Підключення біполярного транзистора. Простий приклад використання.
Транзистор можна представити як електронну кнопку керовану не натисканням пальця, а подачею слабкого струму з цифрового Піна мікроконтролера. У ролі кнопки транзистора виступає його центральна нога "База". Направивши слабкий струм на центральну ногу транзистора, ми відкриємо рух більш сильного струму, між правою і лівою ногою (колектор - емітер), які підключені до іншого більш сильному джерела живлення.
Розглянемо приклад підключення світлодіода через біполярний транзистор. Так, звичайно, ми можемо без проблем безпосередньо до будь-якого піну Ардуіно підключити світлодіод, так як сила струму, споживана одним світлодіодом 10-15мА. а максимальний вихідний струм через пін Ардуіно становить 40мА. Але якщо ми захочемо підключити одночасно 10-20 світлодіодів, то сили струму видається піном Ардуіно вистачати вже не буде. У цьому випадку ми можемо скористатися виходом 5V на платі Ардуіно, який дає струм до 800мА, а управляти цим сильним струмом ми будемо за допомогою слабкого струму Піна мікроконтролера, що подається на базу транзистора.
Приклад буде зроблений на основі біполярного p-n-p транзистора S8550. Різновиди транзисторів і їх характеристики ви можете вивчити окремо. Принцип роботи та призначення у них однакові, так що розібравшись з одним видом, не складе складності працювати з іншими.
Для початку в якості навантаження візьмемо всього один світлодіод і будемо просто уявляти, що він споживає багато струму і тому ми його маємо окремо з виходу 5V. Так буде менше проводів і більш зрозумілий сенс. Звернемо відразу увагу що лицьова сторона транзистора S8550 - це сторона зрізу з дрібними написами маркування транзистора, тобто на макетної платі ця сторона дивиться на нас.
Розберемо детальніше, що ми зробили.
Напруги з виходу 5V ми підводимо до анода (велика нога) світлодіода через резистор 220ом, щоб обмежити силу струму, яка набагато перевищує потрібну нам, для того щоб запалити світлодіод. Далі катод (коротка нога) світлодіода ми з'єднуємо з колектором (права нога) транзистора, а емітер (ліва нога) транзистора замикаємо з землею GND на платі Ардуіно. І так, ми побудували ланцюг з живленням від виходу 5V, з підключеним світлодіодом і транзистором. Для управління цим ланцюгом підводимо до центральної нозі (База) транзистора через резистор 1кОм, пін 7 плати Ардуіно. Резистор ми використовували, щоб обмежити струм, який буде надходити на базу транзистора, так як по суті "База" транзистора це у нас земля і підключення без резистора буде перегрівати як транзистор, так і пін нашого мікроконтролера і це може рано чи пізно вивести їх з ладу. Тому для управління транзистора використовуємо мінімально можливий струм, подаючи його через резистор. Резистори не обов'язково використовувати такі як на схемі, але приблизно варто дотримуватися зазначених показників опору.
Запишемо найпростіший скетч в Ардуіно, який змусить блимати світлодіод, відкриваючи й закриваючи транзистор.
Спочатку пін 7 плати Ардуіно посилає сигнал HIGH (посилає слабкий струм) на базу транзистора, тим самим дає команду замкнутися колектора з емітером в транзисторі і світлодіод включається від харчування 5V плати Ардуіно. Потім пауза в одну секунду і пін 7 посилає сигнал LOW на базу транзистора, іншими словами прибирає слабкий струм на базі транзистора, тим самим змушуючи разомкнуться колектор з емітером в транзисторі (розімкнувши мережу 5V від плати) і світлодіод гасне. Знову пауза в одну секунду. Всі ці дії знаходяться всередині функції void loop () і тому будуть повторюватися нескінченно по колу. Світлодіод повинен просто блимати.
Давайте закачаємо інший скетч, який покаже нам приклад можливості використання ШІМ сигналу через базу транзистора, тим самим змушуючи світлодіод горіти з різною яскравістю або просто плавно затухаючи і нарощуючи яскравість. Якщо ви ще не розумієте що таке ШІМ сигнал, почитайте додатково про це.
Даний скетч змусить світлодіод плавно затухати, після чого різко запалюватися і знову повільно затухати. В принципі ШІМ сигнал це не тема цієї статті, але цей приклад просто демонструє можливість його використання за допомогою транзистора.
Давайте тепер підключимо ще кілька світлодіодів. Адже основне завдання транзистора управляти великим навантаженням.
Ну і так далі, якщо дозволяє макетна плата, можете ще більше навішати світлодіодів.
Якщо нам буде мало 5V з виходу Ардуіно, ми зможемо передати харчування зовнішнього джерела в такий спосіб:
Все що ми тут зробили, так це прибрали червоний провід з виходу 5V Ардуіно і замість нього підключили червоний провід від батарейки крона, а землю батарейки з'єднали з землею Ардуіно. Все, тепер ми маємо нашу навантаження від батарейки крона, а управляємо цим харчуванням за допомогою поданих команд від мікроконтролера на базу транзистора.