Transitor: mạch, nguyên lý hoạt động, hiệu ứng lưỡng cực và trường khác nhau như thế nào. Tính năng kết nối thiết bị với Arduino Transistor lưỡng cực arduino

Sẽ không thể kết nối trực tiếp tải mạnh với Arduino, chẳng hạn như đèn chiếu sáng hoặc máy bơm điện. Bộ vi điều khiển không cung cấp năng lượng cần thiết để vận hành tải như vậy. Dòng điện có thể chạy qua đầu ra Arduino không vượt quá 10-15 mA. Một rơle đến để giải cứu, nhờ đó bạn có thể chuyển đổi dòng điện lớn. Ngoài ra, nếu tải được cấp nguồn bằng dòng điện xoay chiều, ví dụ 220v, thì không thể làm được nếu không có rơle. Để kết nối các tải mạnh với Arduino thông qua rơle, các mô-đun rơle thường được sử dụng.

Tùy thuộc vào số lượng tải chuyển mạch, các mô-đun rơle kênh một, hai, ba, bốn và nhiều kênh được sử dụng.

Tôi đã mua mô-đun một và bốn kênh của tôi trên Aliexpress với giá lần lượt là 0,5 đô la và 2,09 đô la.

Thiết kế mô-đun rơle cho Arduino, sử dụng ví dụ về mô-đun 4 kênh HL-54S V1.0.

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn thiết kế của mô-đun này; tất cả các mô-đun đa kênh thường được xây dựng theo sơ đồ này.

Sơ đồ mô-đun.

Để bảo vệ các chân Arduino khỏi sự tăng điện áp trong cuộn dây rơle, người ta sử dụng bóng bán dẫn J3Y và bộ ghép quang 817C. Xin lưu ý rằng tín hiệu từ chân TRONGđược cung cấp cho cực âm của bộ ghép quang. Điều này có nghĩa là để rơle đóng các tiếp điểm, bạn cần tác động vào chânTRONG hợp lý 0 (tín hiệu đảo ngược).

Ngoài ra còn có module có tín hiệu từ chân TRONGđược cung cấp cho cực dương của bộ ghép quang. Trong trường hợp này, bạn cần phải gửi logic 1 mỗi pinTRONG, để kích hoạt rơle.

Công suất tải mà các mô-đun có thể bật/tắt bị giới hạn bởi các rơ-le được lắp đặt trên bo mạch.

Trong trường hợp này, rơle điện cơ được sử dụng Bài hát SRD-05VDC-SL-C, có các đặc điểm sau:

Điện áp hoạt động: 5V
Dòng điện hoạt động của cuộn dây: 71 mA
Dòng chuyển mạch tối đa: 10A
Điện áp DC chuyển mạch tối đa: 28V
Điện áp xoay chiều tối đa: 250V
Nhiệt độ hoạt động: từ -25 đến +70°C

Rơle Songle SRD-05VDC-SL-C có 5 tiếp điểm. 1 Và 2 nguồn điện rơle. Nhóm liên hệ 3 Và 4 là các tiếp điểm thường mở ( KHÔNG), nhóm liên hệ 3 Và 5 - thường đóng ( NC).

Rơle tương tự có các điện áp khác nhau: 3, 5, 6, 9, 12, 24, 48 V. Trong trường hợp này, phiên bản 5 volt được sử dụng, cho phép mô-đun rơle được cấp nguồn trực tiếp từ Arduino.

Có một cái nhảy trên bảng ( JDVcc), để cấp nguồn cho rơle từ Arduino hoặc từ nguồn điện riêng.

pinami Trong 1,Trong 2,Trong 3,In4 Mô-đun này được kết nối với các chân kỹ thuật số Arduino.

Kết nối rơle của mô-đun HL-54S V1.0 với Arduino.

Vì chúng tôi có một mô-đun với rơle 5 volt nên chúng tôi sẽ kết nối nó theo sơ đồ này, lấy nguồn từ chính Arduino. Trong ví dụ, tôi sẽ kết nối một rơle; tôi sẽ sử dụng bóng đèn 220 V làm tải.

Để cấp nguồn cho rơle mô-đun từ Arduino, jumper phải đoản mạch " vcc" Và " JDVcc", nó thường được cài đặt ở đó theo mặc định.

Nếu rơle của bạn không phải là 5 volt, bạn không thể cấp nguồn cho mô-đun từ Arduino; nguồn điện phải được lấy từ một nguồn riêng.

Sơ đồ bên dưới minh họa cách kết nối nguồn với mô-đun từ một nguồn riêng. Sử dụng mạch này, bạn cần kết nối một rơle được thiết kế để cấp nguồn lớn hơn hoặc nhỏ hơn 5 V. Đối với rơle 5 volt, mạch này cũng sẽ thích hợp hơn.

Với kết nối này, bạn cần tháo jumper giữa các chân " vcc" Và " JDVcc" Ghim tiếp theo " JDVcc" kết nối với " + » nguồn điện bên ngoài, pin « GND" kết nối với " - " Nguồn cấp. Ghim " GND", trong sơ đồ trước được kết nối với " GND"Arduino không được kết nối trong mạch này. Trong ví dụ của tôi, nguồn điện bên ngoài là 5 V, nếu rơle của bạn được thiết kế cho điện áp khác (3, 12, 24 V), hãy chọn nguồn điện bên ngoài phù hợp.

Phác thảo để điều khiển mô-đun rơle thông qua Arduino.

Hãy tải một bản phác thảo lên Arduino để bật và tắt bóng đèn (đèn nhấp nháy).

Trong dòng int tiếp sứcPin = 7; cho biết số lượng chân kỹ thuật số Arduino mà chân đó được kết nối Trong 1 rơle mô-đun. Bạn có thể kết nối với bất kỳ chân kỹ thuật số nào và chỉ ra nó trong dòng này.

Trong dòng độ trễ (5000); Bạn có thể thay đổi giá trị thời gian mà đèn sẽ sáng và lúc đó đèn sẽ tắt.

Trong dòng digitalWrite(relayPin, THẤP);được chỉ định khi áp dụng số 0 logic ( THẤP), mô-đun rơle sẽ đóng các tiếp điểm và đèn sẽ sáng.

Trong dòng digitalWrite(relayPin, CAO);được chỉ định khi gửi một đơn vị logic ( CAO), mô-đun rơle sẽ mở các tiếp điểm và đèn sẽ tắt.

Như chúng ta thấy, trong dòng digitalWrite(relayPin, THẤP);để lại tham số THẤP. Nếu rơle đóng các tiếp điểm của nó và đèn sáng nghĩa là chân cắm Trong 1 bạn cần cung cấp số 0 logic, giống như của tôi. Nếu đèn không sáng, hãy tải lên bản phác thảo trong đó chúng tôi thay thế tham số THẤP TRÊN CAO.

Kết quả của bản phác thảo trên video.

Bây giờ chúng ta hãy thêm một nút khéo léo vào mạch và khi bạn nhấn nó, mô-đun rơle sẽ bật bóng đèn.

Chúng ta kết nối nút với nhau bằng điện trở kéo lên 10k, điều này sẽ không để nhiễu bên ngoài ảnh hưởng đến hoạt động của mạch.

Đang tải lên bản phác thảo

Trong dòng if(digitalRead(14)==CAO)đặt số lượng chân kỹ thuật số mà nút được kết nối. Bạn có thể kết nối với bất kỳ cái nào miễn phí. Trong ví dụ đây là chân analogA0, nó cũng có thể được sử dụng như một chân 14 kỹ thuật số.

Trong dòng độ trễ (300); giá trị được chỉ định bằng mili giây. Giá trị này cho biết khoảng thời gian sau khi nhấn hoặc nhả nút, các hành động phải được thực hiện. Đây là biện pháp bảo vệ chống lại sự nảy tiếp xúc.

Để biết thông tin! Tất cả đầu vào tương tựtừ A0 ( được đánh số là 14) đến A5 (19), có thể được sử dụng dưới dạng kỹ thuật số (điều khiển xung kỹ thuật số).

Tóm lại, kết quả của bản phác thảo được hiển thị trên video.

Các mô-đun rơle rẻ hơn có thể không chứa bộ ghép quang trong mạch của chúng, chẳng hạn như trong trường hợp của tôi với mô-đun một kênh.

Sơ đồ mô-đun rơle đơn kênh. Nhà sản xuất đã lưu vào bộ ghép quang, đó là lý do tại sao bo mạch Arduino mất khả năng cách ly điện. Để vận hành một bảng như vậy, trên chốt TRONG bạn cần cung cấp số 0 logic.

Kết nối rơle mô-đun với Arduino Due.

Arduino Due hoạt động ở mức điện áp 3,3 volt, đây là điện áp tối đa mà nó có thể có trên các đầu vào/đầu ra của nó. Nếu có điện áp cao hơn, bo mạch có thể bị cháy.

Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để kết nối mô-đun với rơle?

Tháo jumper JDVcc. Kết nối chốt " vcc» trên bảng chuyển tiếp mô-đun tới chân "3,3V»Arduino. Nếu rơle được thiết kế cho điện áp 5 volt, hãy kết nối chân " GND» bảng chuyển tiếp mô-đun, có pin « GND»Arduino Do. Ghim " JDVcc"kết nối với pin" 5V"trên bảng Arduino Do. Nếu rơle được thiết kế cho một điện áp khác thì chúng ta nối nguồn vào rơle như trong hình, trong ví dụ là 5 volt. Nếu bạn có mô-đun chuyển tiếp đa kênh, vui lòng kiểm tra xem « JDVcc"được kết nối với một phía của tất cả các rơle. Bộ ghép quang được kích hoạt bằng tín hiệu 3,3V, từ đó kích hoạt bóng bán dẫn được sử dụng để bật rơle.

Rơle trạng thái rắn được làm từ triac để chuyển tải mạnh mẽ thông qua Arduino

Chúng tôi đã xem xét sử dụng điện trở quang để điều khiển đèn LED. Tuy nhiên, thường cần phải điều khiển tải mạnh hơn, chẳng hạn như đèn sợi đốt, động cơ điện, nam châm điện, v.v. Đầu ra Arduino không thể cung cấp năng lượng cho tải mạnh và điện áp cao như vậy. Ví dụ, trong chế tạo robot, động cơ 12V, 24V, 36V, v.v. thường được sử dụng. Ngoài ra, dòng điện đầu ra của chân Arduino thường bị giới hạn ở mức 40 mA.

Một cách để kiểm soát tải mạnh là sử dụng bóng bán dẫn MOSFET.Điều này cho phép kết nối một tải khá mạnh với điện áp cung cấp từ 40-50 volt trở lên và dòng điện có cường độ vài ampe, chẳng hạn như động cơ điện, nam châm điện, đèn halogen, v.v.

Sơ đồ kết nối khá đơn giản, như bạn có thể thấy.

Nếu tải là cảm ứng (động cơ điện, van điện từ, v.v.) thì nên lắp một diode bảo vệ để bảo vệ mosfet khỏi điện áp tự cảm. Nếu bạn điều khiển động cơ điện sử dụng xung điện mà không có diode bảo vệ thì các vấn đề có thể phát sinh như mosfet nóng lên hoặc bay ra ngoài, động cơ quay chậm, mất điện, v.v. Vì vậy, hãy luôn lắp đặt một diode bảo vệ cho tải cảm ứng. Trong hầu hết các trường hợp, điốt bảo vệ tích hợp trong mosfet không bảo vệ khỏi bức xạ cảm ứng!

Nếu tải của bạn đang hoạt động - đèn LED, đèn halogen, bộ phận làm nóng, v.v., thì trong trường hợp này không cần đến diode.

Nên lắp thêm điện trở kéo xuống trong mạch cổng (điện trở kéo giữa cổng và nguồn). Cần đảm bảo rằng cổng mosfet duy trì mức thấp trong trường hợp không có tín hiệu mức cao từ Arduino. Điều này ngăn không cho bóng bán dẫn bật tự phát.

Khi chọn một mosfet để nó mở trực tiếp từ vi điều khiển và không cần đặt các bóng bán dẫn lưỡng cực và trình điều khiển phía trước nó, hãy chú ý đến tham số Ngưỡng cổng, khoảng từ 1 đến 4 Vôn. Thông thường các bóng bán dẫn như vậy được dán nhãn làMức logic.

Hãy lấy một bóng bán dẫn làm ví dụ: IRL3705N MOSFET công suất Hexfet kênh N.

Transistor này có khả năng chịu được dòng điện liên tục lên tới 89A (tự nhiên có tản nhiệt) và mở ở điện áp cổng 1V (thông số V GS(th)). Do đó, chúng ta có thể kết nối trực tiếp bóng bán dẫn này với các chân Arduino. Khi bóng bán dẫn mở hoàn toàn, điện trở Source-Drain chỉ là 0,01 Ohm (thông số R DS(bật)). Do đó, nếu bạn nối động cơ điện 12V, 10A vào nó thì điện áp rơi trên bóng bán dẫn sẽ chỉ là 0,1V và công suất tiêu tán sẽ là 1 Watt.

Nếu chúng ta sử dụng đầu raPWM của bộ điều khiển, chúng ta có thể điều khiển công suất (và do đó là tốc độ quay) của động cơ.

Các bài viết sau sẽ bao gồm các thiết bị cần kiểm soát tải bên ngoài. Khi nói tải bên ngoài, ý tôi là mọi thứ được gắn vào chân của bộ vi điều khiển - đèn LED, bóng đèn, rơle, động cơ, bộ truyền động... bạn hiểu rồi. Và cho dù chủ đề này có nhàm chán đến đâu, để tránh lặp lại ở những bài viết sau, tôi vẫn có nguy cơ không phải là người nguyên bản - bạn sẽ tha thứ cho tôi :). Tôi sẽ trình bày ngắn gọn, dưới dạng khuyến nghị, những cách phổ biến nhất để kết nối tải (nếu bạn muốn thêm thứ gì đó, tôi sẽ rất vui).
Hãy đồng ý ngay rằng chúng ta đang nói về tín hiệu số (vi điều khiển vẫn là một thiết bị kỹ thuật số) và chúng ta sẽ không đi chệch khỏi logic chung: 1 - bao gồm, 0 -tắt. Hãy bắt đầu nào.

Tải DC bao gồm: Đèn LED, đèn, rơle, động cơ DC, động cơ servo, các bộ truyền động khác nhau, v.v. Tải như vậy được kết nối đơn giản nhất (và thường xuyên nhất) với vi điều khiển.

1.1 Kết nối tải thông qua một điện trở.
Phương pháp đơn giản nhất và có lẽ thường được sử dụng nhất khi nói đến đèn LED.

Cần có một điện trở để hạn chế dòng điện chạy qua chân vi điều khiển ở mức cho phép 20mA. Nó được gọi là chấn lưu hoặc giảm xóc. Bạn có thể tính gần đúng giá trị điện trở bằng cách biết điện trở tải Rн.

Dập tắt =(5v/0.02A) – Rн = 250 – Rн

Như bạn có thể thấy, ngay cả trong trường hợp xấu nhất, khi điện trở tải bằng 0, 250 Ohms là đủ để đảm bảo dòng điện không vượt quá 20 mA. Điều này có nghĩa là nếu bạn không muốn đếm thứ gì đó ở đó, hãy đặt 300 Ohm và bạn sẽ bảo vệ cổng khỏi quá tải. Ưu điểm của phương pháp là rõ ràng - đơn giản.

1.2 Kết nối tải sử dụng tranzito lưỡng cực.
Nếu điều đó xảy ra khiến tải của bạn tiêu thụ hơn 20mA, thì tất nhiên, điện trở sẽ không giúp ích được gì ở đây. Bạn cần bằng cách nào đó tăng (đọc tăng cường) hiện tại. Dùng gì để khuếch đại tín hiệu? Phải. Bóng bán dẫn!

Sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng để tăng cường n-p-n bóng bán dẫn kết nối theo mạch OE. Với phương pháp này, bạn có thể kết nối một tải có điện áp cung cấp cao hơn nguồn điện tới bộ vi điều khiển. Điện trở trên đế bị hạn chế. Nó có thể thay đổi trong phạm vi rộng (1-10 kOhm), trong mọi trường hợp bóng bán dẫn sẽ hoạt động ở chế độ bão hòa. Transistor có thể là bất cứ thứ gì n-p-n bóng bán dẫn. Việc đạt được thực tế là không liên quan. Bóng bán dẫn được chọn dựa trên dòng điện cực thu (dòng điện chúng ta cần) và điện áp cực thu-cực phát (điện áp cấp nguồn cho tải). Sự tiêu tán năng lượng cũng có vấn đề - để không bị quá nóng.

Trong số những cái phổ biến và dễ tiếp cận, bạn có thể sử dụng BC546, BC547, BC548, BC549 với bất kỳ chữ cái nào (100mA), và thậm chí cả KT315 tương tự cũng sẽ làm được (những người còn dư từ kho cũ).
- Datasheet của Transistor lưỡng cực BC547

1.3 Kết nối tải sử dụng tranzito hiệu ứng trường.
Chà, điều gì sẽ xảy ra nếu dòng điện tải của chúng ta nằm trong khoảng 10 ampe? Sẽ không thể sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực vì dòng điện điều khiển của bóng bán dẫn như vậy lớn và rất có thể sẽ vượt quá 20 mA. Đầu ra có thể là một bóng bán dẫn tổng hợp (đọc bên dưới) hoặc một bóng bán dẫn hiệu ứng trường (còn gọi là MOS, hay còn gọi là MOSFET). Transistor hiệu ứng trường đơn giản là một thứ tuyệt vời, vì nó được điều khiển không phải bằng dòng điện mà bằng điện thế ở cổng. Điều này giúp dòng điện cực nhỏ có thể kiểm soát dòng tải lớn.

Bất kỳ bóng bán dẫn hiệu ứng trường kênh n nào cũng phù hợp với chúng tôi. Chúng tôi chọn, giống như lưỡng cực, theo dòng điện, điện áp và sự tiêu tán năng lượng.

Khi bật bóng bán dẫn hiệu ứng trường, bạn cần xem xét một số điểm:
- vì cổng trên thực tế là một tụ điện, nên khi bóng bán dẫn chuyển mạch, dòng điện lớn sẽ chạy qua nó (ngắn hạn). Để hạn chế dòng điện này, một điện trở giới hạn được đặt trong cổng.
- bóng bán dẫn được điều khiển bởi dòng điện thấp và nếu đầu ra của bộ vi điều khiển mà cổng được kết nối ở trạng thái Z có trở kháng cao, thì công tắc trường sẽ bắt đầu mở và đóng một cách không thể đoán trước, gây nhiễu. Để loại bỏ hiện tượng này, chân vi điều khiển phải được “ép” xuống đất bằng điện trở khoảng 10 kOhm.
Bóng bán dẫn hiệu ứng trường, dựa trên tất cả những phẩm chất tích cực của nó, có một nhược điểm. Chi phí để kiểm soát dòng điện thấp là sự chậm chạp của bóng bán dẫn. Tất nhiên, nó sẽ xử lý xung lực xung, nhưng nếu vượt quá tần số cho phép, nó sẽ phản hồi bạn bằng tình trạng quá nóng.

1.4 Kết nối tải sử dụng một bóng bán dẫn Darlington phức hợp.
Một giải pháp thay thế cho việc sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường cho tải dòng điện cao là sử dụng bóng bán dẫn Darlington tổng hợp. Bên ngoài, nó là bóng bán dẫn giống như bóng bán dẫn lưỡng cực, nhưng bên trong có một mạch tiền khuếch đại được sử dụng để điều khiển bóng bán dẫn đầu ra mạnh mẽ. Điều này cho phép dòng điện thấp truyền tải mạnh mẽ. Việc sử dụng bóng bán dẫn Darlington không thú vị bằng việc sử dụng tổ hợp các bóng bán dẫn như vậy. Có một vi mạch tuyệt vời như ULN2003. Nó chứa tới 7 bóng bán dẫn Darlington, mỗi bóng bán dẫn có thể được nạp dòng điện lên tới 500 mA và chúng có thể được kết nối song song để tăng dòng điện.

Vi mạch rất dễ dàng kết nối với vi điều khiển (chỉ cần ghim vào pin), có hệ thống dây điện thuận tiện (đầu vào đối diện với đầu ra) và không cần nối thêm dây. Nhờ thiết kế thành công này, ULN2003 được sử dụng rộng rãi trong thực hành vô tuyến nghiệp dư. Theo đó, sẽ không khó để có được nó.
- Bảng dữ liệu lắp ráp Darlington ULN2003

Nếu bạn cần điều khiển các thiết bị AC (thường là 220v), thì mọi thứ phức tạp hơn, nhưng không nhiều.

2.1 Kết nối tải sử dụng rơle.
Kết nối đơn giản và có lẽ đáng tin cậy nhất là sử dụng rơle. Bản thân cuộn dây rơle là một tải có dòng điện cao nên bạn không thể kết nối trực tiếp nó với bộ vi điều khiển. Rơle có thể được kết nối thông qua bóng bán dẫn hiệu ứng trường hoặc lưỡng cực hoặc qua cùng một ULN2003, nếu cần một số kênh.

Ưu điểm của phương pháp này là dòng điện chuyển mạch cao (tùy thuộc vào rơle được chọn), cách ly điện. Nhược điểm: tốc độ/tần suất kích hoạt hạn chế và độ hao mòn cơ học của các bộ phận.
Sẽ không có ý nghĩa gì nếu đề xuất thứ gì đó để sử dụng - có nhiều rơle, hãy chọn theo thông số và giá cả yêu cầu.

2.2 Kết nối tải sử dụng triac (triac).
Nếu bạn cần điều khiển tải AC mạnh mẽ và đặc biệt nếu bạn cần điều khiển nguồn điện cung cấp cho tải (bộ điều chỉnh độ sáng), thì bạn không thể làm gì nếu không sử dụng triac (hoặc triac). Triac được mở bằng một xung dòng ngắn qua điện cực điều khiển (đối với cả nửa sóng điện áp âm và dương). Triac tự đóng khi không có điện áp trên nó (khi điện áp vượt qua số 0). Đây là nơi những khó khăn bắt đầu. Bộ vi điều khiển phải điều khiển thời điểm điện áp vượt qua 0 và tại một thời điểm được xác định chính xác, gửi một xung để mở triac - đây là mức chiếm dụng bộ điều khiển không đổi. Một khó khăn khác là thiếu sự cách ly điện trong triac. Bạn phải làm điều đó trên các phần tử riêng biệt, làm phức tạp mạch điện.

Mặc dù các triac hiện đại được điều khiển bằng dòng điện khá thấp và có thể được kết nối trực tiếp (thông qua một điện trở giới hạn) với vi điều khiển, nhưng vì lý do an toàn, chúng phải được bật thông qua các thiết bị tách quang. Hơn nữa, điều này không chỉ áp dụng cho các mạch điều khiển triac mà còn áp dụng cho các mạch điều khiển điểm 0.

Một cách khá mơ hồ để kết nối tải. Một mặt, nó đòi hỏi sự tham gia tích cực của bộ vi điều khiển và thiết kế mạch tương đối phức tạp. Mặt khác, nó cho phép bạn thao tác tải rất linh hoạt. Một nhược điểm khác của việc sử dụng triac là lượng nhiễu kỹ thuật số lớn được tạo ra trong quá trình hoạt động của chúng - cần có các mạch triệt tiêu.

Triac được sử dụng khá rộng rãi và trong một số lĩnh vực, chúng đơn giản là không thể thay thế được, vì vậy việc lấy chúng không phải là vấn đề. Triac loại BT138 thường được sử dụng trong đài phát thanh nghiệp dư.

Đôi khi sẽ có lúc người dùng muốn điều khiển một thiết bị mạnh mẽ bằng . Chúng ta đều biết rằng Arduino có thể xuất ra 20mA trên mỗi đầu ra của nó (tối đa 40mA). Được rồi, nhưng phải làm gì khi chúng ta muốn điều khiển, ví dụ như động cơ DC.

Trong trường hợp này, chúng ta có thể sử dụng, chẳng hạn như bóng bán dẫn lưỡng cực, nếu dòng điện không quá lớn, cầu L293D hoặc bóng bán dẫn MOSFET.

MOSFET là gì?

Trong dự án của chúng tôi, chúng tôi sẽ sử dụng bóng bán dẫn MOSFET STP16NF06L, có kênh loại N.

MOSFET là một bóng bán dẫn hiệu ứng trường có 3 chân: nguồn (S), cổng (G) và cống (D). Dòng điện chạy giữa nguồn và cống, thông qua cái gọi là kênh. Lượng dòng điện chạy phụ thuộc vào điện áp điều khiển đặt vào cổng - nguồn.

Các bóng bán dẫn MOSFET nhanh hơn các bóng bán dẫn lưỡng cực, vì các quá trình xảy ra trong chúng hoàn toàn là tĩnh điện. Yếu tố chính ảnh hưởng đến thời gian chuyển mạch là sự hiện diện của điện dung cổng.

Kết nối MOSFET với Arduino

Cổng (G) của bóng bán dẫn MOSFET phải được kết nối với Arduino. Nói chung, chúng ta có thể nói rằng nguồn (S) phải được kết nối với cực âm của mạch điện của chúng ta và cực xả (D) phải được kết nối với cực âm của vật thể mà chúng ta sắp điều khiển (ví dụ: một bóng đèn , một động cơ). Ngoài ra, cần kết nối một điện trở giữa cổng (G) và nguồn (S). Điều này sẽ giúp chúng ta tin tưởng rằng cổng sẽ ở mức thấp khi không có tín hiệu điều khiển từ Arduino.

Hơn nữa, trong trường hợp cáp bị hỏng, chúng tôi sẽ tin tưởng rằng sẽ không có trạng thái không xác định nào ở cổng có thể khiến đối tượng được điều khiển bật và tắt.

Trong trường hợp của chúng tôi, chúng tôi sẽ sử dụng động cơ DC để điều khiển. Mạch của chúng tôi được thiết kế để tăng và giảm tốc độ động cơ.

Chúng tôi kết nối mọi thứ như hình dưới đây. Ngoài ra, bạn có thể kết nối nguồn điện bên ngoài, không quên nối đất của nguồn điện và Arduino để kết nối với nhau.

Transistor là một thành phần phổ biến và quan trọng trong vi điện tử hiện đại. Mục đích của nó rất đơn giản: nó cho phép bạn điều khiển một thiết bị mạnh hơn nhiều bằng tín hiệu yếu.

Đặc biệt, nó có thể được sử dụng như một "bộ giảm chấn" được điều khiển: do không có tín hiệu ở "cổng", chặn dòng điện và bằng cách cung cấp cho nó, hãy cho phép nó. Nói cách khác: đây là một nút được nhấn không phải bằng ngón tay mà bằng điện áp. Đây là ứng dụng phổ biến nhất trong điện tử kỹ thuật số.

Các bóng bán dẫn có sẵn trong các gói khác nhau: cùng một bóng bán dẫn có thể trông hoàn toàn khác nhau về hình thức. Trong tạo mẫu, các trường hợp phổ biến nhất là:

TO-92 - nhỏ gọn, dành cho tải nhẹ

TO-220AB - lớn, tản nhiệt tốt, cho tải nặng

Ký hiệu trên sơ đồ cũng khác nhau tùy thuộc vào loại bóng bán dẫn và tiêu chuẩn ký hiệu được sử dụng trong quá trình biên dịch. Nhưng bất chấp sự biến đổi như thế nào, biểu tượng của nó vẫn có thể nhận ra được.

Transistor lưỡng cực

Các bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực (BJT, Transistor tiếp giáp lưỡng cực) có ba tiếp điểm:

Bộ thu - điện áp cao được đặt vào nó mà bạn muốn điều khiển

Cơ sở - một lượng nhỏ được cung cấp thông qua nó hiện hànhđể mở khóa lớn; căn cứ được nối đất để chặn nó

Bộ phát - dòng điện chạy qua nó từ bộ thu và đế khi bóng bán dẫn “mở”

Đặc điểm chính của bóng bán dẫn lưỡng cực là chỉ báo hfe còn được gọi là đạt được. Nó phản ánh số lần dòng điện trong phần cực thu-cực phát mà bóng bán dẫn có thể truyền qua nhiều hơn bao nhiêu lần so với dòng điện cực phát.

Ví dụ, nếu hfe= 100 và 0,1 mA đi qua đế, khi đó bóng bán dẫn sẽ đi qua chính nó tối đa là 10 mA. Nếu trong trường hợp này có một thành phần ở phần dòng điện cao tiêu thụ, chẳng hạn như 8 mA, thì nó sẽ được cung cấp 8 mA và bóng bán dẫn sẽ có một "dự trữ". Nếu có một thành phần rút ra 20 mA, nó sẽ chỉ được cung cấp tối đa 10 mA.

Ngoài ra, tài liệu cho mỗi bóng bán dẫn cho biết điện áp và dòng điện tối đa cho phép tại các tiếp điểm. Vượt quá các giá trị này sẽ dẫn đến nóng quá mức và giảm tuổi thọ sử dụng, nếu vượt quá nhiều có thể dẫn đến phá hủy.

NPN và PNP

Transitor được mô tả ở trên được gọi là bóng bán dẫn NPN. Nó được gọi như vậy bởi vì nó bao gồm ba lớp silicon được kết nối theo thứ tự: Âm-Tích cực-Tiêu cực. Trong đó âm là hợp kim silicon có quá nhiều hạt mang điện tích âm (pha tạp n) và dương là hợp kim có quá nhiều hạt mang điện tích dương (pha tạp p).

NPN hiệu quả hơn và phổ biến hơn trong công nghiệp.

Khi chỉ định các bóng bán dẫn PNP, chúng khác nhau theo hướng mũi tên. Mũi tên luôn hướng từ P đến N. Transistor PNP có hành vi “đảo ngược”: dòng điện không bị chặn khi đế được nối đất và bị chặn khi dòng điện chạy qua nó.

Transistor hiệu ứng trường

Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET, Transitor hiệu ứng trường) có cùng mục đích nhưng khác nhau về cấu trúc bên trong. Một loại cụ thể của các thành phần này là các bóng bán dẫn MOSFET (Transitor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại). Chúng cho phép bạn hoạt động với công suất lớn hơn nhiều với cùng kích thước. Và việc điều khiển “van điều tiết” được thực hiện độc quyền sử dụng điện áp: không có dòng điện chạy qua cổng, không giống như bóng bán dẫn lưỡng cực.

Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có ba tiếp điểm:

Xả - điện áp cao được đặt vào nó mà bạn muốn điều khiển

Cổng - điện áp được đặt vào nó để cho phép dòng điện chạy qua; cổng được nối đất để chặn dòng điện.

Nguồn - dòng điện chạy qua nó từ cống khi bóng bán dẫn “mở”

Kênh N và Kênh P

Tương tự với các bóng bán dẫn lưỡng cực, các bóng bán dẫn trường khác nhau về cực tính. Transistor kênh N đã được mô tả ở trên. Chúng là phổ biến nhất.

Kênh P khi được chỉ định sẽ khác nhau theo hướng mũi tên và một lần nữa, có hành vi "đảo ngược".

Kết nối bóng bán dẫn để điều khiển các linh kiện công suất cao

Nhiệm vụ điển hình của bộ vi điều khiển là bật và tắt một thành phần mạch cụ thể. Bản thân bộ vi điều khiển thường có đặc tính xử lý công suất khiêm tốn. Vì vậy, Arduino, với đầu ra 5 V trên mỗi chân, có thể chịu được dòng điện 40 mA. Động cơ mạnh mẽ hoặc đèn LED siêu sáng có thể tạo ra hàng trăm milliamp. Khi kết nối trực tiếp các tải như vậy, chip có thể nhanh chóng bị lỗi. Ngoài ra, để một số thành phần hoạt động, cần có điện áp lớn hơn 5 V và Arduino không thể tạo ra điện áp lớn hơn 5 V từ chân đầu ra kỹ thuật số.

Nhưng nó đủ dễ dàng để điều khiển một bóng bán dẫn, từ đó sẽ điều khiển một dòng điện lớn. Giả sử chúng ta cần kết nối một dải đèn LED dài cần 12 V và tiêu thụ 100 mA:

Bây giờ, khi đầu ra được đặt ở mức logic (cao), 5 V đi vào đế sẽ mở bóng bán dẫn và dòng điện sẽ chạy qua băng - nó sẽ phát sáng. Khi đầu ra được đặt ở mức logic 0 (thấp), đế sẽ được nối đất thông qua bộ vi điều khiển và dòng điện sẽ bị chặn.

Chú ý đến điện trở giới hạn dòng điện R. Điều cần thiết là khi đặt điện áp điều khiển, đoản mạch không hình thành dọc theo tuyến đường của vi điều khiển - bóng bán dẫn - nối đất. Điều chính là không vượt quá dòng điện cho phép qua tiếp điểm Arduino là 40 mA, vì vậy bạn cần sử dụng điện trở có giá trị ít nhất là:

Đây Ud- đây là sự sụt giảm điện áp trên chính bóng bán dẫn. Nó phụ thuộc vào vật liệu mà nó được tạo ra và thường là 0,3 – 0,6 V.

Nhưng tuyệt đối không cần thiết phải giữ dòng điện ở mức giới hạn cho phép. Điều cần thiết duy nhất là mức tăng của bóng bán dẫn cho phép bạn kiểm soát dòng điện cần thiết. Trong trường hợp của chúng tôi là 100 mA. Chấp nhận được cho bóng bán dẫn được sử dụng hfe= 100 thì dòng điện điều khiển 1 mA là đủ cho chúng ta

Một điện trở có giá trị từ 118 Ohm đến 4,7 kOhm là phù hợp với chúng ta. Để một bên hoạt động ổn định và bên kia tải nhẹ cho chip, 2,2 kOhm là một lựa chọn tốt.

Nếu bạn sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường thay vì bóng bán dẫn lưỡng cực, bạn có thể làm mà không cần điện trở:

Điều này là do cổng trong các bóng bán dẫn như vậy chỉ được điều khiển bằng điện áp: không có dòng điện trong phần vi điều khiển - cổng - nguồn. Và do đặc tính cao, mạch sử dụng MOSFET cho phép bạn điều khiển các bộ phận rất mạnh.