Как я могу использовать транзистор (2n2222) в качестве переключателя с этим переключателем мгновенного действия 12 В? [закрыто]

Схема, учитывая то, что я прочитал выше, будет примерно такой.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Я добавил резистор последовательно со светодиодом, потому что светодиоды обычно не работают напрямую от источника.$12\:\text{V}$если у них нет чего-то встроенного (резистор и т. д.), чтобы помочь с ограничением тока. Это помогает мне не думать об этой проблеме, если она включена. Так что, возможно, я добавил это больше для себя, чем вы. Но это там.

Формула для выходного напряжения LM317:

где$V_\text{REF}=1.25\:\text{V}\pm 50\:\text{mV}$и$I_\text{ADJ}\approx 50\:\mu\text{A}$. Учитывая ваши значения резисторов на вашей электрической схеме, я вычисляю что-то близкое к$V_\text{OUT}\approx 3.13\:\text{V}$. Что, я полагаю, возможно для входа (+) устройства открывания гаражных ворот.

Как вы видете,$SW_1$связано с «высокой стороной» вещей. (Хорошо, поэтому я нарисовал это таким образом. Но это также соответствует соглашению, чтобы расположить вещи таким образом.) Итак, на первый взгляд, когда речь идет об использовании транзисторов, то, что вам нужно, называется «переключатель верхней стороны». Это важно для транзисторов, потому что они бывают двух полярностей, одна из которых хороша в качестве переключателя на стороне низкого напряжения, а другая полярность хороша в качестве переключателя на стороне высокого напряжения. Таким образом, полезно знать, какой тип переключения вы выполняете, чтобы вы могли быстро выбрать правильную полярность транзистора.

Вы предоставили много информации. Возможно, даже слишком много, потому что теперь мы видим «несколько разных способов» подхода к решению. Но все они, вероятно, сложнее, чем тот, который вы предложили. Так что я думаю, что лучше остаться с этим.

Добавление не так сложно, как вы можете видеть ниже. Главное, чтобы "кирпич" (черный ящик) нуждался в доступе к земле (или (-) стороне вещей) так же как и к некоммутируемому$12\:\text{V}$питающая рейка. Он также принимает сигнал от Arduino Nano, привязанный к земле, и активирует свой выход SW+ , который обходит ручной переключатель, когда Arduino Nano приказывает ему сделать это.

^{смоделируйте эту схему}

(Примечание. Заземление Arduino должно быть общим с отрицательной клеммой системы открывания гаражных ворот, поэтому убедитесь, что вы разделяете заземление [или отрицательную сторону] источника питания Arduino с отрицательной стороной системы гаражных ворот. Обычно мы этого не делаем. покажите это соединение на схеме, потому что «предполагается», что вы знаете, что оно должно быть там.Но если вы подключите только контакт ввода-вывода и НЕ подключите сторону заземления Arduino, тогда возникнут проблемы с выполнением этой работы. )

Давайте сосредоточимся на транзисторном переключателе (этот черный ящик выше).

Arduino Nano работает автономно$5\:\text{V}$источник питания (во всяком случае, после регулировки). Он отличается от источников питания, используемых в системе открывания гаражных ворот. Штырь ввода/вывода будет вытеснен либо$\approx 5\:\text{V}$когда "привет" или еще$\approx 0\:\text{V}$когда «LO» (эти значения относятся к (-) стороне источника питания Arduino Nano.)

Проблема сейчас в том, что никто из нас не знает, сколько тока требуется реле, LM317 и модулю открывания гаражных ворот. (Однако мы можем догадаться о светодиоде. Есть типичные значения, которые разумно предполагаются для него.) Но я убежден, что это слаботочная схема (на данный момент), поэтому я буду относиться к ней как таковой и использовать простая аранжировка.

Первая идея заключается в том, что вам нужно переключить$12\:\text{V}$на высокой стороне. Это предполагает транзистор PNP. Но чтобы выключить PNP, вы должны сделать базовое напряжение очень близким к напряжению эмиттера (близко к нулевой разнице вольт), а это означает, что база должна быть близка к$12\:\text{V}$. К сожалению, ваш Arduino Nano не может этого достичь. Даже не близко. Это означает, что нужен второй BJT и на этот раз NPN.

На данный момент существует два основных подхода. В обоих случаях PNP работает как переключающее устройство , что означает, что его коллектор находится близко к его эмиттеру, а это означает, что с большим током базы по сравнению с током коллектора. Тем не менее, есть два разных способа использования NPN - либо как еще одно переключающее устройство с аналогичными относительными соотношениями для тока базы и коллектора, либо как эмиттерный повторитель, который вместо этого работает как приемник тока. Преимущество этого последнего случая заключается в том, что требуемый ток на выводах ввода-вывода немного меньше, и это хорошо. Однако это не сработало бы, если бы вы переключились$5\:\text{V}$, например. К счастью, в этом случае вы переключаете более высокое напряжение. Так что это путь, который я собираюсь выбрать, ниже.

(Обратите внимание, что хотя я выбираю этот «лучший путь» [по моему мнению], это не означает, что вы часто будете видеть, как это делается именно так. Большинство людей просто попадают на проторенный путь использования обоих BJT в качестве переключателей. Это что-то вроде колеи, и людям иногда кажется, что с трудом удерживаются от такой колеи. Но мне нравится время от времени немного отталкиваться от проторенной дорожки. Вот почему я иду по этому пути. )

Посмотрим на новую схему:

^{смоделируйте эту схему}

Я принял ток коллектора для$Q_1$около$200\:\text{mA}$и низкий$\beta_\text{SAT}\approx 10$чтобы убедиться, что он имеет достаточный базовый ток (около$20\:\text{mA}$), который определяет ток коллектора для$Q_2$. Предполагая, что вывод вывода ввода / вывода составляет около$4.8\:\text{V}$и$V_\text{BE}$капля примерно$850\:\text{mV}$для$Q_2$, я работал$R_4=\frac{4.8\:\text{V}-850\:\text{mV}}{20\:\text{mA}}\approx 200\:\Omega$. Ближайшее значение$220\:\Omega$потом был выбран.

Ток вывода ввода-вывода будет примерно в 100 раз меньше, поэтому меньше, чем$200\:\mu\text{A}$, который легко обрабатывается любым выводом ввода-вывода, который я использовал десятилетиями. Так должно быть нормально.

Диссипация в любом БЮТ будет не более чем около$150\:\text{mW}$. Таким образом, BJT с малым сигналом для обоих, вероятно, выживут нормально. (Конечно, проверьте, не станет ли все слишком жарко, когда вы его построите. Здесь я делаю предположения.)

Кстати, я предложил два варианта. Тот, что помечен как «МИНИМУМ», предназначен для минималистов, которые просто хотят использовать наименьшее количество деталей и готовы пойти на небольшой риск, если они маленькие. В этом случае отсутствует резистор пути постоянного тока, который используется, чтобы помочь связать базу PNP вверх с его напряжением эмиттера ($12\:\text{V}$.) Без этого резистора возможно, хотя и маловероятно, что PNP не сможет полностью отключиться. Я не тестировал тысячи воплощений, чтобы выяснить, каковы шансы, но без резистора, вероятно, все будет нормально. Но его не так безопасно использовать, как тот, который помечен как «ЛУЧШЕ». Если вы не застряли на использовании абсолютного минимума деталей, я бы добавил$R_5$. Дешевый, не занимает много места и помогает справиться с ситуацией, которая иначе была бы оставлена ​​на волю случая.

Просто убедитесь, что вы «разделяете» заземление источника питания между вашим Arduino и схемой открывания гаражных ворот (свяжите их вместе). (Конечно, не связывайте положительные шины друг с другом!) Им просто нужна общая точка отсчета и заземление. (или минус) выполняет эту роль.

Вот об этом, действительно. Я приношу извинения за использование схем вместо электрических схем, которые могут быть проще для вас. Если вам серьезно нужна электрическая схема (вы не можете сделать такую ​​схему из принципиальной схемы), то я попытаюсь изготовить такую, которая сделает части проводки более понятными.

PS Схемы электрических соединений предназначены больше для строителей, которые не хотят понимать, как то, что они строят, на самом деле работает, а вместо этого просто хотят построить это и молиться, чтобы оно функционировало правильно и чтобы эта схема была точной. Схемы предназначены больше для тех, кто хочет следить и понимать, что происходит, и не так заинтересован в точных деталях подключения, как в функциональных блоках и в том, как они работают вместе. Две разные цели.

Другие подходы заключались бы в том, чтобы ваш Arduino Nano непосредственно выполнял функцию реле и контролировал проводимость между$SW_\text{A}$и$SW_\text{B}$вашего модуля. Если вы каким-то образом сделаете это непосредственно с транзисторами, вы можете исключить реле. (Обычно это выигрыш, а не потеря.) Однако при этом остается выключатель питания,$SW_1$, как вопрос (вы его все время оставляете включенным или что именно?) а что со светодиодом?

Вы можете отделить светодиод (избавиться от него, так как он зависит от$12\:\text{V}$) и замените эту часть, используя другой контакт ввода-вывода вашего Arduino Nano, например, для включения и выключения светодиода, работающего от его источника питания. Затем избавьтесь от реле и разработайте схему для прямого подключения$SW_\text{A}$и$SW_\text{B}$только после первого включения другого регулятора напряжения, который принимает вывод ENABLE (еще один вывод ввода-вывода от вашего Ardiuno Nano). Итак, с тремя выводами ввода-вывода от вашего Arduino Nano (один для светодиода, один для включения регулятор напряжения и один для подключения$SW_\text{A}$к$SW_\text{B}$, вы можете полностью избавиться от реле и использовать транзисторы для всего.

В таком случае вы должны убедиться, что светодиод не горит и соединение между$SW_\text{A}$и$SW_\text{B}$деактивирован, затем включите питание, подождите некоторое время, чтобы оно стабилизировалось, активируйте светодиод для индикации питания, затем активируйте соединение между$SW_\text{A}$и$SW_\text{B}$на любое время, которое вы считаете необходимым. Затем вы можете обратить этот процесс вспять, чтобы вернуться в состояние покоя.

Но именно поэтому я сказал, что будет проще просто использовать предложенный вами подход. Он предполагает, что все уже работает, просто отлично, и добавляет простой параллельный транзисторный переключатель вместо ручного нажатия кнопки. Все, что вам нужно сделать, это убедиться, что вы держите схему активной в течение нужного периода времени.

Это легко сделать с помощью транзисторов 3904 NPN и 3906 PNP, показанных на упрощенной схеме ниже. 10К на базе 3906 действует как подтягивающий резистор к 12В, удерживая базу на высоком уровне, а транзистор выключен. Чтобы включить 3906, активируйте 3904 (+5 В от Arduino), который заземлит базу 3906, включив его (3906), позволяя 12 В поступать на положительный вход кнопки. Чтобы выключить, заземлите основание 3904, что перекроет путь к земле, а основание 3906 снова поднимется вверх и выключится. Хорошей схемой было бы включение еще одного резистора между базой 3906 и коллектором 3904 (я оставлю это значение на усмотрение кого-то более опытного, чем я), но это поможет вам в работе. Отличный материал для чтения:https://www.nutsvolts.com/magazine/article/bipolar_transistor_cookbook_part_3

На всякий случай: база обоих транзисторов находится посередине, эмиттер у 3906 сверху, коллектор снизу, у 3904 наоборот.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Обновлены визуальные эффекты

А вот небольшой GIF-файл схемы выше, быстро брошенный на макетную плату только для доказательства функциональности. Загорание светодиода означает, что 12 В включается через транзистор 3906 PNP, при этом светодиод + на коллекторе 3906, а светодиод - на GND.