โปรเจกต์ วิธีใช้งาน BJTs

1. ทำไมต้องใช้ BJT?

เมื่อคุณต้องการขับโหลดที่ต้องใช้กระแส และ/หรือ แรงดันไฟฟ้าในระดับสูง และจำเป็นต้องใช้การควบคุมแบบดิจิทัล (ในกรณีนี้คือ Arduino) คุณไม่สามารถใช้สวิตช์แบบกลไกได้ ด้วยเหตุนี้ จึงมีการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ดิจิทัล (เปิด/ปิด) แทน (BJT และ MOS)

2. ปุ่มอิเล็กทรอนิกส์

เช่นเดียวกับปุ่มกดแบบกลไก การไหลของกระแสสามารถหยุดได้โดยการตัดวงจรทางขั้วบวกหรือขั้วลบ วิธีการเหล่านี้เรียกว่าการขับแบบ High-side หรือ Low-side ตามลำดับ บทช่วยสอนนี้จะแสดงวิธีออกแบบวงจรสำหรับการขับแบบ Low-side

3. เลือก Transistor

อันดับแรกคุณต้องเลือก Transistor ในบทช่วยสอนนี้เราจะใช้เบอร์ยอดนิยมอย่าง 2N2222 แต่กฎเกณฑ์ทั้งหมดที่ใช้นี้สามารถนำไปใช้กับ NPN BJT รุ่นใดก็ได้ เราจะออกแบบในลักษณะนี้

4. มันทำงานอย่างไร?

ด้วยการกำหนดค่านี้ เมื่อใช้คำสั่ง digitalWrite(pin, LOW) สวิตช์จะเปิดออก (Open) เพื่อหยุดการไหลของกระแสในโหลด ในขณะที่เมื่อใช้คำสั่ง digitalWrite(pin, HIGH) สวิตช์จะปิดลง (Closed) ทำให้กระแสไหลผ่านโหลดได้

5. เราต้องออกแบบอะไรบ้าง?

เนื่องจากเรารู้จักโหลด (สิ่งที่คุณต้องการเปิด/ปิด เช่น Relay, Power LED) แล้ว เราจึงสามารถเลือกค่า Power supply และกระแสที่โหลดต้องใช้ในการทำงานได้ ดังนั้นเราจึงต้องออกแบบเพียงแค่ตัวต้านทานที่ขา Base (RB) เท่านั้น

6. ขีดจำกัดของแรงดันและกระแส

ค่า Power supply และกระแสที่ไหลในโหลดจะถูกนำมาใช้ในการเลือก Transistor ในทางปฏิบัติ เมื่อทราบพารามิเตอร์เหล่านี้แล้ว เราต้องตรวจสอบค่า VCEO และ Collector Current ของ Transistor ที่เลือก จาก Datasheet ของ 2N2222:

7. ตัวอย่าง

ดังนั้นเราต้องเลือกโหลดที่มีค่า Power supply <40V และกระแส <600mA ในตัวอย่างนี้ เราจะพิจารณาโหลดที่ต้องการ Power supply ขนาด 12V และกระแส 150mA

8. อัตราขยายกระแสตรง (DC current gain)

จาก Datasheet อัตราขยายกระแสตรง (hFE) ในสภาวะนี้คือ 100:

9. วิธีใช้ hFE

ค่า hFE มีความจำเป็นสำหรับการคำนวณหาค่า IB และค่า RB ต่อไป

IB=3IL/hfe=3*150mA/100 =4.5mA

ในการออกแบบ RB เราต้องค้นหาค่า VBEsat สูงสุดของ Transistor ที่เลือกจาก Datasheet โดยอ้างอิงตามพารามิเตอร์ของเรา (VCC และ IL)

10. ออกแบบตัวต้านทานที่ขา Base (RB)

ในกรณีนี้ VBEsat = 1.2V

ตอนนี้เราสามารถออกแบบ RB ได้แล้ว:

RB = (5V -1.2V)/4.5mA =844Ω 

การเลือกค่าที่มีจำหน่ายในท้องตลาด:

RB =820Ω

ป.ล. ในตัวอย่างนี้ใช้ Arduino ที่มี Logic แบบ 5V หากเราต้องการใช้ Logic แบบ 3.3V (เช่น Arduino DUE):

RB = (3.3V -1.2V)/4.5mA =466Ω 

การเลือกค่าที่ใกล้เคียงที่มีจำหน่ายในท้องตลาด:

RB =470Ω