Мелкие вопросы по теории

[El-Eng]

Любителям токового подхода к управлению транзистором не следует забывать, что коэффициент передачи тока базы (h21э) сильно зависит не только от температуры, но и от тока коллектора, причем вразумительной формулы, аналитически описывающей эту зависимость в более-менее широком диапазоне токов коллектора, нет (по крайней мере, я ее не встречал). А вот зависимость тока коллектора от напряжения база-эмиттер подчиняется формуле Эберса-Молла в широчайшем диапазоне токов коллектора и достаточно точно учитывает влияние температуры. Неважно, что зависимость экспоненциальная, это даже хорошо, поскольку позволяет, в большинстве случаев, считать напряжение база-эмиттер неизменным (0.5-0.7В, в зависимости от режима).
Если рассматривать транзистор как прибор, в котором ток коллектора зависит от напряжения база-эмиттер (о чем, собственно, и говорят Хоровиц-Хилл), и у которого цепь управления потребляет ток, примерно равный отношению тока коллектора к h21э, то большинство практических расчетов становится простым и интуитивно понятным. Формула Эберса-Молла дает настолько хорошую предсказуемость результатов, что, вообще можно не заморачиваться с конкретной величиной h21э, а просто брать ее для оценки тока базы равной 50-100.
В конце концов, лампа, в режиме работы с сеточными токами, тоже потребляет ток по цепи управления, но никто не говорит, что она управляется током.

[oleg63m]

Обоснуйте, пожалуйста,

я не вижу способа обьяснить еще более доходчивее, чем это сделали хоровиц с хиллом и Slabovik

А я не раз встречал IC с максимальным выходным током 2-4ма, для которых данные различия в расчете сразу приведут к разнице в количестве каскадов усиления

никуда не денешься, согласовывать каскады надо всегда, и пара-тройка активных элементов себя быстро оправдает
такова жизнь

Правильно ли я понял, что, по Вашему мнению, для полного его открытия при коммутации тока в 12ма, необходимо подать на базу ток 7ма, раз уж Hfe ~ 30 ?

так а че не ясно то, коммутируемый ток делим на Hfe, получаем требуемый ток базы, но это идеальный случай, надо учитывть что по дороге за счет незначительноого изменения Hfe от напряжения К-Э, реальный базовый ток будет немного больше, процентов 5-10 как минимум

[ptr128]

биполярный транзистор управляется током. так с какого хера лепить сюда напряжение, которое по сути является чуть ли не побочным эффектом в этом процессе.

Обоснуйте, пожалуйста, почему Вы считаете оправданным "не лепить" в расчет напряжение, увеличив в итогe рассчитанный ток базы в 7(!) раз. А я не раз встречал IC с максимальным выходным током 2-4ма, для которых данные различия в расчете сразу приведут к разнице в количестве каскадов усиления.

я вам что, попугай, чтобы повторять то, что уже много раз вам обосновали, и мало того, в книгах разжевали.
учитывать надо всегда

Ваше первое утверждение "с какого хера лепить сюда напряжение" в явном виде противоречит последнему "учитывать надо всегда". Следует ли из этого, что вы признаете свою ошибку?

так а че не ясно то, коммутируемый ток делим на Hfe, получаем требуемый ток базы, но это идеальный случай, надо учитывть что по дороге за счет незначительноого изменения Hfe от напряжения К-Э, реальный базовый ток будеб немного больше, процентов 5-10

Во-первых, данное утверждение уже противоречит утверждению Gisteresis . То есть вы уже доказали, что тут не правы:

доказывать, это врят ли целлесообразно

Во-вторых, неправильный ответ.
Для ключевого режима с ОЭ:
Для начала ток коллектора Iкэ=(Uп-Uкэ(нас.))/Rн, где Uн - напряжение питания, Rн - сопротивление нагрузки, Uкэ(нас.) - напряжение насыщение КЭ.
А резистор базы следует считать, как R=(Uвх-Uбэ(нас.))/(Iкэ/(Hfe*k)), где Uвх - напряжение на входе каскада, Uбэ(нас.) - напряжение насыщения БЭ, Hfe - коэффициент усиления, k - наш запас по Hfe в диапазоне 0.1...0.9 в зависимости от того, а какой же Hfe мы взяли (средний, минимальный и т.п.)

Для усилительного режима Ваш подход вообще ни в какие ворота не лезет, так как при нем каскад вообще не расчитать. Только подбирать резисторы для каждого транзистора персонально. Потому что величина Hfe очень сильно зависит от толщины базы, которую технологически изготовить одинаковой, даже для транзисторов одной партии, невозможно.

[fedyaok]

ptr128 , зачем вы делите предельно допустимый ток коллектора(2N3904) на бэтту, ведь у вас не 200 мА в нагрузке, а всего 12, как вы говорите...(был бы предельным 10А вы бы и его делили бы, не понятно почему?). У вас 12 мА в коллекторе. Сколько вы пытаетесь вдуть в базу, чтобы и светодиод зажечь и нас в чем-то убедить? 0.4мА.....0.7мА, на здоровье!!!! хватит вам этого для зажигания светодиода, но тогда транзистор будет находиться на границе активного режима и режима насыщения....ладно там при таком малом токе мощность , рассеиваемая на транзисторе будет некритичной --- 12мА умноженной на 1,,,2,,,3Вольта = максимум 36mW
А если вы коммутируете скажем 1А или 2А?...сами посчитайте сколько будет. На мощностных режимах стараются ввести транзистор в глубокое насыщение. Так вот , что вам пытаются сказать люди - ток базы для ключевого режима должен быть больше того тока базы при котором наступает насыщение(прекращается заметное увеличения тока нагрузки). Вот и поделите 12мА(не 200!!) на минимальную бэтту, и получите тот пороговый ток. Пусть он будет 0.4мА, для правильного ключа умножьте его на 2...3..4. Это и будет нормальный ток для ключевого режима

[Gisteresis]

Подведем итог.
Я предлагал (что собственно и наглядно показали другие коты) для простоты расчета гарантировать управляющее напряжение, БЭ больше 0.5..0.7В, что выполняется практически всегда. От ардуино запитать? Там 5В. От STM? 3.3В... даже от батарейки 1.5В. В подавляющем большинстве случаев оно больше.
А далее мы должны обеспечить управляющий ток базы Iб = Iк/h21 + 5%.
И все расчеты.

А так да, конечно можно заморочиться...

fedyaok, Именно. спасибо.

[ptr128]

0.4мА.....0.7мА, на здоровье!!!! хватит вам этого для зажигания светодиода, но тогда транзистор будет находиться на границе активного режима и режима насыщения....

Смотрим даташит:

Спойлер

[img]http://www.radiokot.ru/forum/download/file.php?mode=view&id=269951&sid=111b2f575251247fa3c0c7c6d507188b[/img

]

Пришлось убрать спойлер, так как fedyaok явно оказался не в состоянии его открыть (

Добавлено after 8 minutes 31 second:

управляющий ток базы Iб = Iк/h21 + 5%.

Опять ( С этим то никто не спорит.
Но я уже устал твердить, что результатом расчета должен быть номинал базового резистора, а не ток базы. И как только Вы будете считать его, кроме тока базы Вам понадобится и Uбэ(нас). Особенно на 3.3 или 1.5 вольтах, где оно будет от 25% до 50% от входного напряжения.

[El-Eng]

А далее мы должны обеспечить управляющий ток базы Iб = Iк/h21 + 5%.

Вот здесь ошибка. Транзистор нужно загонять в насыщение надежно. Разброс h21э существенно больше, чем учитывают эти 5%, даже если вы по справочнику возьмете худшее значение. Для хорошей работы нужно брать Iб=(2..5)*Iк/h21э, для худшего h21э. Тогда и разброс транзисторов не будет влиять, и Uбэ можно просто 0.7В взять, не парясь (для мощных ключей нужно брать больше, порядка 1В, здесь лучше посмотреть справочник). Если не хватает быстродействия, можно поставить параллельно коллекторному переходу диод Шоттки, как это сделано в ТТЛШ (это, правда, повысит уровень остаточного напряжения). А вообще, лучше сразу посмотреть в сторону МОП-ключей, благо сейчас их хоть пруд пруди.

[oleg63m]

То есть вы уже доказали, что тут не правы:

я, несомненно могу быть не совсем прав, но совсем не прав- это абсолютно исключено.

[oleg63m]

хвостами меряться?

хвост тут не причем.

[Нолик]

Транзистор нужно загонять в насыщение надежно. Разброс h21э существенно больше, чем учитывают эти 5%

Да.
Читаем умные книжки

Для надежности на практике берут Iб>Iбн и это превышение характеризуется "коэффициентом насыщения" транзистора S=Iб/Iбн≥1 (обычно S=1,5÷3)

При этом нужно помнить, что от "коэффициента насыщения" зависит быстродействие ключа и его нагрузочная способность, поэтому часто приходится идти на компромисс.

[musor]

в слаботочке быстродействие почти не страдает -накопление заряда мало....проблема вылезен при болих токах и мощностях

[oleg63m]

так в слаботочке и скорость нарастания, зачастую, мизерная.

[ptr128]

Разброс h21э существенно больше, чем учитывают эти 5%

Да.
S=Iб/Iбн≥1 (обычно S=1,5÷3)

А если "да", то откуда Iбн? Посчитанный как Iк/h21э, где у последнего точность -50 +300% ?
Не проще ли по даташит посмотреть, а о каком собственно Uкэ(нас.) речь идет?
И может не стоит увеличивать ток базы в разы (если не в десятки раз), когда прогнозируемая разница будет в пределах 5-10% от минимально достижимого Uкэ?

Для мощных транзисторов, понимаю, это может быть действительно актуально и вылазить в наличие/отсутствие/размеры радиатора. Но мы и не ставим транзистор с Iк=10A для коммутации 1А, да и h21э для толстых баз имеет существенно меньший и разброс, и численную величину.
Но когда мы ставим что-то вроде 2N3904/2N3906, нам часто его максимальные 200ма совершенно не требуются. Просто дешевле и слабее его уже не выпускают )

[ApTu(T]

Можно теперь попробовать ток померять.
Для начала так:

Спойлер

XMM1 = 3.26
XMM2 = 0.32

Это от батарейки 4,9в 3.58мА

R1 = 983 Ом
R2 = 984 Ом

[ptr128]

XMM2 = 0.32
R1 = 983 Ом

Выглядит невероятным. Или Вы полярность светодиода перепутали (но 320мка тогда много), или Вы первый мультиметр со вторым перепутали.

[Gisteresis]

Но я уже устал твердить, что результатом расчета должен быть номинал базового резистора, а не ток базы.

Ну да, я это полагал само собой разумеющимся. Что из этого тока мы найдем номинал резистора. Иначе какой смысл в этих формулах.

И как только Вы будете считать его, кроме тока базы Вам понадобится и Uбэ(нас). Особенно на 3.3 или 1.5 вольтах, где оно будет от 25% до 50% от входного напряжения.

В смысле, что бы вычесть его из источника?
Разумеется.

Пример
Хочу ключ для ардуины (выдает 5В не более 25мА) на BC546
http://www.nxp.com/documents/data_sheet ... 46_SER.pdf
Vbe sat = 0.9В при Ic = 100 мА; Ib=5мА
hfe = 110 для самого плохого.
Ic = 100мА

Напряжение в цепи 5 - 0.9 = 4.1В
Минимальный ток базы 100 / 110 = 0.91мА
Находим сопротивление резистора 4.1В / 0.00091А = 4.5кОм
Но 0.91 это самый минимум ниже которого гарантировано будет фигня.
Воспользуемся например рекомендацией El-Eng и накинем скажем 200%, получается 2250 Ом.
Обычно берут 1кОм и не парятся, что я собственно всегда и делал. Это в 4.5 раза запас.
Вот и весь расчет.

Но пропускать через КЭ можно меньше, не обязательно все 100мА, скажем 20мА... светодиод мощный надо зажигать...

Да, 5% может я загнул, совсем мало. Но с 25% запасом делал, проблем не было.

Из того же даташита видно, что при Ib=0.5мА, Ic уже =10mA и Vbe sat = 760mV.
Поэтому с 1кОм точно будет тип топ.

При этом нужно помнить, что от "коэффициента насыщения" зависит быстродействие ключа и его нагрузочная способность, поэтому часто приходится идти на компромисс.

Именно. Накинули без фанатизма и нормуль.

ПС: Как обычно большое спасибо котам за подробные объяснения, вынес для себя полезные моменты.

[ApTu(T]

XMM2 = 0.32
R1 = 983 Ом

Выглядит невероятным. Или Вы полярность светодиода перепутали (но 320мка тогда много), или Вы первый мультиметр со вторым перепутали.

Всё точно так же как на схеме мерил

[ptr128]

Что поделаешь, "если на клетке со слоном висит надпись буйвол - не верь глазам своим" (с)
Уменьшим R1 последовательно до 510 и 220 Ом сделав два замера тока на XMM2

[ApTu(T]

510 = 5,35
220 = 9.3 и падало до 1.8 и ниже просто не стал ждать...

[musor]

для оптопар открытым каналом это нормалный коэфициент