hyviä sivuja BJT: n käytöstä melkein mihin tahansa kytkentäjärjestelyyn, jonka voit kuvitella. He toimivat myös hyvin tasonsiirtäjinä , vaikka siitä huolimatta, että käytät tätä ilmausta, en todellakaan usko, että se on tilanne täällä. Jos haluat tarkastella esimerkkiä tasonsiirrosta BJT: n avulla, näet vastaukseni täällä.

Sen sijaan, että annan sinulle kalan, yritän opettaa sinua kalastamaan.

Tilanteisiin, joissa nykyinen yhteensopivuus ylittää I / O-nastasi (kuten rele) tai myös erilaisen, korkeamman käyttöjännitteen kuin I / O-nastasi voi hoitaa (taas, kuten releesi), tai myös silloin, kun tarvitset suojaa induktiivista takapotkua vastaan ​​(jälleen kerran, kuten releesi), todennäköisesti haluat käyttää kytkimenä ulkoista BJT: tä tai FET: ää.

Voit järjestää asiat niin, että kytkin on:

1. matalalla puolella (lähellä maata) tai
2. korkealla puolella (lähellä releesi tai muun laitteen käyttöjännitettä) tai
3. molemmin puolin (H-silta, siltaan sidottu kuorma jne.)

Mutta sinulla on todella oltava hyvä syy valita yllä oleva (2) tai (3). Ne sisältävät enemmän osia ja usein tarpeettoman monimutkaisia, jos sinulla ei ole mitään hyvää syytä. Joten matalan sivun kytkin on ensimmäinen valinta tutkia jotain tällaista.

Minkä tahansa kytkimen suunnittelua varten sinun on ensin määriteltävä ajo-ohjeet ja sen käyttämiseen tarvittavat tiedot.

Tarkastellaan ESP8266-tietolomaketta:

Täältä näet, että I / O-nastan nykyisen yhteensopivuuden enimmäisarvo on \ $ I_ {MAX} = 12 \: \ textrm {mA} \ $. Tämä tarkoittaa, että sinun pitäisi suunnitella pysyvän hyvin alle tämän arvon. Haluan pysyä alle puolet maksimista, vielä vähemmän parempana, jos pystyn hallitsemaan sen. Vähemmän on parempaa, koska jos käytät useita erilaisia ​​I / O-nastoja tällä tavoin samanaikaisesti, lataus lisääntyy ja myös koko portille ja koko laitteelle on hajautumisrajoituksia. Vaikka niitä ei mainita, ne ovat olemassa. Joten pidä asiat mahdollisimman alhaisina.

Ota huomioon myös jänniterajat. Olettaen, että käytät \ $ V_ {CC} = 3.3 \: \ textrm {V} \ $, ne takaavat korkean lähtöjännitteen, 80% siitä, tai $$ V_ {OH} \ ge 2.64 \: \ textrm {V} \ label {voh} \ tag {Voh Min} $$ (Tämä tarkoittaa, kun hankitaan \ $ I_ {MAX} \ $.) Ne takaavat myös matalan lähtöjännitteen, 80% siitä, tai $$ V_ {OL} \ le 330 \: \ textrm {mV} \ label {vol} \ tag {Vol Max} $$ (Tämä tarkoittaa, kun uppoaa \ $ I_ {MAX} \ $.)

Tarkastellaan nyt tyypillistä välitystietolomaketta:

Täältä näet, että vastus on \ $ 125 \: \ Omega \ $ ja että vaadittu virta on \ $ 40 \: \ textrm {mA} \ $.

(Toinen yksityiskohta on, että se vaatii vähintään 70% määritetystä jännitteestä kytkeytymään, mikä vahvistaa, että BJT-kytkintila, kyllästetty \ $ V_ {CE} \ $ pudotus, kenties muutama kymmenesosa voltista, on " kohtuuhintaisia. "Jos et ymmärrä mitä tarkoitan tai miksi sanon sen, kun kirjoitan" vaihtotila, kylläinen \ $ V_ {CE} \ $ pudotus ", sinun on lopetettava ja mietittävä tätä. . Kun käytät BJT: tä kytkimenä, sinulla ei ole varaa suuriin arvoihin \ $ V_ {CE} \ $. Haluat, että tämä on niin pieni kuin käytännöllinen, että se todella toimii kytkimen tavoin. Mutta saavuttaaksesi siellä pienet suuruudet , sinun on käytettävä sitä kylläisenä, mikä tarkoittaa, että sovellettava \ $ \ beta \ $ on alhainen.)

Yllä olevat bittiä sanovat, että todella tarvitset ulkoisen kytkimen kaikista aiemmin mainituista syistä. Tarvitset sitä, koska se vaatii nykyistä suurempaa vaatimustenmukaisuutta kuin I / O-nastasi voi tarjota, koska haluat suojata I / O-nastasi takaisin-emf: ltä releen induktanssilta ja koska rele vaatii suurempaa jännitettä kuin I / O tappi voi tarjota. Älä edes ajattele käyttää I / O: ta suoraan!

Voit myös käyttää melkein mitä tahansa BJT: tä, koska rele tarvitsee vähän virtaa.

(Releesi saattaa tarvita enemmän virtaa. Mutta vaikka se on kaksinkertainen, useimmat BJT: t pystyvät käsittelemään sen suhteellisen helposti. Riippumatta sinun on sanottava niin, jos niin. [MUOKKAA: Luulen, että olet ilmoittanut kommenteissa vastauksen alla, että mitattu virta on \ $ 100 \: \ textrm {mA} \ $. Sen pitäisi olla kunnossa. Mutta se muuttaa joitain alla kirjoitettavia arvoja.)

Tässä tapauksessa käytän mitä olen: OnSemi PN2222A -laitteilla. Aloitetaan tarkastelemalla kuvaa 11:

Katso kuvaa 11 ja saat paljon tärkeää tietoa. Ensimmäinen on se, että he "suosittelevat" sen käyttöä kytkimellä \ $ \ beta = \ frac {I_C} {I_B} = 10 \ $. (Voit nähdä tämän kahdessa paikassa: kaavion alin käyrä, joka on \ $ V_ {CE} \ $-arvo kyllästyneenä, missä ne määrittävät \ $ \ frac {I_C} {I_B} = 10 \ $ ja myös ylimmän käyrän, jonka he tunnistavat samalla tavalla.) Tämä tarkoittaa siis $$ I_B = 4 \: \ textrm {mA} \ label {ib} \ tag {Ib} $$ mikä on hyvin I / O-nastasi rajoissa. Joten se on mukavaa. Toinen on se $$ V_ {BE} \ noin 800 \: \ textrm {mV} \ label {vbe} \ tag {Vbe} $$ kollektorivirran kanssa. (Etsi vain kollektorivirta katsomalla x-akselia ja etsi sitten käyrän kohta, jossa y-akselin arvo leikkaa.) Tätä viimeistä yksityiskohtaa käytetään suunnittelussa.

Aika kaavion laatimiseen:

^{simuloi tätä virtapiiriä - Kaavio luotu käyttämällä CircuitLab}

\ $ R_1 \ $: n arvo on melko helppo laskea. Oletetaan ensin, että I / O-nasta toimii pienimmällä lähtöjännitteellä, kun se on korkea. Tiedät jo tämän arvon ylhäältä, \ $ \ ref {voh} \ $. Tiedät myös BJT: n perusemitterijännitteen tyypillisen arvon ylhäältä, \ $ \ ref {vbe} \ $. Ja lopuksi tiedät myös todennäköisen perusvirran, \ $ \ ref {ib} \ $. Laske siis vain: $$ R_1 = \ frac {2.64 \: \ textrm {V} -800 \: \ textrm {mV}} {4 \: \ textrm {mA}} = 460 \: \ Omega \ label {r1} \ tag {R1 } $$

Lähin arvo olisi \ 470 dollaria \: \ Omega \ $. Joten tämä näkyy kaaviossa. Diodi tarjoaa tietysti polun releen magneettikentän energian romahtamiseen, kun yrität sammuttaa sen. Muuten se ei johda.

Sano, että I / O-nastasi on tehokkaampi kuin oletimme, ja sillä on täysi \ $ 3.3 \: \ textrm {V} \ $ korkealle ajaessasi. Sitten I / O-nasta ja BJT-perusvirta ovat \ $ \ frac {3.3 \: \ textrm {V} -800 \: \ textrm {mV}} {470 \: \ Omega} \ noin 4,4 \: \ textrm { mA} \ $. Tämä on myös hienoa eikä vahingoita mitään. Joten tämän suunnittelun pitäisi toimia hyvin.

Vastuksen lisäämiseen maahan on BJT-alustasta syitä. Yksi on se, että se auttaa pitämään tukikohdan lähellä maata, jos \ $ R_1 \ $ toinen pää jostain syystä kellui eikä ollut yhteydessä ESP8266 -laitteeseesi. Ja on muitakin syitä. Mutta se ei ole tärkeää tässä, joten jätän keskustelun siitä toistaiseksi.

MUOKKAA: Kun ilmoitat (alla olevissa kommenteissa) releen \ $ 100 \: \ textrm {mA} \ $ arvon, joka on 2,5 kertaa niin suuri kuin edellä käytin, voit harkita ajatusta käyttää 2,5 kertaa perusvirta. Mutta myös suurin osa näistä pienistä signaalin BJT: stä voi toimia hyvin kytkimellä, jonka arvot ovat korkeammat \ $ \ beta \ $ kuin aiemmin ehdotin lukemalla kuva 11. Katsotaan nyt kuvaa 4:

Täällä näet käyrän, jonka nimi on \ $ 150 \: \ textrm {mA} \ $, mikä on enemmän kuin tarvitset. X-akseli on perusvirta \ $ I_B \ $ ja y-akseli on \ $ V_ {CE} \ $. Haluat matalan arvon arvolle \ $ V_ {CE} \ $ ja huomaat, että se on tasan noin \ $ 100 \: \ textrm {mV} \ $. Kun pidät mielessä, että nämä ovat tyypillisiä käyriä eikä taattuja käyriä, voit nähdä, että \ $ I_B \ n. 8 \: textrm {mA} \ $ näyttää melko kiinteältä (kaukana käyrän polvesta) ja että \ $ 10 \: \ textrm {mA} \ $ on vielä parempi. No, tämä viittaa siihen, että \ $ \ beta \ $ noin 15: stä 20: een todennäköisesti toimii melko hyvin.

Kun otat kaiken tämän yhteen releelläsi $ 100 \: \ textrm {mA} \ $, tarvitset noin 2,5 kertaa niin paljon perusvirtaa lisääntyneen releen kuormituksen takia, mutta sinulla on varaa pudottaa se kertoimella 1,5 - 2,0 kuvion 4 käyrän takia. Joten ehkä siirtyminen aikaisemmasta lasketusta \ $ I_B = 4 \: \ textrm {mA} \ $: sta ehkä \ $ I_B = 5 \: \ textrm {mA} \ $ kohtaan \ $ I_B = 6.7 \: \ textrm {mA} \ $ on hieno.

Lasketaan uudelleen edellinen yhtälö \ $ \ ref {r1} \ $: $$ R_1 = \ frac {2.64 \: \ textrm {V} -800 \: \ textrm {mV}} {5 \: \ textrm {mA}} = 368 \: \ Omega \ label {r1x} \ tag {R1 tee uudelleen 1} $$

$$ R_1 = \ frac {2.64 \: \ textrm {V} -800 \: \ textrm {mV}} {6.7 \: \ textrm {mA}} = 275 \: \ Omega \ label {r1y} \ tunniste {R1 tee uudelleen 2} $$

Näiden kahden välillä? Menen vain \ $ R_1 = 330 \: \ Omega \ $ kanssa. Luulen, että se olisi järkevää. Pahimmassa tapauksessa I / O-nastavirran tulisi olla noin \ $ 7,5 \: \ textrm {mA} \ $. Tämä on selvästi alle $ 12 \: \ textrm {mA} \ $: n enimmäismäärän yllä esitetylle ESP8266-taulukkotaulukolle, mutta sen alla riittävästi, etten olisi liian huolissani. (Ainakin, ellet tiennyt, että toistan tämän ohjaimen useilla I / O-nastoilla. Siinä tapauksessa luultavasti menisin katsomaan, onko portille tai laitteelle kokonaisuudessaan määritetty raja. )

Et tarvitse tätä "voodoo".Sekä R1 että R3 ovat tässä tarpeettomia.Bipolaarinen transistori toimii virroilla, ei jännitteillä.Näitä vastuksia tarvitaan vain transistorin esijännittämiseksi lineaarisille vahvistimille.Et halua lineaarista vahvistusta, haluat tehokkaan kytkennän.

^{simuloi tätä virtapiiriä - Kaavio luotu käyttämällä CircuitLab}

Lähettimen kantajännite \ $ U_ {BE} \ $ riippuu keräilijän virrasta, mutta yleensä se on noin 1 V.Joten 3,3 V: n kannalla ja 1 k: n vastusvastuksella sinulla on noin 2 mA: n perusvirta.

Käytä kytkentätransistoria, sillä niiden beta-arvo on korkea ja ne kyllästyvät hyvin pienillä tulovirroilla.Voit myös harkita darlington-tyyppiä suuremmille kuormille.Kylläisyys johtaa pienempään jännitehäviöön ja vähemmän lämmöntuotantoon transistorissa.

FET: t eivät kyllästy.Näin ollen suuri nopeusvoitto.

Ja kaksisuuntainen Vbe on melkein asetettu arvoon 0,5–0,7 volttia hyödyllisille virroille.

Kun taas FET sallii mielellään 1, 2, 5 tai 10 volttia portin ja kanavan välillä. Siten suuri voitto toiminnan joustavuudesta.

BJT: n ja FET: ien yleinen vertailu:

BJT: - Virtaohjattu laite - Latauskantajat ovat sekä elektroneja että reikiä (siis kaksisuuntaiset) - Fyysisesti suurempi - Hyvin pieni tulokapasitanssi (voi antaa suuremman nopeuden / suuremman taajuusvahvistuksen) - Lineaarisempi vahvistus, koska vahvistus ei riipu esijännitteestä - Voi olla pienempi lähtöimpedanssi, ja siksi ajaa matalan impedanssin kuormia helpommin - Yleensä suurempi virrankulutus virranhallinnan ansiosta

FET: - Jänniteohjattu laite (pienempi virrankulutus, kuluttaa virtaa vain tilan vaihdon yhteydessä) - Latauskantajat ovat joko elektroneja tai reikiä (tyypistä riippuen, siis unipolaariset) - Fyysisesti pienempi - Voi skaalata helpommin (puolet tyhjennysvirran puolittamalla portin koon) - Yleensä suurempi syöttökapasitanssi ja Miller Effect tarkoittavat, että kun voitto kasvaa, niin myös syöttökapasitanssi kasvaa - Ei voi ajaa matalan impedanssin matalaa (vaatii yleensä puskurivaiheen) - Yleensä pienempi virrankulutus

Tämä ei suinkaan ole täydellinen luettelo eroista, mutta toivottavasti vastaa kysymykseesi kahden tyyppisten transistorien eroista. Koulutuskokemukseni mukaan näyttää siltä, ​​että 95% harrastusprojektien ajasta BJT: t ovat tie, mutta suurten, tiheiden projektien CMOS on ensisijainen valinta, koska suurin osa digitaalisista piireistä on CMOS, ja siksi se on halvempaa tuottaa sekä analogisia että digitaalisia samassa prosessissa.

Joissakin sovelluksissa energiatehokkuus on erittäin tärkeää. Vaikka on olemassa monia sovelluksia, joissa sillä ei ole väliä, monet ihmiset eivät pidä tarpeettomasta mallien rajoittamisesta jälkimmäisiin sovelluksiin.

Jos tarvitsee yhden BJT-pohjaisen piirin, joka kykenee vaihtamaan 100 mA: n, piirin täytyy todennäköisesti vetää jonnekin 2-10 mA: n välillä aina kun sen pitäisi olla päällä, onko kuormavirta todella 100mA tai nolla . Jos kuorma tosiasiallisesti vetää 100 mA: ta aina, kun se on päällä, jopa 10 mA: n lisääminen järjestelmän virrankulutukseen tuolloin lisäisi vain kokonaisenergiankulutusta 10%. Jos kuormitus saattaa kuitenkin usein ajaa jotain, joka vie vain 1 mA, lisäämällä jopa 2 mA virranottoon, kun se on päällä, kolminkertaistuu kyseisen kuorman hallintaan liittyvä virrankulutus. Jos kuorma kytketään päälle suurimman osan ajasta (mutta vedä vain hyvin vähän virtaa), se voi olla hyvin tuhlaavaa.

BJT: t ovat olleet laajalti saatavilla pidempään kuin MOSFETit, ja monet piirit on suunniteltu tämän saatavuuden ympärille. En tiedä, että mikään tietty MOSFET on aivan yhtä yleinen kuin 2N3904 ja 2N3906. Nuo osat eivät ole missään lähellä planeetan parhaita transistoreita, mutta ne ovat kaikkialla. En tiedä yhtään MOSFETiä, joista voidaan sanoa sama.