1), 2) y 3)
Si utiliza diferentes fuentes de alimentación en un circuito, debe conectarlas de una forma u otra para que tengan una referencia común. Casi siempre conectarás tierras, ya que son tu referencia. El voltaje es relativo: si toma el plus de las baterías como referencia, el menos estará a -12 V, si toma el menos como referencia, el plus estará a +12 V. Pocos circuitos usarán el más como referencia, nos gusta voltajes positivos mejor. Así que el menos de las baterías va al suelo del Arduino.
¿Por qué tienen que estar conectados? Su transistor verá dos corrientes: una corriente de base, que ingresa a la base y regresa al suministro de 5V a través del emisor, y una corriente de colector que ingresa al colector y también regresa a la batería a través del emisor. Dado que las corrientes tienen el emisor en común (se llama circuito de emisor común ), es donde se conectarán ambas fuentes de alimentación.
¿Cómo sabe la corriente base qué camino tomar cuando sale del transistor a través del emisor? La corriente solo puede fluir en un circuito cerrado, desde el más de la fuente de alimentación hasta el menos. La corriente de base comenzó a +5 V, por lo que no cerraría el circuito cuando iría por el suelo de las baterías.
4)
Dejaremos a R2 fuera por un momento. Debido a que el emisor de base actúa como un diodo, la base está alrededor de 0.7 V. Aplica 5 V para activar el transistor, entonces, de acuerdo con la Ley de Ohm, la corriente a través de R1 (que es la corriente de base) es5 V- 0.7 VR 1. El transistor amplificará esa corriente a una corriente de colector suficientemente alta para accionar el relé. ¿Qué es lo suficientemente alto? Por lo tanto, debe consultar la hoja de datos del relé. Le indicará la corriente requerida o la resistencia de la bobina, y luego podrá calcular la corriente, nuevamente con la Ley de Ohm. Un relé generalmente necesita alrededor de 400 mW para activarse, por lo que para un relé de 12 V sería una corriente de 400 mW / 12 V = 35 mA. Esa es la corriente mínima del colector.
Para saber cuánta corriente de base necesitamos obtener, tenemos que buscar en la hoja de datos del transistor. Digamos que tengo 100 000 BC547B s (olvidé el punto decimal cuando los ordené) para lo cual necesito un propósito. La ganancia actual viene dada porhFmiparámetro, que encontramos en la página 2 de la hoja de datos. Para el BC547B eso es un mínimo de 200. (Utilice siempre los valores del peor de los casos, parahFmiEse es el valor mínimo. Si usa valores típicos, puede tener muy poca corriente para algunas partes).
Entonces, para obtener una corriente de colector de 35 mA, necesitamos 35 mA / 200 = corriente base de 0.175 mA. Entonces R1 tiene que ser4.3 V0,175 m A= 24600 Ω. Ese es un valor que no encontrará, así que deberíamos elegir un valor más alto o más bajo. Si escogiéramos un valor más alto, la corriente sería menor, también la corriente del colector sería menor, y nuestro relé podría no activarse. Entonces tiene que ser más bajo, el 24600 Ω es el límite superior. Ahora no hay nada de malo en suministrar demasiada corriente base (dentro de lo razonable); la corriente del colector intentará seguir, pero la resistencia de la bobina lo limitará. Si la resistencia de la bobina es de 360 Ω, la Ley de Ohm dice que no puede obtener más de 35 mA a 12 V, sin importar cuánto lo intente.
Elija una resistencia de 10 kΩ. Ese es un valor mucho más bajo de lo que necesitábamos pero estaremos bien. La corriente base será de alrededor de 0.5 mA, que Arduino suministrará felizmente, y el transistor intentará generar esos 100 mA, pero nuevamente, estará limitado a nuestros 35 mA. En general, es una buena idea tener un margen, en caso de que los 5 V sean un poco menos, o cualquier variación que pueda haber en los parámetros. Tenemos un margen de seguridad de factor tres, que debería estar bien.
¿Qué hay de R2? No usamos eso y todo parece estar bien. Así es, y lo será en la mayoría de los casos. ¿Cuándo lo necesitaríamos? Si la baja tensión de salida del Arduino no fuera inferior a 0,7 V, el transistor también recibiría corriente cuando está apagado. Ese no será el caso, pero digamos que el bajo voltaje de salida se mantendrá en 1 V. R1 y R2 forman un divisor de resistencia, y si elegimos R1 = R2, la entrada de 1 V se convertirá en un voltaje base de 0.5 V, y el el transistor no recibiría corriente.
Teníamos 0.5 mA de corriente base cuando estaba encendido, pero con R2 paralelo al emisor base perderemos algo de esa corriente allí. Si R2 es 10 kΩ, extraerá 0.7 V / 10 kΩ = 70 µA. Entonces nuestra corriente base de 500 µA se convierte en 430 µA. Teníamos mucho margen, por lo que todavía nos daría suficiente corriente para activar el relé.
Otro uso para R2 sería drenar la corriente de fuga. Supongamos que el transistor es impulsado por una fuente de corriente, como el fototransistor de un optoacoplador. Si el optoacoplador toma corriente, todo irá a la base. Si el optoacoplador está apagado, el fototransistor seguirá creando una pequeña corriente de fuga, lo que se llama "corriente oscura". A menudo, no más de 1 µA, pero si no hacemos nada al respecto, fluirá hacia la base y creará una corriente de colector de 200 µA. Si bien debería ser cero. Entonces presentamos R2 y elegimos 68 kΩ para ello. Entonces R2 creará una caída de voltaje de 68 mV / µA. Mientras la caída de voltaje sea inferior a 0.7 V, toda la corriente pasará a través de R2 y ninguna a la base. Eso es a 10 µA. Si la corriente es mayor, la corriente de R2 se recortará a esos 10 µA, y el resto pasará por la base. Entonces podemos usar R2 para crear un umbral. La corriente oscura no activará el transistor porque es demasiado bajo.
A excepción de este caso de R2 impulsado por corriente, rara vez será necesario. No lo necesitarás aquí.