¿Cómo puedo usar un transistor (2n2222) para que actúe como un interruptor con este interruptor momentáneo de 12V? [cerrado]

Un esquema, dado lo que leí arriba, sería algo como lo siguiente.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

He agregado una resistencia en serie con el LED porque los LED generalmente no funcionan directamente fuera de$12\:\text{V}$a menos que tengan algo incorporado (resistencia, etc.) para ayudar con la limitación de corriente. Me ayuda a evitar pensar en ese problema si está incluido. Así que quizás lo agregué más para mí que para ti. Pero está ahí.

La fórmula para el voltaje de salida del LM317 es:

dónde$V_\text{REF}=1.25\:\text{V}\pm 50\:\text{mV}$y$I_\text{ADJ}\approx 50\:\mu\text{A}$. Dados los valores de su resistencia en su diagrama de cableado, calculo algo cercano a$V_\text{OUT}\approx 3.13\:\text{V}$. Lo cual, supongo, es posible para la entrada (+) de su abridor de puerta de garaje.

Como se puede ver,$SW_1$está conectado con el "lado alto" de las cosas. (Está bien, lo dibujé de esa manera. Pero también está siguiendo la convención para organizar las cosas de esta manera). Entonces, a primera vista, cuando se habla de usar transistores, lo que quiere se llama un "interruptor de lado alto". Eso es importante para los transistores porque vienen en dos polaridades y una es buena como interruptor de lado bajo y la otra polaridad es buena como interruptor de lado alto. Por lo tanto, es útil saber qué tipo de conmutación está haciendo para que pueda seleccionar rápidamente la polaridad correcta del transistor.

Has proporcionado mucha información. Quizás casi demasiado porque ahora podemos ver "varias formas diferentes" de abordar una solución. Pero todos ellos son probablemente más complicados que el que sugirió. Así que creo que lo mejor es quedarse con eso.

La adición no es tan complicada, como se puede ver a continuación. Lo principal es que el "ladrillo" (caja negra) necesita acceso a tierra (o al lado (-) de las cosas), así como a la conexión no conmutada.$12\:\text{V}$carril de suministro. También acepta una señal con referencia a tierra del Arduino Nano y activa su salida SW+ que pasa por alto el interruptor manual cuando el Arduino Nano se lo ordena.

^{simular este circuito}

(Nota: la conexión a tierra de Arduino debe estar en común con el terminal negativo del sistema de apertura de la puerta del garaje, así que asegúrese de compartir la conexión a tierra de la fuente de alimentación de Arduino [o el lado negativo] con el lado negativo del sistema de la puerta del garaje. Por lo general, no muestre esa conexión en un esquema porque se "supone" que usted sabe que debería estar allí.Pero si solo conecta el pin de E / S y NO conecta el lado de tierra de Arduino también, entonces habrá problemas para hacer que esto funcione. )

Centrémonos en el interruptor del transistor (esa caja negra de arriba).

El Arduino Nano funciona solo$5\:\text{V}$fuente de alimentación (después de la regulación, de todos modos). Esto es distinto de los suministros utilizados en el sistema de apertura de la puerta del garaje. El pin de E/S expulsará$\approx 5\:\text{V}$cuando "HI" o de lo contrario$\approx 0\:\text{V}$cuando "LO" (estos valores son relativos al lado (-) de la fuente de alimentación Arduino Nano).

El problema en este momento es que ninguno de nosotros sabe cuánta corriente requiere el relé, el LM317 y el módulo de apertura de la puerta del garaje. (Sin embargo, podemos adivinar sobre el LED. Hay valores típicos que se suponen razonablemente para él). Pero estoy convencido de que este es un circuito de baja corriente (por ahora), así que lo trataré como tal y usaré un arreglo sencillo.

La primera idea aquí es que necesita cambiar$12\:\text{V}$en el lado alto. Esto sugeriría un transistor PNP. Pero para apagar un PNP, debe hacer que el voltaje base esté muy cerca del voltaje del emisor (cerca de una diferencia de cero voltios) y esto significa que la base debería estar cerca de$12\:\text{V}$. Lamentablemente, tu Arduino Nano no puede lograr eso. Ni siquiera cerca. Esto significa que se necesita un segundo BJT y esta vez, un NPN.

Hay dos enfoques básicos en este punto. En ambos, el PNP funciona como un dispositivo de conmutación , lo que significa que su colector se acerca a su emisor y eso significa que tiene una gran corriente de base en relación con la corriente del colector. Sin embargo, hay dos formas diferentes de usar el NPN: ya sea como otro dispositivo de conmutación con proporciones relativas similares para la corriente de la base frente al colector, o bien como un seguidor de emisor que funciona como un sumidero de corriente. La ventaja de este último caso es que la corriente de pin de E/S requerida es bastante menor y eso es algo bueno. Sin embargo, no funcionaría si estuviera cambiando$5\:\text{V}$, Por ejemplo. Es una suerte que en esta circunstancia esté cambiando un voltaje más alto. Así que ese es el camino que voy a tomar, a continuación.

(Tenga en cuenta que si bien estoy tomando este "mejor camino" [según yo], eso no significa que a menudo verá que se hace de esta manera. La mayoría de las personas simplemente caen en el camino trillado de operar ambos BJT como interruptores. Es una especie de rutina, y la gente a veces parece tener dificultades para mantenerse fuera de esas rutinas. Pero me gusta salirme un poco del camino trillado, de vez en cuando. Por eso es que voy por este camino. )

Veamos el nuevo esquema:

^{simular este circuito}

He asumido una corriente de colector para$Q_1$acerca de$200\:\text{mA}$y un bajo$\beta_\text{SAT}\approx 10$para asegurarse de que tiene suficiente corriente de base (de aproximadamente$20\:\text{mA}$) que determina la corriente de colector para$Q_2$. Suponiendo una salida de pin de E/S de aproximadamente$4.8\:\text{V}$y un$V_\text{BE}$gota de aproximadamente$850\:\text{mV}$para$Q_2$, Me ejercite$R_4=\frac{4.8\:\text{V}-850\:\text{mV}}{20\:\text{mA}}\approx 200\:\Omega$. Un valor cercano de$220\:\Omega$luego fue seleccionado.

La corriente del pin de E/S será unas 100 veces más pequeña, por lo que menos de$200\:\mu\text{A}$, que se maneja fácilmente con cualquier pin de E/S que haya usado en décadas. Así que debería estar bien.

La disipación en cualquiera de los BJT no será más que alrededor$150\:\text{mW}$. Entonces, los BJT de señal pequeña para ambos probablemente sobrevivirán bien. (Por supuesto, verifique que las cosas no se calienten demasiado una vez que lo construya. Estoy haciendo suposiciones aquí).

He proporcionado dos alternativas, por cierto. El etiquetado como "MINIMAL" es para los tipos minimalistas que solo quieren usar la menor cantidad de piezas y están dispuestos a correr algunos riesgos si son pequeños. En este caso, falta una resistencia de ruta de CC que se usa para ayudar a unir la base PNP hacia arriba a su voltaje de emisor ($12\:\text{V}$.) Sin esa resistencia, es posible, aunque probablemente no probable, que el PNP no se apague por completo. No he probado miles de encarnaciones para averiguar cuáles son las probabilidades, pero sin la resistencia probablemente funcionará bien. Pero no es tan seguro de usar como el que dice "MEJOR". Si no está atascado en usar el mínimo absoluto de partes, agregaría$R_5$. Barato, no ocupa mucho espacio y ayuda a manejar una situación que de otro modo se dejaría al azar.

Solo asegúrese de "compartir" las conexiones a tierra de la fuente de alimentación entre su Arduino y el circuito de apertura de la puerta del garaje (átelos). (Por supuesto, ¡no ate los rieles positivos entre sí!) Solo necesitan un punto de referencia común y tierra (o menos) cumple ese papel.

Eso es todo, de verdad. Pido disculpas por usar esquemas en lugar de diagramas de cableado, que pueden ser más fáciles de seguir para usted. Si realmente necesita un diagrama de cableado (no puede hacer un diagrama de este tipo a partir de un concepto esquemático), intentaré fabricar uno que aclare las partes del cableado.

PS Los diagramas de cableado son más para constructores que no quieren entender cómo es que lo que están construyendo realmente funciona, sino que solo quieren ir a construirlo y rezar para que funcione correctamente y ese diagrama sea preciso. Los esquemas son más para aquellos que quieren seguir y entender lo que está pasando y no están tan interesados ​​en los detalles exactos del cableado como lo están en los bloques funcionales y cómo funcionan juntos. Dos propósitos diferentes.

Otros enfoques serían hacer que su Arduino Nano realice directamente la función de relé y controle la conductancia entre$SW_\text{A}$y$SW_\text{B}$de tu módulo. Si hace eso directamente con transistores de alguna manera, podría eliminar el relé. (Por lo general, eso es una ganancia y no una pérdida). Sin embargo, esto aún deja el interruptor de encendido,$SW_1$, como problema (¿lo dejas encendido todo el tiempo, o qué exactamente?) ¿Y qué pasa con el LED?

Podría separar el LED (deshacerse de él, ya que depende de$12\:\text{V}$) y reemplace esa parte, usando otro pin de E/S de su Arduino Nano para encender y apagar un LED que funciona desde su fuente de alimentación, por ejemplo. Luego deshágase del relé y elabore un circuito para conectar directamente$SW_\text{A}$y$SW_\text{B}$solo después de encender primero un regulador de voltaje diferente que acepte un pin ENABLE (otro pin de E/S de su Ardiuno Nano). Entonces, con tres pines de E/S de su Arduino Nano (uno para una luz LED, uno para habilitar un regulador de voltaje, y uno para conectar$SW_\text{A}$a$SW_\text{B}$, podría deshacerse del relé por completo y usar transistores para todo.

En tal caso, se aseguraría de que el LED esté apagado y que la conexión entre$SW_\text{A}$y$SW_\text{B}$está desactivado, luego active la alimentación, espere un período de tiempo decente para dejar que se estabilice, active el LED para indicar la alimentación, luego active la conexión entre$SW_\text{A}$y$SW_\text{B}$para el tiempo que creas necesario. Luego, invertiría este proceso para volver a un estado de reposo.

Pero es por eso que dije que sería más simple seguir su propio enfoque sugerido. Asume que todo ya funciona, muy bien, y agrega un simple interruptor de transistor paralelo para reemplazar la presión manual de un botón. Todo lo que tiene que hacer es asegurarse de mantener el circuito activo durante el período de tiempo correcto.

Se logra fácilmente con un transistor 3904 NPN y un transistor 3906 PNP, como se muestra en el siguiente circuito simplificado. El 10K en la base del 3906 actúa como una resistencia pull-up a 12v, manteniendo la base alta y el transistor apagado. Para encender el 3906, active el 3904 (+5v de Arduino) que conectará a tierra la base del 3906, encendiéndolo (3906), permitiendo que los 12v fluyan a la entrada del botón positivo. Para apagar, conecte a tierra la base del 3904, lo que cerrará el camino a tierra, y la base del 3906 se elevará nuevamente y se apagará. Una buena práctica de circuito sería incluir otra resistencia entre la base del 3906 y el colector del 3904 (dejaré este valor a alguien con más experiencia que yo), pero esto lo pondrá en marcha. Excelente material de lectura:https://www.nutsvolts.com/magazine/article/bipolar_transistor_cookbook_part_3

Por si acaso: la base de ambos transistores está en el medio, el emisor del 3906 está en la parte superior, el colector en la parte inferior y viceversa para el 3904.

EDITAR: imágenes actualizadas

Y aquí hay un pequeño GIF del circuito anterior lanzado rápidamente en una placa de prueba solo como prueba de funcionalidad. El encendido del LED significa que los 12v se encienden a través del transistor PNP 3906, con el LED+ en el colector 3906 y el LED- a GND.