ट्रांसड्यूसर (BJT) और MOSFET को Arduino के साथ कैसे कनेक्ट करें

BJTs, और Arduino आउटपुट के साथ MOSFETs जैसे बिजली उपकरणों का इंटरफेस एक महत्वपूर्ण कॉन्फ़िगरेशन है जो एक Arduino के कम बिजली आउटपुट के माध्यम से उच्च बिजली लोड को स्विच करने की अनुमति देता है।

इस लेख में हम किसी भी माइक्रोकंट्रोलर या एक Arduino के साथ BJTs और mosfets जैसे ट्रांजिस्टर का उपयोग या कनेक्ट करने के सही तरीकों पर विस्तृत चर्चा करते हैं।

इस तरह के चरणों को भी कहा जाता है 'स्तरीय शिफ्टर' क्योंकि यह चरण प्रासंगिक आउटपुट पैरामीटर के लिए एक निम्न बिंदु से उच्च स्तर तक वोल्टेज स्तर बदलता है। उदाहरण के लिए, स्तर शिफ्ट को चयनित 12V लोड के लिए Arduino 5V आउटपुट से MOSFET 12V आउटपुट में लागू किया जा रहा है।

कोई फर्क नहीं पड़ता कि आपके Arduino ने कितना अच्छा प्रोग्राम किया या कोड किया, अगर यह सही ढंग से एक ट्रांजिस्टर या बाहरी हार्डवेयर के साथ एकीकृत नहीं है, तो सिस्टम के अक्षम संचालन या सिस्टम में शामिल घटकों को भी नुकसान हो सकता है।

इसलिए, बाहरी सक्रिय घटकों का उपयोग करने के सही तरीकों को समझना और सीखना बेहद महत्वपूर्ण हो जाता है, जैसे कि एक माइक्रोकंट्रोलर के साथ मस्जिद और BJTs, ताकि अंतिम परिणाम प्रभावी, सहज और कुशल हो।

इससे पहले कि हम Arduino के साथ ट्रांजिस्टर के इंटरफेसिंग तरीकों पर चर्चा करें, यह BJTs और मस्जिदों की बुनियादी विशेषताओं और काम करने के लिए उपयोगी होगा।

ट्रांजिस्टर के विद्युत लक्षण (द्विध्रुवी)

BJT द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर के लिए खड़ा है।

BJT का मूल कार्य बाहरी वोल्टेज ट्रिगर के जवाब में संलग्न भार को चालू करना है। इनपुट ट्रिगर की तुलना में लोड को वर्तमान में अधिक भारी माना जाता है।

इस प्रकार, BJT का मूल कार्य निम्न वर्तमान इनपुट ट्रिगर के जवाब में एक उच्च चालू लोड चालू करना है।

तकनीकी रूप से, यह भी कहा जाता है ट्रांजिस्टर का पूर्वाग्रह , जिसका अर्थ है कि किसी इच्छित कार्य के लिए एक ट्रांजिस्टर संचालित करने के लिए करंट और वोल्टेज का उपयोग करना, और यह बायसिंग सबसे इष्टतम तरीके से किया जाना है।

BJT में 3 लीड या 3 पिन होते हैं, जिसका नाम आधार, एमिटर, कलेक्टर है।

बेस पिन का उपयोग बाहरी इनपुट ट्रिगर को खिलाने के लिए, छोटे वोल्टेज और करंट के रूप में किया जाता है।

एमिटर पिन हमेशा जमीन या नकारात्मक आपूर्ति लाइन से जुड़ा होता है।

कलेक्टर पिन सकारात्मक आपूर्ति के माध्यम से लोड से जुड़ा हुआ है।

BJT को दो प्रकार की ध्रुवों, NPN और PNP के साथ पाया जा सकता है। मूल पिन विन्यास एनपीएन और पीएनपी दोनों के लिए समान है, जैसा कि ऊपर बताया गया है, डीसी आपूर्ति ध्रुवीयता को छोड़कर जो इसके ठीक विपरीत हो जाता है।

BJT के पिनआउट को समझा जा सकता है निम्नलिखित छवि के माध्यम से:

ऊपर की छवि में हम एक एनपीएन और एक पीएनपी ट्रांजिस्टर (BJTs) के बुनियादी पिनआउट कॉन्फ़िगरेशन को देख सकते हैं। एनपीएन के लिए एमिटर ग्राउंड लाइन बन जाता है, और नकारात्मक आपूर्ति से जुड़ा होता है।

आम तौर पर जब डीसी सर्किट में 'ग्राउंड' शब्द का उपयोग किया जाता है, तो हम इसे नकारात्मक आपूर्ति लाइन मानते हैं।
हालांकि, एक ट्रांजिस्टर के लिए एमिटर से जुड़ी ग्राउंड लाइन अपने बेस और कलेक्टर वोल्टेज के संदर्भ में है, और एमिटर 'ग्राउंड' का मतलब नकारात्मक आपूर्ति लाइन नहीं हो सकता है।

हां, NPN BJT के लिए जमीन नकारात्मक आपूर्ति लाइन हो सकती है, लेकिन एक के लिए पीएनपी ट्रांजिस्टर 'ग्राउंड' को हमेशा सकारात्मक आपूर्ति लाइन के रूप में संदर्भित किया जाता है, जैसा कि ऊपर की आकृति में दिखाया गया है।

दोनों BJT का स्विचिंग ऑन / ऑफ फंक्शन मूल रूप से एक ही है, लेकिन ध्रुवता बदल जाती है।

चूंकि BJT का उत्सर्जक करंट और बेस और कलेक्टर में प्रवेश करने के लिए 'निकास' मार्ग है, इसलिए इसे एक सप्लाई लाइन के लिए 'ग्राउंडेड' किया जाना चाहिए जो कि बेस / कलेक्टर इनपुट में प्रयुक्त वोल्टेज के विपरीत होना चाहिए। अन्यथा सर्किट पूरा नहीं होगा।

NPN BJT के लिए, आधार और कलेक्टर इनपुट एक सकारात्मक ट्रिगर या स्विचिंग वोल्टेज के साथ जुड़े हुए हैं, इसलिए एमिटर को नकारात्मक रेखा के लिए संदर्भित किया जाना चाहिए।

यह सुनिश्चित करता है कि आधार और कलेक्टर में प्रवेश करने वाले सकारात्मक वोल्टेज एमिटर के माध्यम से नकारात्मक रेखा तक पहुंचने और सर्किट को पूरा करने में सक्षम हैं।

PNP BJT के लिए, आधार और कलेक्टर एक नकारात्मक वोल्टेज इनपुट से जुड़े होते हैं, इसलिए स्वाभाविक रूप से PNP के उत्सर्जक को धनात्मक रेखा से संदर्भित किया जाना चाहिए, ताकि धनात्मक आपूर्ति उत्सर्जक के माध्यम से प्रवेश कर सके और आधार से अपनी यात्रा समाप्त कर सके। और कलेक्टर पिन।

ध्यान दें कि NPN के लिए धारा का प्रवाह emitter की ओर बेस / कलेक्टर से है, जबकि PNP के लिए, यह emitter से आधार / कलेक्टर की ओर है।

दोनों ही मामलों में, उद्देश्य BJT के आधार पर एक छोटे वोल्टेज इनपुट के माध्यम से कलेक्टर लोड को चालू करना है, केवल ध्रुवीयता में परिवर्तन होता है।

निम्नलिखित सिमुलेशन मूल ऑपरेशन को दर्शाता है:

ऊपर दिए गए सिमुलेशन में, जैसे ही बटन दबाया जाता है, बाहरी वोल्टेज इनपुट BJT के आधार में प्रवेश करता है और एमिटर के माध्यम से ग्राउंड लाइन तक पहुंचता है।

हालांकि ऐसा होता है कि BJT के अंदर कलेक्टर / एमिटर मार्ग खुल जाता है, और ऊपर से सकारात्मक आपूर्ति को बल्ब में प्रवेश करने की अनुमति देता है, और एमिटर के माध्यम से बल्ब (लोड) पर स्विच करके जमीन पर गुजरता है।

दोनों स्विचिंग पुश बटन के दबाने के जवाब में लगभग एक साथ होते हैं।

यहाँ एमिटर पिन दोनों इनपुट फीड (बेस और कलेक्टर) के लिए आम 'निकास' पिनआउट बन जाता है।

और एमिटर सप्लाई लाइन इनपुट सप्लाई ट्रिगर के लिए कॉमन ग्राउंड लाइन बन जाती है, और लोड भी।

जिसका अर्थ है कि, BJT एमिटर से जुड़ने वाली सप्लाई लाइन को बाहरी ट्रिगर स्रोत, और लोड की जमीन के साथ कड़ाई से जुड़ा होना चाहिए।

क्यों हम एक BJT के बेस पर एक रेसिस्टर का उपयोग करते हैं

BJT का आधार कम पावर इनपुट के साथ काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और यह पिन बड़े वर्तमान इनपुट में नहीं ले सकता है, और इसलिए हम एक अवरोधक को नियोजित करते हैं, बस यह सुनिश्चित करने के लिए कि किसी बड़े वर्तमान को आधार में प्रवेश करने की अनुमति नहीं है।

अवरोधक का मूल कार्य वर्तमान को लोड विनिर्देश के अनुसार एक सही निर्दिष्ट मान तक सीमित करना है।

कृपया ध्यान दें कि BJTs के लिए, इस रोकनेवाला को कलेक्टर साइड लोड करंट के अनुसार निर्धारित किया जाना चाहिए।

क्यों?

क्योंकि BJT वर्तमान निर्भर 'स्विच' हैं।

मतलब, कलेक्टर की ओर से लोड करंट स्पेक्स के अनुसार आधार करंट को बढ़ाया या घटाया या बढ़ाया जाना चाहिए।

लेकिन BJT के आधार पर स्विचिंग वोल्टेज 0.6V या 0.7V जितना कम हो सकता है। मतलब, BJT कलेक्टर लोड को BJT के बेस / एमिटर के पार वोल्टेज के साथ 1V से कम पर स्विच किया जा सकता है।
आधार अवरोधक की गणना के लिए मूल सूत्र यहां दिया गया है:

आर = (यूएस - ०.६) Hfe / लोड करंट,

ट्रांजिस्टर के आर = आधार अवरोधक, जहां

हमसे = आधार अवरोधक को स्रोत या ट्रिगर वोल्टेज,

Hfe = ट्रांजिस्टर का आगे का लाभ (BJT की डेटशीट से पाया जा सकता है)।

हालांकि सूत्र साफ-सुथरा दिखता है, लेकिन आधार अवरोधक को इतनी सटीकता से कॉन्फ़िगर करना हमेशा आवश्यक नहीं होता है।

यह केवल इसलिए है, क्योंकि BJT आधार विशिष्टताओं में व्यापक सहिष्णुता सीमा है, और आसानी से रोकनेवाला मूल्यों में व्यापक अंतर को सहन कर सकते हैं।

उदाहरण के लिए, एक रिले कनेक्ट करने के लिए 30mA कॉइल प्रतिरोध होने पर, सूत्र लगभग 12V आपूर्ति इनपुट पर BC547 के लिए 56K का एक प्रतिरोधक मान प्रदान कर सकता है .... लेकिन मैं आमतौर पर 10K का उपयोग करना पसंद करता हूं, और यह निर्दोष रूप से काम करता है।

हालांकि, अगर आप इष्टतम नियमों का पालन नहीं कर रहे हैं तो परिणाम के साथ कुछ अच्छा नहीं हो सकता है, है ना?

तकनीकी रूप से यह समझ में आता है, लेकिन गणनाओं के लिए खर्च किए गए प्रयासों की तुलना में फिर से हार बहुत कम है, इसे उपेक्षित किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए, 56K के बजाय 10K का उपयोग करने से ट्रांजिस्टर को थोड़ा अधिक बेस करंट के साथ काम करने के लिए मजबूर किया जा सकता है, जिससे यह थोड़ा अधिक गर्म हो सकता है, कुछ हद तक अधिक हो सकता है ... जो बिल्कुल भी मायने नहीं रखता है।

Arduino के साथ BJT को कैसे कनेक्ट करें

ठीक है, अब वास्तविक बिंदु पर आते हैं।

चूंकि हमने अब तक बड़े पैमाने पर सीखा है कि कैसे BJT को अपने 3 पिनआउट में पक्षपाती और कॉन्फ़िगर करने की आवश्यकता है, हम किसी भी माइक्रोकंट्रोलर जैसे Arduino के साथ इसके इंटरफेसिंग के बारे में विवरणों को जल्दी से समझ सकते हैं।

एक Arduino के साथ BJT को जोड़ने का मुख्य उद्देश्य आमतौर पर एक Arduino आउटपुट पिन में से एक क्रमादेशित आउटपुट के जवाब में, कलेक्टर की ओर एक लोड या कुछ पैरामीटर को चालू करना है।

यहाँ, BJT बेस पिन के लिए ट्रिगर इनपुट Arduino से आने वाला है। इसका मतलब है कि आधार अवरोधक के अंत में बस Arduino से संबंधित आउटपुट के साथ संलग्न होने की आवश्यकता होती है, और BJT के लोड या किसी भी बाहरी पैरामीटर के साथ कलेक्टर।

चूंकि BJT को प्रभावी स्विचिंग के लिए मुश्किल से 0.7V से 1V की आवश्यकता होती है, Arduino आउटपुट पिन से 5V BJT को चलाने और उचित भार के संचालन के लिए पूरी तरह से पर्याप्त हो जाता है।
एक उदाहरण कॉन्फ़िगरेशन निम्नलिखित छवि देख सकता है:

इस छवि में हम देख सकते हैं कि BJT ड्राइवर चरण के माध्यम से रिले के रूप में एक छोटे लोड को संचालित करने के लिए एक प्रोग्राम्ड Arduino का उपयोग कैसे किया जाता है। रिले कॉइल कलेक्टर लोड बन जाता है, जबकि चयनित Arduino आउटपुट पिन से संकेत BJT बेस के लिए इनपुट स्विचिंग सिग्नल की तरह कार्य करता है।

हालांकि, एक रिले एक ट्रांजिस्टर चालक के माध्यम से भारी भार के संचालन के लिए सबसे अच्छा विकल्प बन जाता है, जब मैकेनिकल स्विचिंग एक अवांछनीय कारक बन जाता है, BJT को अपग्रेड करना उच्च वर्तमान डीसी भार के संचालन के लिए एक बेहतर विकल्प बन जाता है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

उपरोक्त उदाहरण में एक डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर नेटवर्क को देखा जा सकता है, जो रिले के आधार पर संकेत किए गए उच्च वर्तमान 100 वाट भार को संभालने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है। यह न्यूनतम गड़बड़ी के साथ एलईडी के निर्बाध स्विचिंग की अनुमति देता है, सभी मापदंडों के लिए लंबे समय तक काम करना सुनिश्चित करता है।

अब आगे बढ़ते हैं, और देखते हैं कि कैसे Arfino के साथ mosfets को कॉन्फ़िगर किया जा सकता है

MOSFET के विद्युत लक्षण

एक Arduino के साथ एक मस्जिद का उपयोग करने का उद्देश्य आमतौर पर BJT के समान है जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है।

हालांकि, सामान्य रूप से MOSFETs डिज़ाइन किए गए हैं BJTs की तुलना में उच्च वर्तमान चश्मे को कुशलता से संभालने के लिए, इनका उपयोग ज्यादातर उच्च बिजली लोड को स्विच करने के लिए किया जाता है।

इससे पहले कि हम Arduino के साथ एक मस्जिद के इंटरफेस को समझें यह मूल जानना दिलचस्प होगा BJTs और मस्जिदों के बीच अंतर

हमारी पिछली चर्चा में, हमने समझा था BJT वर्तमान पर निर्भर उपकरण हैं , क्योंकि उनका आधार स्विचिंग करंट कलेक्टर लोड करंट पर निर्भर है। उच्च भार धाराएँ उच्च आधार धारा, और इसके विपरीत मांगेंगी।

मस्जिदों के लिए यह सही नहीं है, दूसरे शब्दों में, मस्जिद गेट जो BJT बेस के बराबर है, ON ​​को स्विच करने के लिए कम से कम करंट की आवश्यकता होती है, भले ही ड्रेन करंट (mosfet का ड्रेन पिन BJT के कलेक्टर पिन के बराबर हो)।

यह कहने के बाद, हालांकि वर्तमान में एक मस्जिद गेट को बदलने के लिए निर्णायक कारक नहीं है, वोल्टेज है

इसलिए mosfets को वोल्टेज पर निर्भर उपकरण माना जाता है

एक मस्जिद के लिए स्वस्थ पूर्वाग्रह बनाने के लिए आवश्यक न्यूनतम वोल्टेज 5 वी या 9 वी है, 12 वी एक मस्जिद को पूरी तरह से चालू करने के लिए सबसे इष्टतम रेंज है।

इसलिए हम यह मान सकते हैं कि एक मस्जिद को चालू करने के लिए, और उसके नाले के ऊपर एक लोड करने के लिए, एक इष्टतम परिणाम के लिए उसके द्वार पर 10V आपूर्ति का उपयोग किया जा सकता है।

Mosfets और BJTs के बराबर पिन

निम्नलिखित छवि मच्छरों और BJTs के पूरक पिंस को दर्शाती है।

बेस गेट-कलेक्टर से मेल खाती है, ड्रेन-एमिटर से मेल खाती है।

क्या एक मोसफेट गेट के लिए रेसिस्टर का उपयोग किया जाना चाहिए

हमारे पहले के ट्यूटोरियल से हम समझ गए थे कि BJT के आधार पर अवरोधक महत्वपूर्ण है, जिसके बिना BJT तुरंत क्षतिग्रस्त हो सकता है।

एक MOSFET के लिए यह इतना प्रासंगिक नहीं हो सकता है, क्योंकि MOSFET उनके द्वार पर वर्तमान अंतर से प्रभावित नहीं होते हैं, इसके बजाय एक उच्च वोल्टेज खतरनाक माना जा सकता है। आमतौर पर 20V से ऊपर की कोई चीज MOSFET गेट के लिए खराब हो सकती है, लेकिन करंट सारहीन हो सकता है।

इसके कारण, गेट पर एक रोकनेवाला प्रासंगिक नहीं है क्योंकि प्रतिरोधों का उपयोग वर्तमान को सीमित करने के लिए किया जाता है, और मस्जिद गेट वर्तमान के लिए निर्भर नहीं है।

कहा कि, MOSFETs हैं अचानक स्पाइक्स और संक्रमण के लिए बेहद कमजोर BJTs की तुलना में उनके द्वार पर।

इस कारण से MOSFETs के फाटकों पर कम मूल्य अवरोधक को प्राथमिकता दी जाती है, बस यह सुनिश्चित करने के लिए कि कोई अचानक वोल्टेज स्पाइक MOSFET गेट के माध्यम से जाने में सक्षम नहीं है और आंतरिक रूप से अलग हो जाता है।

आम तौर पर 10 और 50 ओम के बीच कोई भी अवरोधक अप्रत्याशित वोल्टेज स्पाइक्स से अपने गेट की सुरक्षा के लिए MOSFET फाटकों पर इस्तेमाल किया जा सकता है।

Arduino के साथ एक MOSFET इंटरफेरिंग

जैसा कि ऊपर के पैराग्राफ में बताया गया है, एक मस्जिद को ठीक से चालू करने के लिए लगभग 10V से 12V की आवश्यकता होगी, लेकिन चूंकि Arduinos 5V के साथ काम करता है, इसलिए इसका आउटपुट सीधे एक mosfet के साथ कॉन्फ़िगर नहीं किया जा सकता।

चूंकि एक Arduino 5V आपूर्ति के साथ चलता है, और इसके सभी आउटपुट तर्क उच्च आपूर्ति संकेत के रूप में 5V का उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। यद्यपि इस 5V में MOSFET को चालू करने की क्षमता हो सकती है, लेकिन इसके परिणामस्वरूप उपकरणों की निष्क्रिय स्विचिंग और हीटिंग की समस्या हो सकती है।

प्रभावी MOSFET स्विचिंग के लिए, और Arduino से 5V आउटपुट को 12V सिग्नल में बदलने के लिए, एक मध्यवर्ती बफर चरण कॉन्फ़िगर किया जा सकता है जैसा कि निम्नलिखित छवि में दिखाया गया है:

आकृति में, MOSFET को BJT बफर चरणों के एक जोड़े के साथ कॉन्फ़िगर किया जा सकता है जो MOSFET को बिजली की आपूर्ति से 12V का उपयोग करने और स्वयं को और लोड को प्रभावी ढंग से स्विच करने की अनुमति देता है।

दो BJT का उपयोग यहां किया गया है क्योंकि एक BJT हर सकारात्मक Arduino संकेतों के जवाब में MOSFET का विरोध करेगा।

मान लीजिए कि एक BJT का उपयोग किया जाता है, तो जबकि BJT एक सकारात्मक Arduino सिग्नल के साथ है, मस्जिद को बंद कर दिया जाएगा, क्योंकि इसके गेट को BJT कलेक्टर द्वारा ग्राउंड किया जाएगा, और Arduino के बंद होने पर लोड चालू हो जाएगा।

मूल रूप से, एक BJT मस्जिद गेट के लिए Arduino सिग्नल को उलट देगा, जिसके परिणामस्वरूप एक विपरीत स्विचिंग प्रतिक्रिया होगी।

इस स्थिति को ठीक करने के लिए, दो BJT का उपयोग किया जाता है, ताकि दूसरा BJT प्रतिक्रिया को वापस लौटाए और मस्जिद को केवल Arduino से हर सकारात्मक संकेतों के लिए ON स्विच करने की अनुमति दे।

अंतिम विचार

अब तक आपको BJTs और मस्जिदों को एक माइक्रोकंट्रोलर या एक Arduino के साथ जोड़ने की सही विधि को व्यापक रूप से समझना चाहिए।

आपने देखा होगा कि हमने ज्यादातर एनपीएन BJT और एन-चैनल मस्जिदों का उपयोग एकीकरण के लिए किया है, और पीएनपी और पी-चैनल उपकरणों का उपयोग करने से परहेज किया है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एनपीएन संस्करण आदर्श रूप से स्विच की तरह काम करते हैं और कॉन्फ़िगर करते समय समझने में आसान होते हैं।

यह सामान्य रूप से आगे की दिशा में कार चलाने की तरह है, बजाय पीछे देखने और रिवर्स गियर में इसे चलाने के। दोनों तरीकों से कार संचालित होती है और चलती है, लेकिन रिवर्स गियर में ड्राइविंग बहुत अक्षम है और इसका कोई मतलब नहीं है। यहां समान सादृश्य लागू होता है, और एनपीएन या एन-चैनल उपकरणों का उपयोग करना पीएनपी या पी-चैनल मस्जिदों की तुलना में बेहतर प्राथमिकता बन जाता है।

यदि आपको कोई संदेह है, या यदि आपको लगता है कि मैं यहां कुछ याद कर सकता हूं, तो कृपया आगे की चर्चा के लिए नीचे दिए गए टिप्पणी बॉक्स का उपयोग करें।