در قسمت پیشین در رابطه با ضرورت وجود مقاومت در پایه بیس ترانزیستور، صحبت کردیم. در این قسمت به نحوه محاسبه مقدار این مقاومت صحبت خواهیم نمود. در رابطه با محاسبه این مقدار می بایست دقت لازم صورت گیرد، چراکه این موضوع اهمیت بالایی در عملکرد صحیح قطعه خواهد داشت. برای محاسبه این مقدار، ابتدا باید به معرفی پارامتر ضریب تقویت ترانزیستور بپردازیم. در ادامه به معرفی این پارامتر می پردازیم.
همانطور که پیشتر بیان شد، یکی از وظایف اصلی هر ترانزیستور، تقویت جریان است. به عبارت دیگر، یک ترانزیستور می تواند جریان ضعیف پایه بیس را تقویت کرده و جریان قوی جاری شده بین کلکتور و امیتر را کنترل نماید. به پارامتر تقویت کنندگی ترانزیستور در اصطلاح ضریب تقویت، بهره، گین و یا HFE گفته می شود. ضریب تقویت، بیانگر میزان قدرت یک ترانزیستور در تقویت جریان ورودی در بیس آن به شمار می رود. به عنوان مثال فرض کنید ضریب تقویت یک ترانزیستور، ۳۵ باشد. این عدد به معنای تقویت ۳۵ برابری جریان بیس در کلکتور خواهد بود. به عبارت دیگر، این ترانزیستور می تواند تا ۳۵ برابر جریان بیس را از کلکتور عبور دهد. به عنوان مثال، فرض کنید جریانی که در بیس قرار گرفته، ۱۰۰ میلی آمپر و ضریب تقویت ۳۵ باشد، آنگاه جریان کلکتور می تواند تا ۳۵ برابر، یعنی ۳۵۰۰ میلی آمپر باشد.
میزان ضریب تقویت هر ترانزیستور با ترانزیستور دیگر متفاوت است، این مقدار تحت عنوان HFE، درون دیتاشیت هر ترانزیستور ذکر می گردد. به عنوان مثال، دیتاشیت ترانزیستور ۲N2222، این مقدار را بین ۳۵ الی ۷۵(بسته به شرایط مختلف) ذکر می نماید. ضریب تقویت ترانزیستور، در محاسبه مقاومت لازم برای پایه بیس ترانزیستور، پارامتری مهم به شمار می رود. این ضریب که در محاسبات تحت عنوان بتا(b) شناخته می شود، به صورت زیر، رابطه بین جریان بیس و کلکتور را مشخص می سازد.
bIB=IC
در رابطه فوق، b ضریب تقویت ترانزیستور، IB جریانی که به بیس ترانزیستور می رسد و در نهایت IC جریانی است که از کلکتور عبور خواهد نمود. در رابطه فوق، با محاسبه جریان بیس، می توانیم مقاومت مورد نیاز پایه آن را محاسبه نماییم. برای روشن تر شدن موضوع، فرض کنید می خواهیم یک موتور با بیشینه جریان ۳۰۰ میلی آمپر را با ترانزیستور ۲n2222 از نوع NPN را به کمک برد آردویینو کنترل نماییم. بدین ترتیب، جریان کلکتور ۳۰۰ میلی آمپر(IC=0.3) خواهد بود. فرض کنید ضریب تقویت ترانزیستور نیز، عدد ۳۵ (b=35)باشد. بنابراین، مطابق رابطه فوق، جریان بیس به صورت زیر محاسبه می شود.
bIB=IC
۰٫۳=۳۵*IB
با تقسیم عدد ۰٫۳ بر ۳۵، مقدار IB برابر با ۰٫۰۰۸ یا ۸ میلی آمپر خواهد شد. همانطور که پیشتر نیز گفته شد، قصد داریم تا موتور مورد نظر را از طریق برد آردویینو کنترل نماییم. مطابق شماتیکی که در قسمت های قبلی مشاهده شد، پایه GPIO آردویینو به بیس ترانزیستور، جهت کنترل موتور متصل می شود. فرض کنید پایه GPIO آردویینو، در حالت یک منطقی، ولتاژ ۵ ولت تولید می نماید. از آنجاییکه جریان پایه بیس، با محاسبه در قسمت قبل، برابر با ۸ میلی آمپر(۰٫۰۰۸ آمپر) شده است، بنابراین می توانیم طبق قانون اهم، مقاومت مورد نظر را حساب کنیم. همانطور که اطلاع دارید، قانون اهم، رابطه بین جریان، ولتاژ و مقاومت را به صورت زیر بیان می نماید.
V= I * R
مطابق رابطه فوق، با توجه به اینکه ولتاژ پایه GPIO اردویینو ولت و جریان بیس ۰٫۰۰۸ آمپر است، بنابراین، مقاومت، خیلی ساده از تقسیم ولتاژ به جریان به دست می آید.
R = 5/0.008=625
طبق محاسبه فوق، جهت راه اندازی ترانزیستور، نیاز به یک مقاومت ۶۲۵ اهمی خواهیم داشت. بنابراین، جهت محاسبه مقاومت مورد نیاز برای بیس، می بایست جریان عبوری از کلکتور را در نظر بگیرید. سپس با مطالعه دیتاشیت ترانزیستور، می بایست پارامتر ضریب تقویت و یا همان HFE را مطالعه کرده و طبق رابطه گفته شده در بالا، جریان بیس را محاسبه کنید. در نهایت، با توجه به ولتاژی که قرار است به پایه بیس اعمال شود، طبق قانون اهم، از تقسیم این ولتاژ بر جریان بیس، مقاومت مورد نیاز خود را محاسبه کرده و در مدار قرار دهید.
