Перейти к содержанию

Почему транзистор не открывается, если не соединить минусы?

Обновлено Редакция GAW

Транзистор-ключ работает, пока течёт ток базы. У NPN-транзистора управляемый ток идёт от коллектора к эмиттеру, а управляющий — от базы к эмиттеру, и оба тока сходятся в эмиттере (Kuphaldt, т. III, гл. 4). Ток базы выходит из вывода микроконтроллера и должен вернуться к его минусу — то есть к земле платы управления. Ток течёт только по замкнутой цепи (т. I, гл. 1).

Две схемы подключения

Типичная ситуация: Arduino питается от USB, а нагрузка — от отдельного блока на 12 В. Наш расчёт тока базы для резистора 1 кОм и вывода 5 В, при напряжении база–эмиттер около 0,7 В:

СоединениеПуть тока базыТок базыКлюч
GND платы и минус блока соединены с эмиттеромвывод → резистор → база → эмиттер → GND платы(5 − 0,7) / 1 кОм ≈ 4,3 мАоткрывается
Эмиттер только на минусе блока 12 Ввывод → резистор → база → эмиттер → минус блока — и дальше обратно к плате пути нет0закрыт

Наш вывод: без общего провода два источника — две отдельные цепи. Вывод микроконтроллера выдаёт 5 В относительно земли своей платы, но относительно эмиттера транзистора это напряжение ничем не задано.

Как соединять правильно

  1. Эмиттер NPN — к минусу блока питания нагрузки.
  2. Землю платы управления — к тому же эмиттеру или минусу блока.
  3. Нагрузку — между плюсом её блока и коллектором, с диодом параллельно катушке, если нагрузка индуктивная.

Расчёт резистора базы и выбор транзистора разобраны в уроке 7 «Транзистор как ключ» и в калькуляторе транзисторного ключа; готовая схема с номиналами — «Ключ на транзисторе». Почему ток не течёт в разомкнутом контуре, объясняют законы Кирхгофа — урок 4.

Похожие вопросы

Не сожжёт ли общий провод плату, если у нагрузки 12 В?

Соединяют только минусы, а не плюсы: плата получает общую точку отсчёта, а 12 В остаются на коллекторной цепи нагрузки. Опасность возникает, если провод общего минуса тонкий и по нему пойдёт ток нагрузки — поэтому силовой минус ведут отдельно от эмиттера к блоку питания, а землю платы подключают к эмиттеру (наш вывод).

А с MOSFET то же самое?

Да: MOSFET открывается напряжением между затвором и истоком. Если исток соединён только с минусом другого источника, напряжение вывода микроконтроллера относительно истока не определено, и транзистор открывается случайно или не открывается вовсе (наш вывод).

Как управлять нагрузкой, если общий провод соединять нельзя?

Через гальваническую развязку: оптопару, реле или цифровой изолятор. Тогда светодиод оптопары питается от платы управления, а выходной транзистор — от цепи нагрузки, и общий провод между ними не нужен.

Источники

  1. Kuphaldt T. R. Lessons In Electric Circuits, Vol. III — Semiconductors, ch. 4 «Bipolar Junction Transistors» (CC BY 4.0) — разд. Introduction и The transistor as a switch: управляемый ток идёт между коллектором и эмиттером, управляющий — между базой и эмиттером; оба тока сходятся в эмиттере, ток эмиттера — сумма токов базы и коллектора; без тока базы транзистор закрыт (отсечка)
  2. Kuphaldt T. R. Lessons In Electric Circuits, Vol. I — DC, ch. 1 «Basic Concepts of Electricity» (CC BY 4.0) — ток идёт только по замкнутой цепи; при разрыве в любом месте ток прекращается во всей цепи

Нашли ошибку?

Смотрите также