Temel transistör soruları


43

Gösterilen devreyi yarattım. Hem 9 hem de 5 volt ile test etmek için bir 9V pil (aslında 9.53V atıyor) ve bir Arduino'dan gelen 5V kullanıyorum. Transistör bir BC 548B'dir (kullanıyorum veri sayfası burada ).

şematik

bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik

Aşağıdaki sonuçlarla Rb ve Rc değerlerini değiştiren birkaç test yaptım, gerçekte haklılarsa hiçbir fikrim yok.

9V
Ref  Rb     Rc     Ib (μA)   Ic (mA)   Beta
1    160k   560    50        15.6      312
2    470k   1.2k   18        6.15      342
3    220k   1.2k   41        7.5       183
4    180k   1.2k   51        7.5       147

5V
Ref  Rb     Rc     Ib (μA)   Ic (mA)   Beta
1    160k   560    24        7.7       321
2    82k    330    52        14.1      271
3    470k   1.2k   9         2.89      321

Sorularım aşağıdaki gibidir;

  1. Veri sayfasından, bu transistörün aralığının 200 ila 450 arasında olabileceğini biliyorum. 9V tablosunda ref 3 ve 4'te 200'den daha düşük değerlerin olmasının sebebi, toplayıcı yayıcı devresinin doymuş olması ve t yükseldiğinde, Ib akımı arttıkça beta azalır. Bu doğru mu?

  2. Baktığım tüm ders kitaplarında beta statik bir değer. "Eğer beta X ise, toplayıcıda Y akımı oluşturmak için gereken tabandaki rezistörü çözün". O zamandan beri beta sıcaklık ve kollektör akımı ile dalgalanacağını okudum (kollektör akımı olduğunu düşünüyorum). Bu verileri gerçekte nerede bulabilirim? Tablo bana vs vs beta söyler nerede? Beta sürekli değişiyorsa, her zaman işe yarayacak ve / veya toplayıcıya yüklenecek yükte çok fazla akıma sahip olan bir rezistansı nasıl seçersiniz?

  3. Veri sayfasındaki Şekil 1, tabandaki 50μA bir akımla, kolektör akımının, kolektör ve yayıcı arasındaki voltajın yaklaşık 11mA'DAN HAZIR OLMADIĞINI göstermektedir. Ancak her ikisi de Ib ~ 50μA olan 9V ref 1 ve 5V ref 2 verildiğinde, belirtilenden daha yüksek Ic değerine sahibim. Bu neden? Şekil 1 aslında bana ne söylüyor?

  4. Veri sayfasından Şekil 3, HFE'nin Vce = 5V verilen Ic <40mA için 200 olduğunu göstermektedir. Bu yazının 5V tablosundaki tüm sonuçları verilen açık değildir. Peki yine, bu grafik nedir?

  5. 9V pilimin kolektörden yayıcıya çalışmasını ve 5V Arduino'yu tabana güç vermesini sağlamak için, aslında bir transistör anahtarının ne için olduğunu devre bağlamaya çalıştım. Bence bu Arduino'yu kısaltacak. 9V pili, tabanın sonundaki C'den E'ye ve 5V'a nasıl aktarabilirim? Bunu gerçekten nasıl bağlarım?


12
Dikkatle araştırılmış ve aslında çok fazla soru olmayanlar için +1 sorusu.
pjc50

1
Vce'ı ölçün (veya Vcc, Ic, Rc'den hesaplayın) ve tablolara ekleyin. Bu, bazı sorulara cevap verecektir.
Brian Drummond

Verileriniz bana iyi görünüyor. 1. dediğiniz gibi) tüm voltaj düşmeniz Rc'nin karşısında ... Transistör doygun. Beta, çok iyi kontrol edilen bir parametre değildir ve devrelerinizi minimum beta değeri için tasarlamanız gerekir.
George Herold

1
Bunlar harika sorular. Sınıf arkadaşlarımın bu şeyler hakkında plug-n-chug formüllerinin ötesinde düşünmesini diliyorum.
Greg d'Eon,

4
Devre çalışması ve tasarımını daha iyi anlayabilmek için temel bir transistör parametresini incelemek amacıyla farklı taban ve kollektör direnç değerleri ve iki besleme gerilimi olan 1 transistörlü yükselteç kademesinin deneysel olarak incelenmesi VE bu 2015 olabilir mi? :-) - +10. Ne yazık ki, sadece +1 mümkün. Ve bir ikramiye "Bir Arduino kullanırken bahsederken kibarca ve uzunca cevap vermesi için Olin'i alın ve derinden veya başka bir şekilde gerçeği söylemesine bile gerek yoktu - başka bir +10. Ne yazık ki hala sadece +1 toplam mümkün. | Yine de Stack Exchange EE'ye hoş geldiniz! :-).
Russell McMahon

Yanıtlar:


23

Sorunuz beta veya h FE ile ilgili görünüyor . Evet, bu aynı üretim partisinden bile parçalar arasında önemli farklılıklar gösterebilir. Ayrıca, kollektör akımı ve kollektör voltajı ile bir miktar değişiklik gösterir (0 V referansı olarak verici kullanarak). Bununla birlikte, herhangi bir transistör için kazancı, kollektör akımının makul bir aralıkta bir fonksiyonu olarak çok az değişiklik gösterir ve kollektör voltajının yeterince yüksek tutulduğu varsayılır.

Eksik gözüktüğünüz en önemli nokta, tam olarak kazandığınız için endişelenmemelisiniz. Bipolar transistörlere sahip iyi bir devre, amaçlanan çalışma bölgesi üzerinde garanti edilen asgari kazançla çalışır, ancak aksi takdirde kazancın oradan sonsuzluğa kadar herhangi bir yerde olmasıyla iyi çalışır. Belirli bir çalışma noktasında herhangi bir transistörün veri sayfası tarafından garanti edilen asgari değerden 10 kat daha fazla kazancı olması sınırsız değildir. Devre tasarımında bunu göz önünde bulundurduktan sonra, devrenin transistörün sonsuza dek kazandığı kazançla çalıştığından emin olmak için sadece küçük bir adım.

Bu kadar geniş bir kazanç aralığı için tasarım yapmak zor gelebilir, ama aslında değil. Temelde iki vaka var. Transistör bir anahtar olarak kullanıldığında, garanti edilen minimum kazancı hesaplayan minimum minimum akım, onu doygunluğa çıkaracaktır. Eğer kazanç daha yüksekse, transistör aynı temel akımda doygunluğa daha fazla girecektir, ancak bunun üzerindeki tüm voltajlar ve bunun içindeki akımlar hemen hemen aynı olacaktır. Başka bir deyişle, devrenin geri kalanı (olağandışı durumlar hariç) 2x veya 20x transistörlü doygunluğa kadar olan farkı söyleyemez.

Transistör "lineer" bölgesinde kullanıldığında, büyük ve öngörülemeyen kazancı daha küçük ama iyi kontrol edilen bir kazanca dönüştürmek için negatif geri besleme kullanılır. Bu, opamp'larda kullanılan prensiptir. DC ve AC geribildirimi, ilk ayar olarak , bazen transistörü önyargılı olarak da adlandırılan çalışma noktası ve ikincisi, istenen sinyal devreden geçtiğinde ne olacağını kontrol etme ile farklı olabilir.

Eklendi:

Çok çeşitli transistör kazanımına tolerans gösteren örnek bir devre. Küçük ses sinyallerini yaklaşık 10x artıracak ve çıkış 6 V civarında olacaktır.

Bunu manuel olarak çözmek için, yinelemeli yapmak muhtemelen en kolay olanıdır. OUT 6V olduğunu varsayarak başlayın ve oradan çalışın. Kazanç sonsuz olduğundan, taban akımı yoktur ve taban gerilimi, OUT çıkışından gelen R1-R2 bölücü tarafından doğrudan ayarlanır. Bölücü 1 / 6'lık bir kazanıma sahiptir, bu nedenle baz 1.00 V'dur, eksi 600 mV'lık BE damlası, yayıcıyı 400 mV'a koyar ve yayıcı ve toplayıcı akımları 400 uA'da akar. R1-R2 yolu 50 AA çizer, yani toplam OUT it 450 AA'dan çekilir, bu nedenle R3'deki düşüş 4.5 V'dir, yani OUT 7.5 V'dir. Şimdi OUT hesaplarının tekrar 7.5 V olduğunu varsayarak yukarıdaki hesaplamaları gözden geçirin. ondan sonra bir kez daha. Sonuçların hızla birleştiğini göreceksiniz.

Bu aslında bir simülatörün yararlı olduğu birkaç durumdan biridir. Simülatörlerle ilgili temel sorun, girdi parametrelerinin belirsiz olmasına rağmen size çok doğru ve otoriter görünümlü cevaplar vermeleridir. Bununla birlikte, bu durumda, sadece transistör kazancını değiştirmenin etkisini görmek istiyoruz, böylece bir simülatör yukarıda olduğu gibi bizim için tüm zor işlere bakabilir. Bir simülasyonun sonuçlarına 4 ondalık basamağa bakılması gibi, neler olup bittiğine dair bir fikir edinmek için bir önceki paragraftaki süreçten geçmek bir kez daha faydalıdır.

Her durumda, sonsuz kazancı varsayarak yukarıdaki devre için DC eğilim noktası ile gelebilirsiniz. Şimdi transistör için 50 kazanç sağla ve tekrar et. DC seviyesinin sadece biraz değiştiğini göreceksiniz.

Unutulmaması gereken bir başka şey, iki tür DC geri beslemesi olduğunun, ancak yalnızca AC ses sinyalleri için olduğu yönündedir.

R1'in üstü OUT'a bağlı olduğundan, çalışma noktasını daha hassas ve tam transistör özelliklerine karşı daha az hassas hale getiren bazı DC geri bildirimleri sağlar. OUT yükselirse, Q1'in tabanına giden akım yükselir, bu da OUT kollektörünün akımını düşürür ve bu da OUT çıkışını düşürür. Bununla birlikte, bu geri bildirim yolu, ses sinyali için geçerli değildir. R1-R2 bölücüye bakan empedans R1 // R2 = 17 kΩ'dur. C1 ve bu 17 kΩ tarafından oluşturulan yüksek geçişli filtre yuvarlanma frekansı 9,5 Hz'dir. 20 Hz'de bile, R1 // R2, C1'ten gelen sinyal üzerindeki yükten fazla değildir ve frekansla orantılı olarak daha alakasız hale gelir. Başka bir deyişle, R1 ve R2, DC önyargı noktasını belirlemeye yardımcı olur, ancak amaçlanan ses sinyalinin önüne geçmez.

Buna karşılık R4, hem DC hem de AC için negatif geri besleme sağlar. Transistörün kazancı "büyük" olduğu sürece, yayıcı akım, toplayıcı akımla aynı olacak kadar yakındır. Bu, R4'te hangi voltajın olursa olsun, R3'de dirençleri ile orantılı olarak görüneceği anlamına gelir. R3, 10x R4 olduğundan, R3 boyunca sinyal, R4 boyunca sinyal 10x olacaktır. R4'ün üstü 12 V'ta olduğu için, OUT, 12 V eksi R3'teki sinyaldir, bu, R4 boyunca 12 V eksi 10x sinyaldir. Transistör kazancı, 50 ya da daha yüksek bir şekilde, bundan daha büyük olduğu sürece, bu devrenin 10'luk bir sabit AC kazancını elde etmesinin nedeni budur.

Devam edin ve transistörün parametrelerini değiştirirken bu devreyi simüle edin. Hem DC çalışma noktasına hem de bir ses sinyalinin IN'den OUT'a genel transfer fonksiyonunun ne olduğuna bakın.


Bu tam olarak düşündüğüm şeydi - devreleriniz tam bir beta değerine bağlı değilse, çok daha güçlü olurlar. Kesin detaylar için +1.
Greg d'Eon

1
@ OlinLathrop, sadece doğruluk uğruna: Girdi direncinin hesaplanması sırasında Miller etkisini unuttunuz. Bu, uygulamaya uygulanan etkin giriş direncini azaltır. 6.25 kohms (yaklaşık 10 değerinde bir voltaj artışı varsayarsak).
LvW

@ LvW: İyi nokta. Bu, yüksek geçiş rolloff frekansını 25 Hz'de bırakacaktır. Dolayısıyla sunulan devre, C1 u 2 uF gibi daha büyük hale getirerek sabitlenebilecek oldukça "HiFi" olmayacaktı.
Olin Lathrop

9

1. Baz akım arttıkça görünen beta azalmasına ne sebep olur?

Beta gerçekten değişmiyor. Kolektör akımı Rc ile sınırlıdır. Rc = 500 Ω ile maksimum kollektör akımı yaklaşık 18 mA'dır. Rc = 1.2 kΩ ile maksimum akım yaklaşık 7.5 mA'dır. Bu, Ohm Yasası'ndan geliyor - 9V / 1.2kΩ = 7.5 mA. Beta> 300 ile, kollektör akımını maksimuma çıkarmak için yalnızca 25 uA temel akım gerekir. Ekstra baz akım eklemek hiçbir şeyi değiştirmez.

IC

Bu veri sayfası, beta değerinin sıcaklıkla nasıl değiştiği hakkında herhangi bir bilgi vermemektedir. Beta ve Ic, aşağıda soru 4'te tartışılmaktadır. Birkaç veri sayfasını da kontrol ettim ve orada da sıcaklık değişimi görmedim. Göre , bu uygulama bir not , yaklaşık 0.5% derece C A'ya göre daha detaylı bir anlayış beta artar kullanımını gerektirebilir Ebers-Moll modeli termal gerilim şeklinde bir sıcaklığı kapsar, (kT / k). Ben bir BJT ustası değilim, belki başka biri bunu açıklığa kavuşturur.

IC

Şekil 1: Tipik Statik Özellikler

Veri sayfasının bu bölümü tipik performans özellikleri verir . Bunlar, üniteden üniteye değişme göstermeyen ortalama değerlerdir. Tipik bir grafik size ortalama bir birimin davranışı hakkında bir fikir verir, ancak bu davranış üzerinde hiçbir şekilde gerçek sınırlar vermez. Elektriksel Özellikler tablosu bunun içindir.

4. Beta, veri sayfasında Şekil 3'te gösterilenden daha büyük olabilir?

Şekil 3: DC Akım Kazancı

Burada iki şey oluyor. Öncelikle, Vce cihazınız 5V tablonuzda aslında 5V değildir, çünkü voltajın bir kısmı Rc'ye düşürülür, bu nedenle bu rakam sizin gerçek devrenizi göstermez. İkincisi, bu tipik davranışı gösteren başka bir şemadır. Size gösterdiği şey, beta'nın tipik olarak Ic = 100 mA civarında düşmeye başladığıdır. Mutlak maksimum Ic 100 mA olduğundan, bu, cihazın mevcut aralığında beta değerinin kabaca sabit olmasını beklemeniz gerektiği anlamına gelir. Şekil 200'ü tipik bir beta olarak kullanır, ancak hFE Sınıflandırma tablosundan da görebileceğiniz gibi, her bir BC548B için beta, 200 - 450 arasında herhangi bir yerde olabilir.

5. Bu transistörün tabanını çalıştırmak için bir Arduino nasıl kullanılabilir?

İlk önce, Arduino'nun veri sayfasından maksimum sürekli çıkış akımını almanız gerekir. Bu muhtemelen miliamper aralığında olacak. Temel akımınız bundan daha az olmalı, beta> 200 ve Icmax <100 mA'dan beri sorun olmamalı. Ne kadar kolektör akımına ihtiyacınız olduğunu biliyorsanız (hangisi gerekir), minimum baz akımı anlayabilirsiniz:

IB=ICβmin

Bu bir temel direnç seçmenize izin verecektir. Transistörün Elektriksel Özellikleri tablosuna göre, Vbe yaklaşık 0,7 V olmalıdır. Arduino'nuzun 5V çıkış verdiğini biliyorsunuz, şimdi Ohm Yasasını kullanabilirsiniz:

RB=VoVBEIB

Bu direnci Arduino IO ile transistörün tabanı arasına bağlayın. Transistörün vericisini, 9V pilin negatif terminalini ve Arduino'nun toprağını birbirine bağlayın.


5

O. Lathrop’un cevabında verilen bilgileri tamamlayarak sizi şaşırtacak kısa bir örnek vermek istiyorum:

Şimdilik beta = 200 kazancına sahip bir transistör kullanarak basit bir kazanç aşaması tasarladığınızı varsayalım (gönderinizde gösterildiği gibi) . Quiescent dc akımı Ic = 1mA ve ölçülen voltaj kazancı (Rc = 2.5kohms) G = -100'dür . Şimdi - Daha düşük bir değer olan transistör değiştirirseniz beta = 100 sen gerilim kazancı G uyacaktır DEĞİL değiştirmek - Aynı hareketsizlik gerektirir akımı Ic = 1mA verir düşük bir değere katot direnci RB ayarlı olması sağlanır. (Bu adil bir karşılaştırma için gereklidir).

Sebep şöyledir: Gerilim kazancı, transistörün geçirgenliği gm (Ic'nin eğimi = f (Vbe) karakteristiği) ile belirlenir. Bunun anlamı şudur: "akım kazancı" hiçbir rol oynamaz - beta değerini 200'den 100'e düşürmek, voltaj kazancını etkilemeden (çalışma noktası değişmediği sürece), yalnızca giriş akımını arttırır.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.