Transistor 2N2222 e i maledetti calcoli nell'utilizzo come interruttore

Buongiorno a tutti cari amici, vorrei porvi dei quesiti di natura pratica e teorica.
La mia necessità di utilizzare dei 2N2222 è legata al fatto che, leggendo in giro, ho notato come per un uso ON-OFF i NPN sono più consigliati.
Il mio intento è quello appunto di interruttore. Sto progettando una piccola centralina che raccoglie dati di vario genere: dall'umidità terreno, a quella dell'aria, alla pressione, alla luce eccetera...inoltre è presente un modulo RTC, un modulo bluetooth hc-05 uno schermo e altre cosucce.
Ora, il mio intento era quello di usare il transistor per "spegnere" determinate unità...in particolare mi interessa ammazzare il hc-05 nel tempo in cui non vi è necessità di utilizzo, per poi magari riattivarlo tramite un bottone che manda in saturazione il transistor.
Avevo quindi pensato di usare un NPN per interrompere a comando l'alimentazione di tale modulo (leggevo che quando è in attesa di connessione si aggira sui 40mA di consumo, troppissimi per i miei utilizzi)...qui la domanda teorica...è giusta come cosa? E' fattibile più che altro?
Il mio problema è che questo modulo non ha un consumo costante...leggevo che quando è in attesa consuma circa 40mA, una volta collegato va sui 20mA, sempre collegato ma in fase di standby scende a 4mA....ora...come dimensiono la resistenza di base del NpN?
i dati a mia disposizione sarebbero...:

  • transistor : 2n2222
  • Hfe :100-300
  • Corrente collettore : 40mA? 20mA? 4mA? booo
  • Volt base : 5V
  • Voltage drop : circa 1V

Ora, calcolando con 40mA mi verrebbe una Rbase di 10K, con 20mA una 20K con 4mA addirittura 100K....va da se che tra 10 e 100 c'è un'ordine di grandezza...non sono proprio paragonabili...come devo regolarmi? potete aiutarmi?

Ringrazio tutti, buona domenica...

Ti conviene usare un MOSFET a canale N (ad esempio 2N7000) che, in conduzione, ha una resistenza minore tra Drain e Source.

Con un tensione tra Drain e Source di 5V ed una corrente di Drain di 50mA, ha una resistenza tipica di soli 1.7 ohm, equivalente ad una caduta di tensione di soli 85mV.

La resistenza sul Gate può essere anche da 100 ohm o meno.

premesso che come dice @cybers è meglio usare un piccolo Mosfet, perche' la caduta di tensione è sempre inferiore a quella di un Bjt

Tu, nel calcolo, dimentichi che se vuoi far funzionare il transistor come On-Off , devi farlo lavorare in zona saturazione.
Prendi quindi la corrente Max che puo' scorrere, l'Hfe minimo, e la corrente di base moltiplicala per 5

cyberhs:
Ti conviene usare un MOSFET a canale N (ad esempio 2N7000) che, in conduzione, ha una resistenza minore tra Drain e Source.

Con un tensione tra Drain e Source di 5V ed una corrente di Drain di 50mA, ha una resistenza tipica di soli 1.7 ohm, equivalente ad una caduta di tensione di soli 85mV.

La resistenza sul Gate può essere anche da 100 ohm o meno.

il mio "problema" (parolone) è che ho disponibilità di parecchi 2n2222 presi in scorta per un altro progetto, poi naufragato...quindi, potendo, vorrei utilizzare questi perchè in altro caso dovrei andare a comprare apposta gli altri, e nel mio paesotto i due/tre negozi che vendono questo materiale sono tremendamente cari su ste cose perchè sanno di avere il monopolio o quasi...l'ultima volta ho pagato 6 euro per 4 resistenze e 4 condensatori...ecco perchè cerco di utilizzare il più possibile quello che ho...

quindi, rigirando la domanda e estendendola a un caso generale...i 2n2222 vanno bene come interruttori on-off per moduli che in genere ciucciano intorno ai 20-50mA, a 5V?

Brunello:
premesso che come dice @cybers è meglio usare un piccolo Mosfet, perche' la caduta di tensione è sempre inferiore a quella di un Bjt

Tu, nel calcolo, dimentichi che se vuoi far funzionare il transistor come On-Off , devi farlo lavorare in zona saturazione.
Prendi quindi la corrente Max che puo' scorrere, l'Hfe minimo, e la corrente di base moltiplicala per 5

Ciao Brunello, quindi a sto punto mi viene il dubbio che ho sbagliato qualche passaggio...
Per maggiore esattezza vi copio pari pari i dati tecnici che c'erano sulla descrizione di questi 2n2222 :
Collector Emitter Voltage V(br)ceo:40V
Gain Bandwidth ft Typ:300MHz
Power Dissipation Pd:625mW
DC Collector Current:600mA
DC Current Gain hFE:300
Transistor Case Style:TO-92
No. of Pins:3
SVHC:No SVHC (18-Jun-2010)
Collector Emitter Voltage Vces:1V
Current Ic Continuous a Max:600mA
Hfe Min:75
Package / Case:TO-92
Power Dissipation:625mW
Termination Type:Through Hole
Transistor Type:Bipolar

Considerando appunto allora un consumo massimo di 40mA a 5V...che calcoli dovrei fare per valutare la resistenza alla base?

Grazie mille ragazzi

Un transistor è un dispositivo controllato in corrente, cioè la corrente in uscita è proporzionale a quella in ingresso.

Il fattore di proporzionalità è dato dallo hfe che in questo caso ha il valore tipico di 75.

Questo significa che se fornisci in base 1mA, in uscita ottieni 75mA.

La cosa è più complicata, ma per comprendere la cosa è sufficiente.

La tensione minima da fornire alla base per fare entrare il transistor in conduzione è 0.7V, quindi se la tensione di pilotaggio è 5V la tensione ai capi del resistore sulla base deve essere 5 - 0.7 = 4.3V.

Abbiamo detto che devono passare 1mA perciò per la legge di Ohm deve essere R = V / I = 4.3 / 0.001 = 4300 ohm approssimata a 4.2k.

cyberhs:
Un transistor è un dispositivo controllato in corrente, cioè la corrente in uscita è proporzionale a quella in ingresso.

Il fattore di proporzionalità è dato dallo hfe che in questo caso ha il valore tipico di 75.

Questo significa che se fornisci in base 1mA, in uscita ottieni 75mA.

La cosa è più complicata, ma per comprendere la cosa è sufficiente.

La tensione minima da fornire alla base per fare entrare il transistor in conduzione è 0.7V, quindi se la tensione di pilotaggio è 5V la tensione ai capi del resistore sulla base deve essere 5 - 0.7 = 4.3V.

Abbiamo detto che devono passare 1mA perciò per la legge di Ohm deve essere R = V / I = 4.3 / 0.001 = 4300 ohm approssimata a 4.2k.

Grazie, sei stato molto gentile e super-chiaro !!
Ho letto un sacco su questo quesito ma la tua risposta è stata probabilmente quella che mi ha chiarito meglio i dubbi....grazie !!

elrospo:
:smiling_imp: mah... non si sa che pensare si programma e poi si chiede come usare un transistor come interruttore :o

che ti importa della resistenza? la corrente la "limita " l'utilizzatore non il transistor
una resistenza da 1k a 10k basta e avanza

e poi se adoperi un bottone che ti serve il transistor :smiling_imp:

mmmmm....sono un signore, perciò argomento le mie risposte alle tue provocazioni...:
1- chi dice che un NPN non possa essere usato come interruttore? la caratteristica di funzionare come ON-OFF per piccoli carichi è una delle cose che mi ha fatto avvicinare ai transistor e leggendo in giro sono usati moltissimo per questi compiti. Quindi se non sei d'accordo su ciò, dimostrami che sto dicendo delle stupidaggini, aspetto con interesse.

2- si, sono molto più bravo a programmare che a livello hardware...e dove sarebbe il problema ?...i forum nascono per aiutare, per chi come me ha dei dubbi e per chi come ad esempio cyberths sa e fa il possibile per aiutare....se non sei interessato a dare una mano in cosa consiste il tuo partecipare alla discussione?

3- cosa mi importa della resistenza!?! ammetto che non ho una gran conoscenza di transistor, ma ho letto OVUNQUE che la scelta della resistenza di base va fatta con una certa logica, non a caso come suggerisci...

4- questa è l'affermazione migliore...mi spieghi come faccio a staccare la corrente a un intero modulo da 40mA premendo un semplice pushbutton?
La mia idea originale era realizzare un bottone, arduino quando legge HIGH sul bottone, ovvero quando lo premo, manda in saturazione il transistor e attiva il modulo, dopo un tot di secondi viene nuovamente spento il modulo. Non vedo come la tua provocazione possa avere il minimo senso a questo punto.
Ringrazio nuovamente chi sa e cerca di dare una mano, cerco di imparare da ognuno dei vostri commenti...

Ciao Giorgio, vorrei chiederti una cortesia:
Tempo fa anche io volevo utilizzare un bjt (bc337) per accendere e spegnere un modulo bt,utilizzando la classica configurazione ad emettitore comune. Sulla base ho messo una resistenza da 1k per essere sicuro che il componente saturasse bene (Vce circa 0.2V).
Il problema da me riscontrato era che anche quando toglievo tensione alla base, il transistor risultava comunque mezzo aperto (dico mezzo perchè la Vce era circa 2,5V). Questo comportamento "anomalo" era dovuto al pin key del modulo bluetooth collegato a massa, se scollegavo questo pin, il transistor funzionava correttamente come interruttore, ma se lo lasciavo collegato a GND mi faceva questo scherzo.
Succede anche a te?
Grazie

giorgio90:
nel mio paesotto i due/tre negozi che vendono questo materiale sono tremendamente cari su ste cose perchè sanno di avere il monopolio o quasi...l'ultima volta ho pagato 6 euro per 4 resistenze e 4 condensatori...ecco perchè cerco di utilizzare il più possibile quello che ho...

Sulla resistenza ti hanno già risposto, ma per il materiale, ti conviene acquistarlo on line... con una ventina di euro ti fai una bella scorta di R - C assortiti di diversi valori.

P. S. Spesso si mette anche una R fra base e GND... ma vediamo una cosa alla volta.

paolo86:
Ciao Giorgio, vorrei chiederti una cortesia:
Tempo fa anche io volevo utilizzare un bjt (bc337) per accendere e spegnere un modulo bt,utilizzando la classica configurazione ad emettitore comune. Sulla base ho messo una resistenza da 1k per essere sicuro che il componente saturasse bene (Vce circa 0.2V).
Il problema da me riscontrato era che anche quando toglievo tensione alla base, il transistor risultava comunque mezzo aperto (dico mezzo perchè la Vce era circa 2,5V). Questo comportamento "anomalo" era dovuto al pin key del modulo bluetooth collegato a massa, se scollegavo questo pin, il transistor funzionava correttamente come interruttore, ma se lo lasciavo collegato a GND mi faceva questo scherzo.
Succede anche a te?
Grazie

ciao paolo... Devo esserti sincero, non ho ancora avuto tempo per montare il modulo bluetooth con il transistor come mi hanno suggerit. Tuttavia devo premettere che il mio modulo bluetooth (hc-05) non ha pin KEY ma un pin EN (enable) che teoricamente dovrebbe essere lo stesso.. Praticamente invece no perché a tutti gli effetti era un pin vuoto dato che non era connesso alla porta 34 che è la vera porta key. Non a caso quando per la prima volta ho tentato di farlo entrare in modalità AT non riuscivo, perché appunto la porta 34 non veniva mai messa in high dato che in pin non era proprio connesso. Quindi diciamo che la mia situazione è un filo diversa. Comunque, in ogni caso, stasera monto il tutto e ti faccio sapere l'esito, ovvero se riscontro anche io la tua problematica...

paulus1969:

giorgio90:
nel mio paesotto i due/tre negozi che vendono questo materiale sono tremendamente cari su ste cose perchè sanno di avere il monopolio o quasi...l'ultima volta ho pagato 6 euro per 4 resistenze e 4 condensatori...ecco perchè cerco di utilizzare il più possibile quello che ho...

Sulla resistenza ti hanno già risposto, ma per il materiale, ti conviene acquistarlo on line... con una ventina di euro ti fai una bella scorta di R - C assortiti di diversi valori.

P. S. Spesso si mette anche una R fra base e GND... ma vediamo una cosa alla volta.

sono perfettamente d'accordo... Infatti recentemente ho fatto un buon ordine da taydaelectronics e vedere le resistenze a 1cent quando invece prima le pagavo forse anche 30 cent l'una è stato davvero scioccante. Il fatto è che ho preso un po di roba generica, le classiche resistenze, qualche condensatore dei più usati, varie altre cosette... Tornando ai transistor già si tratta di articoli più particolareggiati e quindi mi sono limitato a prendere giusto una decina di 2n2222 come npn generici ecco perché non ho molta scelta su quel versante...
Appurata la questione resistenza di base, mi aiuti a capire a cosa serve quella tra base e gnd? Nei vari articoli che ho letto non ne ho visti (ma potrei non averci fatto caso)...

La resistenza tra base e GND ha la funzione di pull-down, serve per evitare fluttuazioni di tensione sulla base con possibili "false conduzioni"; in genere si usa un valore abbastanza alto, visto che serve solo per dare un riferimento verso GND, in dipendenza della R di base; nel tuo caso va benissimo una 22k.

cyberhs:
Ti conviene usare un MOSFET a canale N (ad esempio 2N7000) che, in conduzione, ha una resistenza minore tra Drain e Source.
Con un tensione tra Drain e Source di 5V ed una corrente di Drain di 50mA, ha una resistenza tipica di soli 1.7 ohm, equivalente ad una caduta di tensione di soli 85mV.

non è proprio vero cyberhs, un transistor PNP tipo bc327 o bc807 che interrompe il polo positivo di alimentazione si prende solo 32mV a 50mA di collettore con 25gradi centigradi di TA e circa 40mV /50mA con 125gradi di TA, molto meglio del 2n7000. Anche il 2n2222 si prende solo 50mV a 50mA con TA di 25gradi ma non è di uso comune interrompere il polo negativo tramite un NPN , si preferisce un PNP.

fosse stato la IC di 150mA avresti avuto ragione cyberhs

Cerchiamo di tenere i toni bassi, per favore.

Icio ha ragione, soprattutto per usare un PNP interrompendo il positivo in modo da avere sempre lo stesso riferimento di massa.

cyberhs:
Icio ha ragione, soprattutto per usare un PNP interrompendo il positivo in modo da avere sempre lo stesso riferimento di massa.

Io nei miei test ho sempre utilizzato un NPN, fino a quando non ho iniziato ad avere dei problemi con alcuni moduli (bt come ho scritto sopra e stessa cosa con un ping sensor sul pin trigger). Il transistor si apriva anche quando non doveva.
Ancora oggi non capisco il perchè di questo comportamento, leggendo questi ultimi post però mi pare di capire che è meglio utilizzare un PNP. Sbaglio?

Non sbagli, un NPN serve per interrompere la massa, il PNP è invece più corretto da usare come interruttore, in quanto interrompe il positivo; forse i tuoi problemi derivavano dalla mancanza della R di pull-down, l'avevi prevista nel tuo circuito?

No,non l'avevo prevista
L'unico test che avevo provato a fare era mettere un diodo sul pin trigger del sensore ping per verificare che effettivamente fosse quello a dare probemi, e con il diodo tutto funzionava correttamente (a livello di accensione e spegnimento, le misurazioni ovviamente ne risentivano un po').
Proverò sicuramente con la resistenza di pull-down.
Grazie per la dritta :wink:

Come regola generale, per usare dei transistor come interruttori, calcolate la minima corrente di base necessaria per avere la massima corrente di collettore (che ovviamente dipende dal guadagno) ed usatene sempre almeno il doppio, e non dimenticate mai la resistenza fra base e massa, usando un valore che sia almeno 10 o 20 volte (o piu) quello della resistenza di pilotaggio ... e' una regola empirica, ma in questo modo il transistor sara' sempre in conduzione o in interdizione secondo come pilotato, senza fluttuazioni o mezze chiusure ...

Esempio al volo: tensione di pilotaggio 5V, carico da 500mA, transistor tipo BC337 con Hfe minima di 100 (tipica 250, massima 400, ma calcolate con la minima, per sicurezza), quindi serviranno almeno 5mA di base, calcolate i valori per averne sempre almeno 10 ... 4.4/0.01=440 ohm (4.4V, perche si deve togliere lo 0.6V di caduta sul transistor, dai 5V di pilotaggio ... ok, la cosa e' poco influente quando si usano 5 o piu volt, ma se si lavora con circuiti a 2.5V o meno, inizia a diventare importante anche quello, quindi e' meglio abituarsi a pensarci sempre ;)), valore standard piu vicino 390 o 470, meglio 390, resistenza fra base e massa dai 22K fino ai 100K, a piacere ...

Perfetto, capito anche questo !! in effetti pensandoci è una cosa assolutamente logica, quindi grazie di avermi fatto notare questa cosa, stranamente non ci avevo mai fatto caso nelle altre letture che avevo fatto a riguardo !!

Etemenanki:
Come regola generale, per usare dei transistor come interruttori, calcolate la minima corrente di base necessaria per avere la massima corrente di collettore (che ovviamente dipende dal guadagno) ed usatene sempre almeno il doppio, e non dimenticate mai la resistenza fra base e massa, usando un valore che sia almeno 10 o 20 volte (o piu) quello della resistenza di pilotaggio ... e' una regola empirica, ma in questo modo il transistor sara' sempre in conduzione o in interdizione secondo come pilotato, senza fluttuazioni o mezze chiusure ...

Esempio al volo: tensione di pilotaggio 5V, carico da 500mA, transistor tipo BC337 con Hfe minima di 100 (tipica 250, massima 400, ma calcolate con la minima, per sicurezza), quindi serviranno almeno 5mA di base, calcolate i valori per averne sempre almeno 10 ... 4.4/0.01=440 ohm (4.4V, perche si deve togliere lo 0.6V di caduta sul transistor, dai 5V di pilotaggio ... ok, la cosa e' poco influente quando si usano 5 o piu volt, ma se si lavora con circuiti a 2.5V o meno, inizia a diventare importante anche quello, quindi e' meglio abituarsi a pensarci sempre ;)), valore standard piu vicino 390 o 470, meglio 390, resistenza fra base e massa dai 22K fino ai 100K, a piacere ...

grazie mille !!!! già prima le spiegazioni erano state ottime, ma questa è il top !!!
Ho compreso TUTTI i passaggi da fare, e anche queste regolette empiriche (che ovviamente non vengono citate nelle guide "tutta teoria") sono una vera manna dal cielo !!

un'unica domanda, forse sciocca...: considerando un IC di una 50mA, con hFE min di 75, ho una corrente minima di base di 0,67mA...devo anche in questo caso far si che comunqe si arrivi a 10mA di corrente di base, trovandomi quindi sempre con i 4.4/0.01 = 440ohm ?
E quando devo interrompere correnti ancora più basse? ad esempio per un modulino che mangia 15mA alla fine la corrente minima di base sarebbe molto piccola...intorno a 0,2mA...devo sempre riferirmi ai 10mA?
Se ho ben inteso, il fatto di far arrivare quei 10mA serve ad avere la sicurezza che venga mandato in saturazione il transistor giusto?

Si, diciamo che in sostanza, gli dai il massimo in modo che indipendentemente dal carico, il transistor sia sempre abbondantemente in saturazione, per cui non hai mai problemi di "mezzi azionamenti" ... poi i calcoli sono sempre utili in caso di circuiti a basso o bassissimo consumo, quando devi risparmiare il piu possibile le batterie ... allora in quel caso se l'utilizzatore funziona alla stessa tensione di Arduino e non assorbe piu di una decina di mA, puoi anche non usare il transistor, mentre se invece ci devi pilotare carichi a tensioni piu elevate di quelle fornite da Arduino, ad esempio 9 o 12V, e la corrente richiesta dal carico e' bassa, ha senso ridimensionare la resistenza in modo da abbassare il piu possibile anche la corrente di base, tenendoti per sicurezza ad almeno il doppio del massimo previsto ... ma appunto, la cosa ha un senso principalmente in circuiti a basso assorbimento, dove anche pochi mA possono allungare la vita della batteria ...

Esempio estremo, se avessi tipo una ventina o piu di carichi da pilotare a 12V, ognuno che assorbe solo 20 o 30 mA, su un'apparecchiatura a batteria, pilotando i transistor con solo 1mA di corrente di base, potrebbero tranquillamente gestire il carico, con un consumo (dei transistor, non del carico, ovviamente) di 20mA invece che 200 ... :wink:

Etemenanki:
Si, diciamo che in sostanza, gli dai il massimo in modo che indipendentemente dal carico, il transistor sia sempre abbondantemente in saturazione, per cui non hai mai problemi di "mezzi azionamenti" ... poi i calcoli sono sempre utili in caso di circuiti a basso o bassissimo consumo, quando devi risparmiare il piu possibile le batterie ... allora in quel caso se l'utilizzatore funziona alla stessa tensione di Arduino e non assorbe piu di una decina di mA, puoi anche non usare il transistor, mentre se invece ci devi pilotare carichi a tensioni piu elevate di quelle fornite da Arduino, ad esempio 9 o 12V, e la corrente richiesta dal carico e' bassa, ha senso ridimensionare la resistenza in modo da abbassare il piu possibile anche la corrente di base, tenendoti per sicurezza ad almeno il doppio del massimo previsto ... ma appunto, la cosa ha un senso principalmente in circuiti a basso assorbimento, dove anche pochi mA possono allungare la vita della batteria ...

Esempio estremo, se avessi tipo una ventina o piu di carichi da pilotare a 12V, ognuno che assorbe solo 20 o 30 mA, su un'apparecchiatura a batteria, pilotando i transistor con solo 1mA di corrente di base, potrebbero tranquillamente gestire il carico, con un consumo (dei transistor, non del carico, ovviamente) di 20mA invece che 200 ... :wink:

perfetto, quindi riassumendo cerco sempre di garantire i 10mA alla base, se poi ho necessità di risparmio posso mantenermi vicino al doppio della corrente minima alla base per avere una buona garanzia di saturazione del NPN. Sei stato molto chiaro e gentilissimo, grazie dei tuoi interventi !!