Necesita ayuda para calcular la resistencia de la base del transistor

Tengo 3 relés automotrices de 12VDC / 40A ( hoja de datos ) que quiero usar con mi Arduino. Según el tutorial que estoy siguiendo ( enlace ), necesito un transistor, una resistencia y un diodo. No soy ingeniero eléctrico, por lo tanto, no estoy seguro acerca de las piezas y los cálculos que hice.

Para empezar, la resistencia de la bobina del relé es 90 + -10% Ohm por hoja de datos. Entonces procedo calculando el flujo de corriente.

Voltaje = Resistencia * Corriente

Corriente = voltaje / resistencia

Corriente = 12V / 90

Corriente de Ohm = 133mA

Para el transistor puedo obtener 2N3904 o 2N4401. En este punto, tengo que calcular la resistencia para la base del transistor. En tutorial es como sigue

hfe = Ic / Ib

Ib = Ic / hfe

Ib = 0.03 A / 75 Ib = 0.0004 A => 0.4 mA

R1 = U / Ib

R1 = 5V / 0.0004 A

R1 = 12500 ohmios

La hoja de datos 2N3904 establece que H (fe) es 30-300 cuando lc = 100mA (el mío es 130mA) y Vce = 1V. En este punto no tengo idea de lo que está sucediendo, por lo tanto, necesito ayuda.

Editar: Esto es lo que terminé con. RLY1 en la imagen es 12VDC / 40A ( enlace )

Diseñemos para el peor de los casos, esa es una buena práctica.

$Ic = 133\text{mA}$

$h_{FE} = 30$ # de acuerdo con la hoja de datos mínimo 30, generalmente mucho mejor; @ Ic = 100mA

Puedes calcular Ib ahora:

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

$V_{BE,SAT} = 0.95$ # hoja de datos, la coincidencia más cercana es 50mA. Valor máximo, el valor práctico es probablemente mucho más bajo (0,65 V)

Ahora calculemos la resistencia de la serie base. Esto es igual al voltaje a través de la resistencia, dividido por la corriente que lo atraviesa. La corriente a través de la resistencia es la misma que la corriente base. El voltaje a través de él es el voltaje del riel (5V) disminuido por el voltaje de base a emisor del transistor V (CE, sat).

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

Con toda la ingeniería de caso más desfavorable hasta aquí, por una vez, redondeemos al valor de resistencia E12 más cercano de 1kΩ (o 820Ω para la ingeniería de caso más desfavorable, funcionará con cualquiera).

Tienes razón en que la bobina del relé parece necesitar 133 mA nominales. Sin embargo, ese no es el peor de los casos, y supone que se aplican 12 V a través de la bobina. Sin embargo, ese es un buen lugar para comenzar, luego agregaremos un factor de margen 2 más tarde de todos modos.

Digamos que la ganancia mínima garantizada del transistor que usará es 50. Eso significa que la corriente base debe ser de al menos 133 mA / 50 = 2.7 mA. Si su salida digital es de 5 V, habrá aproximadamente 4,3 V en la resistencia base después de tener en cuenta la caída BE del transistor. 4.3 V / 2.7 mA = 1.6 kΩ. Para dejar un margen, use aproximadamente la mitad. El valor común de 820 Ω debería ser bueno.

Ahora vuelva a ver qué debe suministrar la salida digital. 4.3 V / 820 Ω = 5.2 mA. Muchas salidas digitales pueden generar eso, pero debe verificar que el suyo sí. Si no puede, necesita una topología diferente.

Dado que está utilizando el transistor en una configuración de conmutación saturada, está bien si bombea más corriente de base a la parte de la que realmente se necesita para la cantidad de corriente de colector que tiene la intención de absorber a través del dispositivo desde la bobina del relé.

Ese es un límite práctico para la corriente base máxima que puede inyectar en el caso del 2N3904 / 2N4401. Ese límite no siempre se establece explícitamente en las hojas de datos de las partes, pero puedo decirle por experiencia que está en el rango de 5-> 6 mA.

Para un diseño de conmutación, puede planificar el Hfe mínimo garantizado más un margen. Digamos que elige 25 como el peor de los casos trabajando Hfe. Con una corriente de colector necesaria de 133 mA y una Hfe de 25 dará como resultado una corriente base de trabajo de 5,32 mA. Esto parece estar en el área correcta para estos tipos de transistores.

Parece que tiene la intención de conducir la base desde una señal de 5V. Con un Vbe nominal de 0.7V que lo deja con una caída de 4.3V a través de la resistencia base. La resistencia para limitar la corriente a 5.32 mA a 4.3 V es de aproximadamente 800 ohmios. Use una resistencia base de valor estándar de 820 ohmios.

Nota final. Si está manejando esto directamente desde un pin de salida de MCU, es posible que la MCU no pueda generar 5.32mA a un nivel de salida de 5V. Como tal, la salida de MCU bajará un poco de 5V. Esto reducirá un poco la corriente base, pero dado que calculamos usando el peor de los casos Hfe, el accionamiento del relé seguirá funcionando para la mayoría de los transistores que recogerá de la bolsa.

$h_{fe}$

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

Sin embargo, debe determinar si el circuito que controla la base puede suministrar continuamente la corriente que usted decida. Una vez más, la hoja de datos le informará y no desea navegar demasiado cerca de este número; de lo contrario, podría estar reduciendo la confiabilidad de los chips.

También hay otra consideración. Muchos dispositivos CMOS indicarán que la corriente de salida máxima es (digamos) 20 mA PERO también indicarán una corriente de potencia máxima de (digamos) 100 mA. Esto está bien si el chip está manejando 3 salidas, pero qué pasa si el chip es un búfer octal. Verifique de manera realista la salida de corriente por pin Y verifique dos veces la corriente de la fuente de alimentación; puede haber un límite en esto que evite que todos los pines o / p expulsen 20 mA.

Ib = Ic / hfe (fino)

Ib = 0.03 A / 75 Ib = 0.0004 A => 0.4 mA

Hmmm! Ic = .13 A no 0.03 y tomaría hfe como 50, en lugar de 75. (en general, los pequeños transistores de señal tienen al menos esta ganancia) Esto da Ib = 0.0026 o 2.6mA

Para una entrada de 5V, la caída de voltaje a través de la resistencia de entrada será de 5 - 0.6V = 4.4V (recuerde que la caída del emisor base necesita aproximadamente 0.6V antes de encender el transistor). Esto da;

                Rb = 4.4/0.0026 = 1k7

Ahora bien, este es realmente un valor máximo para la resistencia base, así que elija una resistencia de valor estándar por debajo de esto, digamos 1k5 o incluso 1k0.

Me gustaría compartir este enlace, tiene buena información sobre el uso de microcontroladores para interactuar con la electrónica del mundo real. Mire la Parte 7 de la Tabla de contenido de la interfaz del microcontrolador