วิธีใช้ตัวต้านทานแบบ LED, ซีเนอร์และทรานซิสเตอร์

ในโพสต์นี้เราได้เรียนรู้วิธีใช้ตัวต้านทานในขณะที่ออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์โดยใช้ LED, ซีเนอร์ไดโอดหรือทรานซิสเตอร์ บทความนี้มีประโยชน์มากสำหรับมือสมัครเล่นมือใหม่ที่มักจะสับสนกับค่าตัวต้านทานที่จะใช้สำหรับส่วนประกอบเฉพาะและสำหรับแอพพลิเคชั่นที่ต้องการ

Resistor คืออะไร

ตัวต้านทานเป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์แบบพาสซีฟซึ่งอาจดูไม่น่าประทับใจในวงจรอิเล็กทรอนิกส์เมื่อเทียบกับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานอยู่และขั้นสูงอื่น ๆ เช่น BJTs, mosfets, ICs, LEDs เป็นต้น

อย่างไรก็ตามตรงกันข้ามกับตัวต้านทานความรู้สึกนี้เป็นส่วนที่สำคัญที่สุดในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ใด ๆ และการจินตนาการถึง PCB ที่ไม่มีตัวต้านทานอาจดูแปลกและเป็นไปไม่ได้

โดยทั่วไปแล้วตัวต้านทานจะใช้สำหรับควบคุมแรงดันและกระแสในวงจรซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานส่วนประกอบที่ซับซ้อนและใช้งานได้หลากหลาย

ตัวอย่างเช่น BJT เช่น BC547 หรือที่ใกล้เคียงกันอาจต้องใช้ตัวต้านทานที่คำนวณได้อย่างเหมาะสมทั่วทั้งฐาน / ตัวปล่อยเพื่อให้ทำงานได้อย่างเหมาะสมและปลอดภัย

หากไม่ปฏิบัติตามนี้ทรานซิสเตอร์อาจระเบิดและได้รับความเสียหาย

ในทำนองเดียวกันเราได้เห็นว่าตัวต้านทานมีความสำคัญอย่างไรในวงจรที่เกี่ยวข้องกับ IC เช่น 555 หรือ 741 เป็นต้น

ในบทความนี้เราจะเรียนรู้วิธีการคำนวณและใช้ตัวต้านทานในวงจรในขณะที่ออกแบบการกำหนดค่าเฉพาะ

วิธีใช้ตัวต้านทานสำหรับการขับทรานซิสเตอร์ (BJT)

ทรานซิสเตอร์ต้องการตัวต้านทานข้ามฐานและตัวปล่อยและนี่คือหนึ่งในความสัมพันธ์ที่สำคัญที่สุดระหว่างส่วนประกอบทั้งสองนี้

ทรานซิสเตอร์ NPN (BJT) ต้องการกระแสจำนวนหนึ่งที่จะไหลจากฐานไปยังรางปล่อยหรือรางกราวด์เพื่อกระตุ้น (ส่งผ่าน) กระแสโหลดที่หนักกว่าจากตัวสะสมไปยังตัวปล่อย

ทรานซิสเตอร์ PNP (BJT) ต้องการกระแสไฟฟ้าจำนวนหนึ่งที่จะไหลจากตัวปล่อยหรือรางบวกไปยังฐานเพื่อกระตุ้น (ส่งผ่าน) กระแสโหลดที่หนักกว่าจากตัวปล่อยไปยังตัวเก็บรวบรวม

ในการควบคุมกระแสโหลดอย่างเหมาะสม BJT จำเป็นต้องมีตัวต้านทานพื้นฐานที่คำนวณได้อย่างเหมาะสม

คุณอาจต้องการดูบทความตัวอย่างที่เกี่ยวข้องสำหรับ การสร้างสเตจไดรเวอร์รีเลย์

สูตรการคำนวณตัวต้านทานพื้นฐานของ BJT สามารถดูได้ด้านล่าง:

R = (เรา - 0.6) .Hfe / กระแสโหลด,

โดยที่ R = ตัวต้านทานฐานของทรานซิสเตอร์
เรา = แหล่งที่มาหรือแรงดันทริกเกอร์ไปยังตัวต้านทานฐาน
Hfe = กำไรกระแสไปข้างหน้าของทรานซิสเตอร์

สูตรข้างต้นจะระบุค่าตัวต้านทานที่ถูกต้องสำหรับการทำงานของโหลดผ่าน BJT ในวงจร

แม้ว่าสูตรข้างต้นอาจดูสำคัญและจำเป็นสำหรับการออกแบบวงจรโดยใช้ BJT และตัวต้านทาน แต่ผลลัพธ์ก็ไม่จำเป็นต้องแม่นยำมากนัก

ตัวอย่างเช่นสมมติว่าเราต้องการขับรีเลย์ 12V โดยใช้ทรานซิสเตอร์ BC547 หากกระแสไฟฟ้าของรีเลย์อยู่ที่ประมาณ 30mA จากสูตรข้างต้นเราอาจคำนวณตัวต้านทานพื้นฐานเป็น:

R = (12 - 0.6) 200 / 0.040 = 57000 โอห์มเท่ากับ 57K

ค่าข้างต้นสามารถสันนิษฐานได้ว่าเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับทรานซิสเตอร์เพื่อให้ทรานซิสเตอร์ทำงานรีเลย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดและไม่ทำให้กระแสไฟเกินหรือสูญเปล่า

อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติคุณจะพบว่าในความเป็นจริงแล้วค่าใด ๆ ระหว่าง 10K ถึง 60k ทำงานได้ดีสำหรับการใช้งานเดียวกันข้อเสียเปรียบเพียงเล็กน้อยคือการกระจายทรานซิสเตอร์ซึ่งอาจมากกว่าเล็กน้อยอาจอยู่ที่ประมาณ 5 ถึง 10mA ซึ่งเล็กน้อยมากและไม่สำคัญที่ ทั้งหมด.

การสนทนาข้างต้นบ่งชี้ว่าแม้ว่าอาจแนะนำให้คำนวณค่าของทรานซิสเตอร์ แต่ก็ไม่จำเป็นทั้งหมดเนื่องจากค่าที่เหมาะสมใด ๆ อาจทำงานให้คุณได้ดีเท่ากัน

แต่ที่กล่าวมาสมมติว่าในตัวอย่างข้างต้นหากคุณเลือกตัวต้านทานพื้นฐานที่ต่ำกว่า 10K หรือสูงกว่า 60k แน่นอนว่ามันจะเริ่มก่อให้เกิดผลเสียต่อผลลัพธ์

ต่ำกว่า 10,000 ทรานซิสเตอร์จะเริ่มอุ่นขึ้นและกระจายไปอย่างมีนัยสำคัญ .. และสูงกว่า 60K คุณจะพบว่ารีเลย์ติดอ่างและไม่เปิดแน่น

ตัวต้านทานสำหรับการขับขี่ Mosfets

ในตัวอย่างข้างต้นเราสังเกตเห็นว่าทรานซิสเตอร์ขึ้นอยู่กับตัวต้านทานที่คำนวณอย่างเหมาะสมทั่วทั้งฐานเพื่อดำเนินการโหลดอย่างถูกต้อง

เนื่องจากฐานทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ขึ้นอยู่กับกระแสโดยที่กระแสฐานเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสโหลดตัวสะสม

หากกระแสโหลดมากขึ้นกระแสฐานก็จะต้องเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนด้วย

ตรงกันข้ามกับ mosfets นี้เป็นลูกค้าที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง สิ่งเหล่านี้เป็นอุปกรณ์ที่ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าซึ่งหมายความว่าประตูมอสเฟตไม่ได้ขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าแทนที่จะเป็นแรงดันไฟฟ้าในการกระตุ้นโหลดข้ามท่อระบายน้ำและแหล่งที่มา

ตราบใดที่แรงดันไฟฟ้าที่เกตสูงกว่าหรือประมาณ 9V มอสเฟตจะยิงโหลดอย่างเหมาะสมที่สุดโดยไม่คำนึงถึงกระแสเกตซึ่งอาจต่ำถึง 1mA

เนื่องจากคุณสมบัติข้างต้นตัวต้านทานประตูมอสเฟตจึงไม่ต้องการการคำนวณที่สำคัญใด ๆ

อย่างไรก็ตามตัวต้านทานที่มอสเฟตเกตต้องต่ำที่สุด แต่มากกว่าค่าศูนย์มากซึ่งอยู่ระหว่าง 10 ถึง 50 โอห์ม

แม้ว่า mosfet จะยังคงทริกเกอร์ได้อย่างถูกต้องแม้ว่าจะไม่มีการแนะนำตัวต้านทานที่เกตก็ตาม แต่ขอแนะนำให้ใช้ค่าต่ำอย่างเคร่งครัดสำหรับการตอบโต้หรือ จำกัด ช่วงเวลาชั่วคราวหรือเดือยข้ามเกต / แหล่งที่มาของ mosfet

ใช้ตัวต้านทานที่มีไฟ LED

เช่นเดียวกับ BJT การใช้ตัวต้านทานที่มี LED เป็นสิ่งสำคัญและสามารถทำได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

R = (แรงดันไฟฟ้า - แรงดันไฟ LED fwd) / กระแสไฟ LED

อีกครั้งผลลัพธ์ของสูตรเป็นเพียงเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดจากความสว่างของ LED เท่านั้น

ตัวอย่างเช่นสมมติว่าเรามี LED ที่มีสเปก 3.3V และ 20mA

เราต้องการส่องสว่าง LED นี้จากแหล่งจ่ายไฟ 12V

การใช้สูตรบอกเราว่า:

R = 12 - 3.3 / 0.02 = 435 โอห์ม

นั่นหมายความว่าจำเป็นต้องใช้ตัวต้านทาน 435 โอห์มเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดจาก LED

อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติคุณจะพบว่าค่าใด ๆ ระหว่าง 330 โอห์มและ 1K จะให้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจจาก LED ดังนั้นมันจึงเป็นเพียงประสบการณ์เล็กน้อยและความรู้เชิงปฏิบัติบางอย่างและคุณสามารถข้ามอุปสรรคเหล่านี้ได้อย่างง่ายดายแม้จะไม่มีการคำนวณ

การใช้ตัวต้านทานกับซีเนอร์ไดโอด

หลายครั้งที่เราพบว่าจำเป็นต้องรวมขั้นตอนของซีเนอร์ไดโอดในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ตัวอย่างเช่นในวงจร opamp ที่ใช้ opamp เหมือนตัวเปรียบเทียบและเราตั้งใจที่จะใช้ซีเนอร์ไดโอดเพื่อแก้ไขแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงกับหนึ่งในอินพุตของ opamp.

อาจสงสัยว่าตัวต้านทานซีเนอร์คำนวณได้อย่างไร ??

ไม่ใช่เรื่องยากเลยและเหมือนกับที่เราทำกับ LED ในการสนทนาก่อนหน้านี้

นั่นคือใช้สูตรต่อไปนี้:

R = (แรงดันไฟฟ้า - แรงดันซีเนอร์) / กระแสโหลด

ไม่จำเป็นต้องพูดถึงว่ากฎและพารามิเตอร์เหมือนกันกับที่ใช้กับ LED ข้างต้นจะไม่พบปัญหาร้ายแรงหากตัวต้านทานซีเนอร์ที่เลือกน้อยกว่าหรือสูงกว่าค่าที่คำนวณได้เล็กน้อย

วิธีใช้ตัวต้านทานใน Opamps

โดยทั่วไป IC ทั้งหมดได้รับการออกแบบให้มีข้อกำหนดความต้านทานอินพุตสูงและข้อกำหนดความต้านทานเอาต์พุตต่ำ

ความหมายอินพุตได้รับการปกป้องอย่างดีจากภายในและไม่ได้ขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าสำหรับพารามิเตอร์การทำงาน แต่ตรงกันข้ามเอาต์พุตของ IC ส่วนใหญ่จะเสี่ยงต่อกระแสและลัดวงจร

ดังนั้นการคำนวณตัวต้านทานสำหรับอินพุตของ IC อาจไม่สำคัญเลย แต่ในขณะที่กำหนดค่าเอาต์พุตด้วยโหลดตัวต้านทานอาจมีความสำคัญและอาจต้องคำนวณตามที่อธิบายไว้ในบทสนทนาข้างต้นของเรา

ใช้ตัวต้านทานเป็นเซ็นเซอร์ปัจจุบัน

ในตัวอย่างข้างต้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ LeDs และ BJTs เราได้เห็นว่าตัวต้านทานสามารถกำหนดค่าเป็นตัว จำกัด กระแสได้อย่างไร ตอนนี้เรามาเรียนรู้วิธีการใช้ตัวต้านทานเป็นเซ็นเซอร์ปัจจุบัน:

คุณยังสามารถเรียนรู้สิ่งเดียวกันในบทความตัวอย่างนี้ซึ่งอธิบายถึง วิธีสร้างโมดูลตรวจจับปัจจุบัน

ตามกฎของโอห์มเมื่อมีการส่งกระแสผ่านตัวต้านทานจำนวนความต่างศักย์ตามสัดส่วนจะพัฒนาข้ามตัวต้านทานนี้ซึ่งสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรกฎของโอห์มต่อไปนี้:

V = RxI โดยที่ V คือแรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาข้ามตัวต้านทาน R คือตัวต้านทานในโอห์มและ I คือกระแสที่ผ่านตัวต้านทานในแอมป์

ตัวอย่างเช่นกระแส 1 แอมป์ถูกส่งผ่านตัวต้านทาน 2 โอห์มการแก้ปัญหานี้ในสูตรด้านบนจะให้:

V = 2x1 = 2 โวลต์

หากกระแสไฟลดลงเหลือ 0.5 แอมป์แล้ว

V = 2x0.5 = 1 โวลต์

นิพจน์ข้างต้นแสดงให้เห็นว่าความต่างศักย์ของตัวต้านทานแตกต่างกันอย่างไรในเชิงเส้นและตามสัดส่วนตามกระแสที่ไหลผ่าน

คุณสมบัติของตัวต้านทานนี้ถูกนำไปใช้อย่างมีประสิทธิภาพในทุกวงจรที่เกี่ยวข้องกับการวัดกระแสหรือการป้องกันกระแส

คุณอาจเห็นตัวอย่างต่อไปนี้สำหรับการศึกษาคุณสมบัติข้างต้นของตัวต้านทานการออกแบบทั้งหมดนี้ได้ใช้ตัวต้านทานที่คำนวณได้เพื่อตรวจจับระดับกระแสที่ต้องการสำหรับการใช้งานเฉพาะ

วงจร จำกัด กระแสไฟ LED วัตต์สูงสากล - ค่าคงที่ ...

วงจรชาร์จแบตเตอรี่ 12 โวลต์ควบคุมกระแสไฟฟ้าราคาถูก ...

LM317 เป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบแปรผันและตัวแปร ...

วงจรขับเลเซอร์ไดโอด - ควบคุมกระแส | โฮมเมด ...

สร้างกระแสไฟฟลัดไลท์ LED ร้อยวัตต์คงที่ ...

การใช้ตัวต้านทานเป็นตัวแบ่งศักยภาพ

จนถึงตอนนี้เราได้เห็นว่าสามารถใช้ตัวต้านทานในวงจรเพื่อ จำกัด กระแสได้อย่างไรตอนนี้ให้เราตรวจสอบว่าตัวต้านทานสามารถต่อสายเพื่อรับระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการภายในวงจรได้อย่างไร

วงจรจำนวนมากต้องการระดับแรงดันไฟฟ้าที่แม่นยำในบางจุดซึ่งกลายเป็นข้อมูลอ้างอิงที่สำคัญสำหรับวงจรสำหรับการทำงานตามที่ตั้งใจไว้


สำหรับแอปพลิเคชันดังกล่าวตัวต้านทานที่คำนวณได้จะใช้เป็นอนุกรมเพื่อกำหนดระดับแรงดันไฟฟ้าที่แม่นยำหรือเรียกว่าความต่างศักย์ตามความต้องการของวงจร การอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการทำได้ที่จุดเชื่อมต่อของตัวต้านทานที่เลือกสองตัว (ดูรูปด้านบน)

ตัวต้านทานที่ใช้สำหรับกำหนดระดับแรงดันไฟฟ้าเฉพาะเรียกว่าเครือข่ายตัวแบ่งที่มีศักยภาพ

สูตรในการค้นหาตัวต้านทานและการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าสามารถดูได้ด้านล่างแม้ว่าจะทำได้โดยใช้ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าหรือหม้อและโดยการวัดแรงดันไฟฟ้านำศูนย์โดยใช้ DMM

Vout = V1.Z2 / (Z1 + Z2)
หากมีคำถามเพิ่มเติม โปรดจดความคิดของคุณผ่านความคิดเห็นของคุณ