Калькулятор транзисторного ключа

Транзисторный ключ нужен, когда вывод микроконтроллера или логическая схема не может сама отдать ток нагрузке: реле, светодиодной ленте, мотору. Калькулятор подбирает резистор базы так, чтобы транзистор гарантированно открылся полностью.

Подготовьте ток нагрузки (ток коллектора) - из документации на реле, ленту или мотор; минимальный коэффициент h21э из технического описания транзистора (именно минимальный, а не типовой); напряжение управляющего сигнала - например, 5 В или 3,3 В логики; напряжение база-эмиттер (по умолчанию 0,7 В) и напряжение коллектор-эмиттер в насыщении (по умолчанию 0,2 В) - тоже из документации.

Ток нагрузки вводится в миллиамперах: 0,2 А - это 200 мА. Коэффициент насыщения 2-5 гарантирует полное открытие ключа. Частые ошибки: взять типовой h21э вместо минимального, ввести ток в амперах, выбрать резистор большего номинала, чем расчётный, - ток базы тогда окажется меньше нужного.

Выбирайте ближайший меньший номинал резистора. Ток базы не должен превышать допустимый ток вывода микроконтроллера (обычно 20 мА). Для индуктивной нагрузки (реле, мотор) обязателен обратный диод параллельно нагрузке.

Работы с устройствами, подключёнными к сети, выполняет только специалист с допуском. Расчёт служит для подбора элементов и не заменяет проект.

Ток базы берётся с запасом относительно минимально необходимого, по нему считается резистор базы.

Ток базы = Ток нагрузки / бета * Коэффициент насыщения
Резистор базы = (Напряжение сигнала - Напряжение база-эмиттер) / (Ток базы / 1000)
Мощность = Напряжение насыщения * Ток нагрузки / 1000

Ток нагрузки - ток коллектора, мА; бета - минимальный h21э транзистора; коэффициент насыщения - запас по току базы; ток базы - в мА; напряжение сигнала - напряжение управляющего сигнала, В; напряжение база-эмиттер - в вольтах; напряжение насыщения - напряжение коллектор-эмиттер в насыщении, В. Деление на 1000 переводит миллиамперы в амперы, поэтому резистор базы получается в омах, а мощность - в ваттах.

Разность напряжения сигнала и напряжения база-эмиттер должна быть положительной (допустимый диапазон - от 0,000001 до 1000 В); если управляющее напряжение не выше напряжения база-эмиттер, сигнала не хватает, чтобы открыть переход, и резистор не рассчитывается. Ток базы и мощность округляются до трёх знаков после запятой, сопротивление - до целого ома.

Источник: П. Хоровиц, У. Хилл "Искусство схемотехники", раздел 2.02 "Транзисторный ключ": ток базы с запасом в несколько раз больше тока коллектора / h21э, резистор базы = (входное напряжение - 0,6) / ток базы.

Ограничения: мощность считается только для открытого транзистора в насыщении, потери при переключении не учитываются.

Пример: реле 60 мА, h21э = 100, запас 3, сигнал 5 В.

Ток базы = 60 / 100 * 3 = 1,8 мА
Резистор базы = (5 - 0,7) / 0,0018 примерно 2389 Ом - берём 2,2 кОм
Мощность = 0,2 * 60 / 1000 = 0,012 Вт