Перейти к содержанию

Как рассчитать базовый резистор транзисторного ключа?

Обновлено Редакция GAW

Базовый резистор задаёт ток базы, а ток базы должен быть больше, чем ток коллектора, делённый на усиление, — иначе транзистор останется в активном режиме и будет греться. Усиление берут минимальное из даташита при рабочем токе коллектора, потому что оно падает с ростом тока: у MMBT3904 при 10 мА гарантировано hFE 100, при 50 мА — 60, при 100 мА — всего 30.

IB=k⋅IChFE(min),RB=Uвых−VBE(sat)IB,k=2…5I_B = k \cdot \frac{I_C}{h_{FE(min)}},\qquad R_B = \frac{U_{вых} - V_{BE(sat)}}{I_B},\qquad k = 2\ldots5

Пример: реле 50 мА от вывода 5 В

ШагОткудаЗначение
Ток коллектора ICкатушка реле50 мА
hFE(min) при 50 мАдаташит MMBT390460
Минимальный ток базы IC / hFEрасчёт0,83 мА
Ток базы с запасом k = 3расчёт2,5 мА
VBE(sat) при 50 мАдаташит, максимум0,95 В
RB = (5 − 0,95) / 2,5 мАрасчёт1,62 кОм → 1,5 кОм
Ток вывода при 1,5 кОмрасчёт2,7 мА (предел 40 мА)

Даташит гарантирует напряжение насыщения VCE(sat) не выше 0,3 В при токе базы 5 мА, то есть при соотношении IC/IB = 10. Если нужна именно эта гарантия, запас берут k = 6 и ставят 820 Ом — вывод микроконтроллера отдаст 5 мА, это в восемь раз меньше его предела. Тот же расчёт с любыми числами делает калькулятор транзисторного ключа.

Что проверить после расчёта

  1. Ток коллектора против предела транзистора: у MMBT3904 это 200 мА, для 300 мА нужен другой, например 2N2222A, — сравнение в карточке.
  2. Напряжение вывода под током. ATmega328P при 20 мА даёт не меньше 4,2 В; при 2–5 мА — ближе к 5 В, поэтому в формулу можно подставлять 5 В, а при токе базы в десятки миллиампер — 4,2 В.
  3. Нагрев. В насыщении на транзисторе падает не больше VCE(sat), и при 50 мА это 15 мВт; если ключ всё-таки горячий, ток базы мал — разбор в ответе о нагреве транзистора.
  4. Резистор база–эмиттер 10–100 кОм, если вывод управления может оказаться в высокоимпедансном состоянии при старте микроконтроллера.

Откуда берётся формула, что такое режим насыщения и почему hFE не константа, разобрано в теории биполярного транзистора, а пошаговый разбор для начинающих — в уроке о транзисторном ключе.

Похожие вопросы

Почему hFE берут минимальное, а не типовое?

Потому что типовое — среднее по партии, а минимальное гарантировано для каждого экземпляра. У MMBT3904 при 10 мА hFE от 100 до 300: ключ, рассчитанный на 300, у транзистора со 100 не войдёт в насыщение и начнёт греться.

Что будет, если взять резистор меньше расчётного?

Ток базы вырастет, транзистор откроется глубже, VCE(sat) чуть снизится, но вырастут нагрузка на вывод микроконтроллера и время выключения. Пределы: 40 мА на вывод ATmega328P и ток базы, при котором рассеиваемая на переходе мощность остаётся в норме; обычно разумный диапазон запаса — от 2 до 5.

Как считать для PNP-транзистора или 3,3 В?

Формула та же: напряжение, которое приложено к цепи база–резистор, минус VBE(sat), делить на нужный ток базы. Для 3,3 В остаётся около 2,4 В на резисторе, поэтому номинал выходит примерно на 40 % меньше, чем для 5 В; у PNP база тянется к минусу, и ток через резистор течёт из эмиттера в вывод микроконтроллера.

Источники

  1. Diodes Incorporated. MMBT3904: 40V NPN Small-Signal Transistor in SOT23 (DS30036 Rev. 27-2, March 2025) — Electrical Characteristics, On Characteristics: hFE не менее 40 при 100 мкА, 70 при 1 мА, 100–300 при 10 мА, 60 при 50 мА, 30 при 100 мА (VCE 1 В); VCE(sat) не более 0,2 В при IC 10 мА и IB 1 мА, 0,3 В при 50 мА и 5 мА; VBE(sat) 0,65–0,85 В при 10 мА и 1 мА, не более 0,95 В при 50 мА и 5 мА; IC до 200 мА; примечание 9 — импульсные измерения
  2. Microchip. ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P Data Sheet (DS40002061B, 2020) — разд. 30.1: абсолютный предел 40 мА на вывод; табл. 30-1: VOH не ниже 4,2 В при IOH 20 мА и VCC 5 В, порт нормирован на 20 мА при 5 В
Страница помогла?

Нашли ошибку? ·

Смотрите также