Типичной задачей микроконтроллера является включение и выключение определённого компонента схемы. Сам микроконтроллер обычно имеет скромные характеристики в плане выдерживаемой мощности. Так, Arduino 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 работы некоторых компонентов требуется напряжение выше 5 В, на что выходные контакты Arduino (digital output pin) в принципе не способны.

Зато их 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 (см. картинку)

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 заблокировано.

Обратите внимание на токоограничивающий резистор R. Он необходим, чтобы при подаче управляющего напряжения не образовалось короткое замыкание по маршруту «микроконтроллер — транзистор — земля». Главное — не превышать допустимый ток через контакт Arduino в 40 мА, поэтому нужно использовать резистор расчётного номинала:

R=U−UdI=5В−0.3В0.04А≈118Ом R = \frac{U - U_d}{I} = \frac{5\unit{В} - 0.3\unit{В}}{0.04\unit{А}} \approx 118\unit{Ом}

здесь Ud — 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 hfe = 100, тогда нам будет достаточно управляющего тока в 1 мА.

R=U−UdI=5В−0.3В0.001А=4700Ом=4.7кОм R = \frac{U - U_d}{I} = \frac{5\unit{В} - 0.3\unit{В}}{0.001\unit{А}} = 4700\unit{Ом} = 4.7\unit{кОм}

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.