Как подключить светодиод к плате arduino

Включенное состояние (1 квадрант)

Состояние прямой проводимости при приложении положительного напряжения V_DS и положительном направлении тока стока ID определяет две области характеристической кривой: активную и омическую.

Активная зона характеристики

При большом превышении напряжением «затвор–исток» порогового уровня V_GE(th), относительно высокая доля этого сигнала окажется приложенной к каналу вследствие токового насыщения (горизонтальный участок выходной характеристики). Ток стока I_D управляется напряжением V_GS. Параметром переходной кривой (рис. 11б) является прямая проводимость g_fs, определяемая как

g_fs = DI_D/DV_GS = I_D/(V_GS–V_GS(th)).

Прямая проводимость растет пропорционально I_D и V_DS и падает с увеличением температуры кристалла. В режиме коммутации модулей, содержащих несколько параллельных чипов, работа в активной области наблюдается только при включении и выключении. Стационарная работа в этой зоне недопустима, поскольку пороговое напряжение V_GS(th)снижается с ростом температуры, т. е. даже небольшая разница характеристик кристаллов может привести к «тепловому убеганию».

Омическая зона характеристики

Данная область (наклонные участки выходной характеристики) соответствует включенному состоянию, при котором величина тока I_D определяется только внешними цепями нагрузки. Поведение ключа при этом характеризуется сопротивлением открытого канала R_DS(on), определяемым по отношению приращений напряжения V_DS и тока стока I_D. Величина R_DS(on) зависит от сигнала управления V_GS и температуры кристалла. В диапазоне рабочих температур MOSFET сопротивление открытого канала почти удваивается при нагреве от +25 до +125 °С.

NPN mosfet подключение к arduino

Тут все без гемора. Вот пара вариантов подключения:

Если надо еще и плавно включать/выключать лампочку, либо не на всю мощность, а только на половину например, можно из ардуино пищать шимом, а между затвором и истоком включить еще конденсатор микрофарад на 300. Это нужно чтобы открыть мосфет на половину.. Однако это подойдет только для маломощной лампочки, потому как полуоткрытый мосфет имеет некислое внутреннее сопротивление и греется как утюг.

В эту схему подойдет к примеру мосфет  h6n03l. Но тут есть нюанс в выборе резюков. Тот, который между ардуино и gate – чем больше сопротивление, тем меньше ток на ноге ардуино и меньше вероятность что она задымится. И чем больше сопротивление тем медленнее открывается мосфет. Кароч 150 ом норм для ардуино (по закону ома I = E / R, I = 5 / 150 = 0.033 А  — это 33 миллиампера, норм). Зачем он вообще нужен? Дело в том, что затвор (gate) у полевика имеет определенную емкость и является в какой-то мере конденсатором. Так что в момент переключения через затвор проходят большие токи, которые может не выдержать ардуина. Для этого и нужен резистор между gate и пином.

А второй 10 кОм типа подтягивающий резистор – нужен чтобы держать мосфет закрытым и нагрузку выключенной пока порт ардуины в неопределенном состоянии например при загрузке (так называемое Z-состояние).

Но у этой схемы есть косяк – она медленновата. На переключение уйдет 600ns что подходит не для всех задач. Вот фронт и спад.

Но это нужно далеко не всегда и как правило достаточно первой схемы. И кстати есть вариант получше — про него в конце статьи.

Рулим 220 вольтами с помощью мосфета

Мосфетом не совсем удобно рулить 220 вольтами. Ну всяким извращенцам это нравится Вот пример схемы:

Эта схема диммера для лампочек, с помощью ШИМ можно менять яркость. Подробнее тут https://www.learningelectronics.net/circuits/dimmer-with-mosfet.html

А для нормального управления нагрузкой в 220 вольт вместо мосфетов можно использовать:

• симисторы типа bt131. Если нужна плавная регулировка света, то нужно делать что-то вроде этого:

  Вкратце из за того, что напряжение переменное, надо будет с помощью прерывания отлавливать момент когда лучше всего открыть симистор, и сделать из обычной фазы что-то вроде этого:

  Подробнее тут https://www.cyber-place.ru/showthread.php?t=525

• транзисторы дарлингтона
• КР1182ПМ1 (не особо надежно, по отзывам дохнут они)

Строение полевого транзистора

Давайте еще раз рассмотрим структуру полевого транзистора.

Имеем “кирпич” полупроводникового материала P-проводимости. Как вы помните, основными носителями в полупроводнике P-типа являются дырки, поэтому, их концентрация намного больше, чем электронов. Но электроны также есть и в P-полупроводнике. Как вы помните, электроны в P-полупроводнике – это неосновные носители и их концентрация очень мала, по сравнению с дырками. “Кирпич” P-полупроводника носит название Подложки. От подложки выходит вывод с таким же названием: подложка.

Другие слои – это материал N+ типа, диэлектрик, металл. Почему N+, а не просто N? Дело в том, что этот материал сильно легирован, то есть концентрация электронов в этом полупроводнике очень большая. От  полупроводников N+ типа, которые располагаются по краям, отходят два вывода: Исток и Сток.

Между Истоком и Стоком через диэлектрик располагается металлическая пластинка, от который идет вывод. Называется этот вывод Затвором. Между Затвором и другими выводами нет никакой электрической связи. Затвор вообще изолирован от всех выводов транзистора, поэтому МОП-транзистор также называют транзистором с изолированным затвором.

Мы видим, что полевой транзистор на схеме имеет 4 вывода (Исток, Сток, Затвор и Подложка), а реальный транзистор имеет только 3 вывода.

В чем прикол? Дело все в том, что Подложку обычно соединяют с Истоком. Иногда это уже делается в самом транзисторе еще на этапе разработки. В результате того, что Исток соединен с Подложкой, у нас образуется диод между Стоком и Истоком, который иногда даже не указывается в схемах, но всегда присутствует:

Поэтому, следует соблюдать цоколевку при подключении МОП-транзистора в схему.

Аудио MOSFET транзисторы класса D

Все корпуса

Что такое МОП-транзистор

Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor (Металлооксидные полевые транзисторы) сокращается как МОП-транзистор. Это униполярный транзистор, используемый в качестве электронного переключателя и для усиления электронных сигналов. Устройство имеет три терминала, состоящих из истока, затвора и стока. Помимо этих клемм имеется подложка, обычно называемая корпусом, которая всегда подключается к клемме источника для практических применений.

В последние годы его открытие привело к доминирующему использованию этих устройств в цифровых интегральных схемах из-за его структуры. Слой диоксида кремния (SiO2) действует как изолятор и обеспечивает электрическую изоляцию между затвором и активным каналом между истоком и стоком, что обеспечивает высокий входной импеданс, который почти бесконечен, таким образом захватывая весь входной сигнал.

Кратко о MOSFET

MOSFET — это управляемый переключатель с тремя контактами (затвор, сток и исток). Сигнал затвора (управления) подается между затвором и истоком, а контактами переключения являются сток и исток. Сам затвор выполнен из металла и отделен от истока оксидом металла в качестве диэлектрика. Это позволяет снизить энергопотребление и делает этот транзистор отличным выбором для использования в качестве электронного переключателя или усилителя в схеме с общим истоком. 

Существует много различных типов МОП-транзисторов, но наиболее сопоставимыми с IGBT являются мощные MOSFET. Они специально разработаны для работы со значительными уровнями мощности и используются чаще всего только во включенном или выключенном состояниях, что делает их наиболее используемым ключом для низковольтных схем. По сравнению с IGBT, мощные полевые МОП-транзисторы имеют преимущества — более высокую скорость коммутации и более высокую эффективность при работе при низких напряжениях. Более того, такая схема может выдерживать высокое напряжение блокировки и поддерживать высокий ток. Это связано с тем что большинство мощных МОП-структур являются вертикальными (а не плоскими). Номинальное напряжение является прямой функцией легирования и толщины эпитаксиального слоя с примесью N-типа, а ток зависит от ширины канала (чем шире канал, тем выше ток).

Базовая структура MOSFET транзистора

Конструкция MOSFET (что это, рассказано в статье подробно) очень отличается от полевых. Оба типа транзисторов используют электрическое поле, создаваемое напряжением на затворе. Чтобы изменить поток носителей заряда, электронов для п-канала или отверстия для р-канала, через полупроводящий канал сток-исток. Электрод затвора помещен на вершине очень тонким изолирующим слоем, и есть пара небольших областей п-типа только под сток и исток электродов.

При помощи изолированного устройства затвора для МОП-транзистора никаких ограничений не применяется. Поэтому можно соединять с затвором полевого МОП-транзистора источник сигнала в любой полярности (положительный или отрицательной). Стоит отметить, что чаще встречаются импортные транзисторы, нежели их отечественные аналоги.

Это делает MOSFET устройства особенно ценными в качестве электронных переключателей или логических приборов, потому что без воздействия извне они, как правило, не проводят ток. И причина этому высокое входное сопротивление затвора. Следовательно, очень маленький или несущественный контроль необходим для МОП-транзисторов. Ведь они представляют собой устройства, управляемые извне напряжением.

Тиристоры и симисторы

Тиристор
— это полупроводниковый прибор, который может находится в двух
состояниях:

• открытом — пропускает ток, но только в одном направлении,
• закрытом — не пропускает ток.

Так как тиристор пропускает ток только в одном направлении, для
включения и выключения нагрузки он подходит не очень хорошо. Половину
времени на каждый период переменного тока прибор простаивает. Тем не
менее, тиристор можно использовать в диммере. Там он может применяться
для управления мощностью, отсекая от волны питания кусочек требуемой
мощности.

Симистор — это, фактически двунаправленный тиристор. А значит он
позволяет пропускать не полуволны, а полную волну напряжения питания
нагрузки.

Открыть симистор (или тиристор) можно двумя способами:

• подать (хотя бы кратковременно) отпирающий ток на управляющий электрод;
• подать достаточно высокое напряжение на его «рабочие» электроды.

Второй способ нам не подходит, так как напряжение питания у нас будет
постоянной амплитуды.

После того, как симистор открылся, его можно закрыть поменяв
полярность или снизив ток через него то величины, меньшей чем так
называемый ток удержания. Но так как питание организовано переменным
током, это автоматически произойдёт по окончании полупериода.

При выборе симистора важно учесть величину тока удержания
(). Если взять мощный симистор с большим током удержания, ток
через нагрузку может оказаться слишком маленьким, и симистор просто не
откроется

P-канальные MOSFET транзисторы одноканальные

SOT-23

PQFN 2×2 мм, 3×3 мм

SO-8 и TSOP-6

PQFN 5×6мм

Как подключить транзистор к Ардуино

Для этого занятия нам потребуется:

• плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• макетная плата;
• 1 биполярный транзистор;
• 1 мотор постоянного тока;
• 2 резистора от 1 до 10 кОм;
• провода «папа-папа» и «папа-мама».

Подключить мотор постоянного тока напрямую к цифровым или аналоговым портам Arduino не получится. Это обусловлено тем, что пины на плате Ардуино не способны выдавать ток более 40 мА. При этом мотору постоянного тока, в зависимости от нагрузки, необходимо сотни миллиампер. Потому и возникает потребность управления электрической цепью высокого напряжения транзистором или Motor Shield L293D.

Схема подключения мотора постоянного тока к Ардуино

Соберите электрическую цепь, как на рисунке выше. Если присмотреться к сборке на макетной плате, то вы заметите, что транзистор играет роль кнопки. Если кнопка замыкает электрическую цепь при нажатии на толкатель, то транзистор начинает пропускать ток  при подаче напряжения на базу. Таким образом, мы можем сделать автоматическое или полуавтоматическое управление мотором на Ардуино.

Скетч. Управление мотором через транзистор

void setup() {
   pinMode(11, OUTPUT); // объявляем пин 13 как выход
}

void loop() {

   digitalWrite(11, HIGH); // зажигаем светодиод

   delay(2000); // ждем 2 секунды

   digitalWrite(11, LOW); // выключаем светодиод

   delay(2000); // ждем 2 секунды
}

Если вы заметили, то это скетч из занятия — Включение светодиода на Ардуино

С точки зрения микропроцессора абсолютно не важно, что подключено к Pin13 — светодиод, транзистор или драйвер светодиодов для Светового меча на Ардуино

Обратите внимание на то, что резистор R1 подтягивает базу транзистора к земле, а резистор R2 служит для защиты порта микроконтроллера от перегрузки

Скетч. Управление мотором от датчика

Скетч управления двигателем постоянного тока на Ардуино можно написать по-другому. Добавим в схему фоторезистор и сделаем автоматическое включение мотора при снижении уровня освещенности в комнате. Можно также использовать датчик уровня жидкости или любой другой датчик. В скетче мы используем операторы if и else для управлением (включением/выключением) мотора постоянного тока.

Управление двигателем постоянного тока на Arduino UNO

// Присваиваем имя для аналогового входа A0
#define sensor A0

// Присваиваем имя для значений аналогового входа A0
// unsigned int принимает только положительные числа
unsigned int value = 0;
 
void setup() {
   // Пин 11 с транзистором будет выходом (англ. «output»)
   pinMode(11, OUTPUT);
}
 
void loop() {
   // Считываем значение с фоторезистора на аналоговом входе A0
   value = analogRead(sensor);
  
     // Если значение value меньше 500, включаем транзистор 
   if (value<500) digitalWrite(9,HIGH);
  
     // В противном случае (если value>500), выключаем транзистор
   if (value>500) digitalWrite(9, LOW);
}

Пояснения к коду:

1. в первой строчке программы мы присвоили имя для аналогового входа A0 с помощью директивы #define Arduino;
2. тип данных указывает, что значение может принимать только положительное целое число, а начальное значение равно нулю;
3. условный оператор позволяет определить действие при истинном условии. Оператор позволяет определить действие, когда истинное условие ложно.

Подключение транзисторов для управления мощными компонентами

Типичной задачей микроконтроллера является включение и выключение определённого компонента схемы. Сам микроконтроллер обычно имеет скромные характеристики в отношении выдерживаемой мощности. Так Ардуино, при выдаваемых на контакт 5 В выдерживает ток в 40 мА. Мощные моторы или сверхъяркие светодиоды могут потреблять сотни миллиампер. При подключении таких нагрузок напрямую чип может быстро выйти из строя. Кроме того для работоспособности некоторых компонентов требуется напряжение большее, чем 5 В, а Ардуино с выходного контакта (digital output pin) больше 5 В не может выдать впринципе.

Зато, его с лёгкостью хватит для управления транзистором, который в свою очередь будет управлять большим током. Допустим, нам нужно подключить длинную светодиодную ленту, которая требует 12 В и при этом потребляет 100 мА:

Теперь при установке выхода в логическую единицу (high), поступающие на базу 5 В откроют транзистор и через ленту потечёт ток — она будет светиться. При установке выхода в логический ноль (low), база будет заземлена через микроконтроллер, а течение тока заблокированно.

Обратите внимание на токоограничивающий резистор R. Он необходим, чтобы при подаче управляющего напряжения не образовалось короткое замыкание по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля

Главное — не превысить допустимый ток через контакт Ардуино в 40 мА, поэтому нужно использовать резистор номиналом не менее:

здесь U_d — это падение напряжения на самом транзисторе. Оно зависит от материала из которого он изготовлен и обычно составляет 0.3 – 0.6 В.

Но совершенно не обязательно держать ток на пределе допустимого. Необходимо лишь, чтобы показатель gain транзистора позволил управлять необходимым током. В нашем случае — это 100 мА. Допустим для используемого транзистора h_fe = 100, тогда нам будет достаточно управляющего тока в 1 мА

Нам подойдёт резистор номиналом от 118 Ом до 4.7 кОм. Для устойчивой работы с одной стороны и небольшой нагрузки на чип с другой, 2.2 кОм — хороший выбор.

Если вместо биполярного транзистора использовать полевой, можно обойтись без резистора:

это связано с тем, что затвор в таких транзисторах управляется исключительно напряжением: ток на участке микроконтроллер — затвор — исток отсутствует. А благодаря своим высоким характеристикам схема с использованием MOSFET позволяет управлять очень мощными компонентами.

Источник

Подключение мотора к Arduino

Как уже было сказано выше, ардуино не может обеспечить мотор необходимым током и напряжением. В таких случаях используются транзисторы.

Транзистор это радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. Обычно у транзисторов 3 вывода: база, эмиттер и коллектор. Алгоритм действия можно сформулировать так: пропустить ток от коллектора к эмиттеру в зависимости от сигнала на базе. Транзисторы бывают разных типов и номиналов. Об этом можно подробнее почитать на википедии.

Будьте внимательны при выборе транзисторов для своих проектов. Некоторые рассчитаны на пропуск большого напряжения, или большого тока. Так же многие транзисторы не откроются от 5 вольт на базе. Всегда проверяйте характеристики транзисторов перед покупкой в datasheet

Так же обратите внимание, что для управления переменным током используются мосфет транзисторы

Теперь давайте подключим мотор к ардуино по следующей схеме:

Как всегда ничего сложного. Главное не перепутать выводы транзистора

Обратите внимание на резистор через который ардуино подключена к базе. Это резистор на 1 кОм и нужен он для того что бы обезопасить нашу ардуинку

В видео к схеме добавлены диод и конденсатор, но они не обязательны. Так же можно добавить резистор на 10 — 100 кОм между эмиттером и коллектором для стабильности работы нашей схемы. Так же не забудьте, что земля на всех уровнях напряжения должна быть объединена. И взглянем на наш код:

Как видите скетч очень прост. По комментариям в коде вы легко разберетесь, что к чему. Единственная конструкция, которую мы еще не использовали это цикл for.

Подключение сервопривода практически ни чем не отличается от подключения моторчика. Отличие в том что у сервы 3 вывода. Плюс, минус и логический. В видео подробно об этом рассказано.

Добавим в нашу схему инфракрасный дальномер. Просто потому, что мы можем Будем задавать положение сервопривода в зависимости от показаний дальномера. Мы уже подключали дальномер, поэтому схему рисовать не буду. Подключаем его к пину А0. Новый скетч стал еще проще:

5 комментариев

Добрый день! Что то не получается с транзистором. Взял кт815Г (что было). Эмитер соединил с землей (самая левая ножка). на землю посадил землю от бп (8V) и землю от ардуино. К коллектору (средняя ножка) присоединил лампочку одним выводом. К другому выводу лампочки присоединил + от БП 8V. базу (крайняя правая ножка) завел на землю через резистор 10К. На базу подал 5V от ардуино через резистор 1К. И ничего….

Попробуйте для начала проверить сам транзистор, подав 5 В на базу (через резистор). Если он рабочий, то лампа загорится.

Напишите, для примера, какие транзисторы можно использовать. Или какие у них должны быть характеристики. Также неясно как подбирать резистор между эмиттером и коллектором и о какой стабильности идет речь.

Дмтрий можешь помощь, и немогу написать код с шаговым двигателем и датчиком света, немогу их вместе свезат что когда на улице светло он крутится в одну сторону ждёт пока не стемнет и крутица в другую сторону и там ждёт пока не рвсветет

Объясните пожалуйста, почему вы пишите, что необходимо провести ток от коллектора к эмиттеру, при этом к коллектору у вас подключен мотор. какой сигнал в таком случае усиливает транзистор? разве он не должен быть между питанием и мотором, то есть в роли эмиттера будет мотор?

Источник

Что такое запирающий слой

Область, которая возникает между этими зарядами, называется запирающим слоем. Его также называют обедненным, от слова “бедный”, так как в нем нет основных носителей. Как вы помните, основные носители в N полупроводнике – это электроны, а в P полупроводнике – дырки. А раз нет свободных зарядов, то и электрический ток течь не может, так как электрический ток – это не что иное, как упорядоченное движение заряженных частиц в одном направлении. Получается, эта область по сути стает диэлектриком, то есть областью, которая не проводит электрический ток.

Ну а теперь самое интересное. Оказывается, мы можем управлять толщиной этого запирающего слоя! Для этого достаточно увеличить напряженность электрического поля с помощью источника питания, то есть увеличить подаваемое напряжение, соблюдая необходимую полярность. Плюс источника напряжения подаем на N полупроводник, а минус источника – на P полупроводник.

Вот что у нас получится:

Электроны стремятся всей толпой к плюсовой клемме батареи, а дырки – к минусовой. В результате этого, запирающий слой стает намного шире. Это равносильно тому, что мы подаем обратное смещение на P-N переход. Чем больше напряжения мы подаем на P и N полупроводник, тем больше ширина запирающего слоя. Все элементарно и просто 😉

Если бы мы подали на P полупроводник  плюс, а на N  – минус, то у нас бы запирающий слой равнялся бы нулю и электрический ток прошел бы беспрепятственно через P-N переход. Как вы помните, это называется прямым включением P-N перехода. Но в этом случае мы должны подать напряжение больше, чем контактная разность потенциалов на границе переходов. Она равняется 0,6-0,7 Вольт, если используется материал кремний. Как только напряжение стает больше, чем 0,6-0,7 Вольт, начинается движение электрических зарядов. Диффузия усиливается еще тем, что электроны бегут к плюсовой клемме, а дырки – к минусовой.

Примеры применения

Активная нагрузка

Предположим, что есть некий регулируемый источник питания на 2 А/600 В, который должен быть протестирован на активной нагрузке, собранной из нескольких MOSFET, работающих в параллель. В этом случае MOSFET должен иметь максимальное напряжение не ниже 1000 В и иметь способность рассеивать максимальную мощность источника, плюс некий запас на проверку работоспособности защиты от превышения тока.

Транзистор IXTK22N100L имеет максимальное напряжение 1000 В и максимальную рассеиваемую мощность 700 Вт в ключевом режиме. Но эта мощность не может быть использована при тепловом расчете в линейном режиме. Для линейного режима необходимо оперировать областью безопасной работы SOA с максимальной рассеиваемой мощностью 240 Вт при напряжении 800 В, I = 0,3 A, T_c = +90 °C. Выберем запас 20% что означает максимальную рассеиваемую мощность 192 Вт.

Максимальная выходная мощность источника питания равна 1200 Вт. При запасе на проверку защиты от короткого замыкания в 20%, мощность сборки из параллельно включенных MOSFET должна составить не менее 1440 Вт. Количество параллельно включенных MOSFET составит 1440/192 = 8 шт. Типовая схема включения показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема для проверки источника питания 2 А/600 В с помощью активной нагрузки

Резисторы Rs1–Rs8 служат для контролирования тока стока каждого MOSFET. Разброс их сопротивления будет определять точность распараллеливания токов в параллельно работающих транзисторах. Напряжение с измерительных резисторов Rs1–Rs8 подается на инвертирующий вход операционного усилителя, включенного в затвор MOSFET. Неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общим входом управления током стока .

Управление двигателем

На рис. 5 показана схема управления электродвигателем, в котором питающее напряжение от батареи подается через два параллельно включенных MOSFET, установленных на одном радиаторе.

Рис. 5. Схема линейного управления электродвигателем

Ток стока силового MOSFET, работающего в линейном режиме, определяется напряжением «затвор–исток». Напряжение на электродвигателе равно разнице напряжения батареи минус напряжение «исток–сток». Управление осуществляется с помощью драйвера, который отслеживает ток через транзисторы и выставляет нужное напряжение на затворе.

Линейный регулятор

Рис. 6 иллюстрирует типовой линейный регулятор, в котором выходные параметры устанавливаются с помощью изменения падения напряжения на проходном транзисторе. Проходной транзистор работает в линейном режиме, и его поведение похоже на переменный резистор. Данная схема требует рассеивания большой мощности и расширенной области безопасной работы FBSOA. N-канальные силовые MOSFET, приведенные в таблице, могут быть применены в данных приложениях для обеспечения большой выходной мощности.

Рис. 6. Типовая схема линейного регулятора

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Книги по ардуино Правильная пайка проводов паяльником Птф солярис