Arduino範例講解(七)

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驅動更多LED或其他負載

到目前為止，我們使用了較少消耗電流的零件。如果要驅動超過20mA的電流，則Arduino輸出提供的電流將不足。我們需要某種電流放大器，那就是要加電晶體。
當您想要驅動電壓與Arduino不同的東西時，您還需要一個電晶體。

從基極到射極的電流很小，導致從集極到射極的電流更高。更多信息可以在Arduino程式控制入門指南-電晶體中找到。

測量電壓和電流

在開始建構電晶體電路之前，我們需要了解要使用負載的電壓和電流消耗。
將你的負載（電動機，風扇，LED，燈泡，加熱元件，螺線管…）連接到適當的電源，將萬用表設為DC伏(v)，並聯測量負載兩端或直接測量負載上的電壓。電壓與負載並聯測量。（見圖片）

現在從電源上斷開負載的負極線。然後將萬用表的紅色導線插入安培連接器，並將其設置為直流安培，然後將萬用表的黑線連接到電源的接地，將萬用表的紅線連接到負載的負極。電流始終與負載串聯測量。（見圖片）

注意：切記將紅色導線重新插入萬用表的電壓連接器，如果嘗試使用電流輸入來測量電壓，則基本上會造成短路，並燒毀萬用表的保險絲，甚至完全損壞它。使用電流連接器時，某些高端萬用表將發出蜂鳴聲並顯示警告。

計算電晶體的基極電阻（線性電流增益）

電晶體具有一定的電流增益，通常約為100。直流電流增益的符號為希臘字母bèta（β）或H _FE。
I _{集極-射極} = I _{基極-射極} ·H _FE。
在數據表中找到特定電晶體的β值。有一個稱為”DC current gain”(直流電流增益)的圖。（參見圖片）

在水平軸上，您可以找到集極電流，這是負載的電流消耗。請注意，大多數情況下，使用log值刻度。
記下與你的負載電流相對應的β值。

我們需要知道基極-射極電流，因此將集極電流除以電流增益β。

I _{基極-射極} = I _{集極-射極} / H _FE

在得到Arduino的電源電壓時必需減掉0.7v。這是因為電晶體的基極-射極矽結的電壓降為700mV。（您不必知道為什麼會這樣，只需知道那裡存在壓降即可。）
接著使用歐姆定律來計算基極電阻的電阻值。
R _base =（V _Arduino -0.7v）/ I _{基極-射極}

注意：如果基本電流大於20mA（超過Arduino可以提供的電流），則必須使用具有更高β值的電晶體或Darlington電晶體。

例如，我想用BD139 NPN晶體管和5v Arduino驅動200mA，12v的馬達：

正如可以在上圖表看到，在200mA時電流增益約為97.
I_{基極-射極} = 0.2A / 97 = 0.00206A≈2.1毫安

R _基極 =（5v-0.7v）/ 2.1mA = 4.3v / 0.0021A≈2048Ω

計算電晶體的基極電阻（飽和度）

在大多數情況下，你不希望使用上面的公式，因為這僅是在電晶體的線性區域。而之所以稱為線性是因為基極電流和集極電流之間的關係是線性的（如果基極電流上升，則集極電流也跟著上升），這也稱為主動區。

但是，有一段期間基極電流的增加將不再導致集電極電流的進一步增加：代表電晶體處於飽和狀態或處於其飽和區域。這意思是最大量的電流從集極流向射極，並且集極和射極之間的壓降最低。如果要使用電晶體作為開關，這就是我們想要的結果。（CE兩端的電壓越低，電晶體的功耗越低，這是一件好事。該電壓約為200mV，但實際上，其變化範圍取決於電晶體的型號、電流、溫度等。）

上面的方程不再成立，因此我們必須找另一個方程式：作為一般經驗法則，我們說使電晶體飽和所需的基極電流約為集極電流的5-10％：

I _B（sat） = I _C / 10

如果知道基極電流和電壓，馬上就可以使用歐姆定律來計算所需的基極電阻。例如：

例如，要驅動200mA的電動機，我們需要0.200A / 10 = 0.020A的基本電流。使用歐姆定律：

（5V-0.7V）/ 0.020A =215Ω→220Ω

我們得到的基極電阻為220Ω。

注意：當您使用電感特性負載時，例如螺線管、繼電器、馬達等，則必須使用續流二極體。這是為了防止由於螺線管引起的電壓尖峰損壞電晶體。（突然關閉時，線圈內部會產生自感。）（參見圖片）幾乎可以使用任何續流二極體，例如，我使用常規的1N4007。