1.2 Подключение нагрузки при помощи биполярного транзистора.Если в Вашей электрической схеме требуется нагрузка более 20мА (или превышает ток порта), то резистор тут не поможет. Нужно как-то увеличить подачу тока в нужный участок схемы. Для усиления сигнала применяют транзистор.

- transistor-schema.gif (9.29 KiB) Viewed 4187 times
Подключение при помощи транзистораДля усиления удобно применять n-p-n транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Такая схема предназначена для усиления амплитуды входного сигнала по напряжению и по току. При этом входной сигнал, усиливаясь транзистором, инвертируется. Нагрузка в такой схеме подключается в цепь коллектора. Коллектор и его область p-n перехода внутри транзистора физически больше, чем область базы или эмиттера, поэтому ток и напряжение коллектора может быть большим и нагрузку включают в этот участок. Когда нагрузка включена в цепь коллектора, то следует помнить про фазовый сдвиг на 180 градусов выходного напряжения относительно входа на базе.

- transistor-npn.gif (33.6 KiB) Viewed 4224 times
Использование транзистора позволяет подключать нагрузку с большими токами и напряжением питания, чем питание микроконтроллера. Резистор на базе – ограничительный и может варьироваться в широких пределах (1-10 кОм), в любом случае транзистор будет работать в режиме насыщения (Vbe saturation). Для открытия транзистора обычно достаточно подать 1 вольт на базу. Ток, проходящий через базу, управляет большим током «коллектор-эмиттер» (в h21 раз). Величина h21 зависит от марки транзистора, от подключённой нагрузки и обычно имеет значение в диапазоне от 10 до 500.

- mcu-transistor1.png (11.81 KiB) Viewed 4186 times
Например, согласно даташиту,
в транзисторе BC546 для коммутации тока 100 mA в цепи коллектор-эмиттер необходимо подать на базу 0.9 В и ток базы 5 mA (base-emitter saturation voltage). Несложно рассчитать номинал резистора для базы. Для коммутации больших токов биполярные транзисторы малопригодны. Вместо них используют более дорогие – полевые транзисторы.
DC Current Gain (h21) = Ic / Ib, т.е. ток базы (Ib) = 100 / 20 = 5 mA.
Rb = 5 V / 5 mA = 1 kOhm
Если нагрузка невелика, то можно включать нагрузку в цепь эмиттера. Такая схема включения транзистора с общим коллектором предназначена для усиления амплитуды входного сигнала только по току. Усиления входного сигнала по няпряжению нет и входной сигнал транзистором не инвертируется. Поэтому такие схемы включения называют
эмиттерным повторителем.

- mcu-transistor2.png (11.15 KiB) Viewed 4186 times
Можно использовать любой n-p-n транзистор. Коэффициент усиления, практически не имеет существенного значения. Выбирается транзистор по току коллектора (нужный нам ток) и напряжению коллектор-эмиттер (напряжение, которым питается нагрузка). Из распространенных и доступных популярны BC546- BC550, КТ315 и даже монстры вроде MJE13007.
Редко можно встретить в электрических схемах p-n-p транзисторы. Тем не менее они успешно используются, например для зуммера. Основное отличие pnp-транзистора от его npn-собрата – противоположное направление тока. Для открытия pnp-транзистора напряжение на базе должно быть меньше, чем напряжение эмиттера. Эмиттер обычно подключен к питанию VCC, база через резистор 10кОм подключена к порту микроконтроллера, а коллектор через нагрузку идёт на землю (GND). Логический 0 в порту создаст низкий уровень напряжения на базе и ток в цепи «эмиттер-коллектор» пойдёт через нагрузку в GND. С помощью резистора от 1кОм до 100кОм можно управлять током нагрузки. Логическая 1 в порту обеспечит VCC на базе и pnp-транзистор будет закрыт. Однако, если напряжение порта в высоком состоянии меньше чем VCC – Vbe, то транзистор не закроется полностью.

- mcu-buzzer.png (7.74 KiB) Viewed 4186 times
Обязательно следует построить компьютерную модель схемы, изучить её работу и измерить токи и напряжения в разных частях электрической цепи. Такие программы как Proteus и
бесплатные online-конструкторы позволяют быстро и эффективно решать эти задачи.