Транзисторний ключ — найпростіший спосіб керувати реле, двигуном, LED-стрічкою чи нагрівачем від мікроконтролера. Калькулятор розраховує резистор бази для біполярного транзистора або перевіряє, чи відкриється MOSFET від вашого рівня керування, і показує схему підключення.
Транзисторний ключ: біполярний чи MOSFET
| Біполярний (NPN/PNP) | Польовий (MOSFET) | |
|---|---|---|
| Чим керується | Струмом бази IB | Напругою затвор–витік UGS |
| Рівень відкриття | UBE ≈ 0,6–0,9 В, але потрібен струм IB ≥ IC/β | Повністю — при UGS, для якої вказано RDS(on) (2,5; 4,5 або 10 В) |
| Струм керування | Постійний, міліампери | Лише імпульси перезаряду затвора |
| Втрати у відкритому стані | UCE(sat) × I (0,1–1 В) | I² × RDS(on) |
| Де краще | Малі струми до 0,5 А, дешеві схеми | Струми від сотень мА до десятків ампер, ШІМ |
Як підключити транзисторний ключ
NPN і N-MOSFET — нижній ключ
Навантаження вмикають між «+» живлення і колектором (стоком), емітер (витік) — на землю. Транзистор розриває «мінус» навантаження. Земля мікроконтролера і силової частини мають бути спільними. Для NPN між виходом МК і базою обов’язково ставлять резистор, який обмежує струм бази. Для MOSFET ставлять невеликий резистор затвора 22–220 Ом і резистор 10–100 кОм між затвором і витоком, щоб ключ не відкрився сам, поки МК перезавантажується.
PNP і P-MOSFET — верхній ключ
Емітер (витік) підключають до «+» живлення, навантаження — між колектором (стоком) і землею. Ключ відкривається, коли база (затвор) нижча за емітер (витік). Тому напряму від виводу МК ним можна керувати, лише якщо напруга навантаження дорівнює напрузі логіки. Для 12 або 24 В потрібен додатковий NPN чи N-MOSFET, який притягує базу (затвор) до землі, і резистор підтяжки до «+».
Рівень керування MOSFET
Поріг UGS(th) — це напруга, при якій транзистор лише починає відкриватися (струм близько 250 мкА). Для роботи ключем потрібна UGS, для якої в даташиті вказано RDS(on). Транзистори серії «logic level» (IRLZ44N, AO3400) нормовані при 4,5 В або 2,5 В і працюють від Arduino чи ESP32. Звичайні IRF540N, IRFZ44N потребують 10 В, від 3,3 В вони відкриються частково й перегріються. Максимальна UGS більшості MOSFET — ±20 В, тому для верхнього ключа на 24 В і вище затвор захищають стабілітроном.
Розрахунок резистора бази
IB = IC / β RB = (Uкерування − UBE(sat)) / IB
Транзисторний ключ має працювати в насиченні, тому беруть вимушене β = 10–20, а не hFE з даташиту. Опір округлюють до найближчого меншого номіналу ряду E24. Вихід мікроконтролера зазвичай віддає до 20 мА (у ESP32 і STM32 краще не більше 10–12 мА), тож для навантаження понад 0,3–0,5 А логічніше брати MOSFET.
Індуктивне навантаження
Реле, двигун чи соленоїд при вимкненні дають викид напруги, який пробиває транзистор. Паралельно навантаженню ставлять зворотний діод катодом до «+»: 1N4148 для малих реле, 1N4007 або діод Шотткі SS34 для двигунів.
Корисні джерела: Bipolar junction transistor (Wikipedia), MOSFET (Wikipedia), Transistor as a Switch — Electronics Tutorials.
Резистор для світлодіодаМаркування резисторів за кольоромКод SMD-резистораЗакон ОмаДільник напругиRC-фільтрLC-контурКалькулятор радіозв’язку з рельєфомCOM-порт термінал онлайнПрошивка ESP32 онлайнПрошивка Arduino онлайнДіагностика авто ELM327 онлайнГенератор різьби для 3D-друкуSiglent ЛабораторіяSparSIT для Altium Designer