Kilka pytań o tranzystory - współczynnik wzmocnienia

[Scynk]

Cześć 🙂 Jako że jest to mój pierwszy wpis na forum to chciałbym na początku wszystkich przywitać 😉

Mam problem ze zrozumieniem współczynnika wzmocnienia tranzystorów: szukam w dokumentacji przykładowo takiego BD139, i jest tam tabelka hFE, w której jest 40-100, 63-160 i 100-250. Na stronach z kursami/filmikach wszędzie są wzory w stylu Ic=Ib*beta. Ale w takim razie, gdy tutaj są widełki od 40 do aż 250, to jak policzyć realne wzmocnienie, które będę miał w układzie? Powiedzmy, że prąd bazy będzie 2mA. To prąd kolektora będzie jaki? 80mA? 500mA? Albo w drugą stronę - gdy chciałbym mieć prąd kolektora np. 200mA, to jaki powinien być prąd bazy? 0,8mA czy 5mA?

I jest jeszcze druga kwestia, której nie do końca rozumiem. Skoro tranzystory bipolarne są ponoć "sterowane prądowo" (cokolwiek to znaczy) to dlaczego wszędzie pisze, że powyżej 0,7V przewodzi, a poniżej nie? Skoro to ma jakoś od prądu zależeć? Albo czy może się zdarzyć taka sytuacja, że napięcie Ube będzie np. 1V lub 2V zamiast tego 0,7?

Zgaduję, że osoby dłużej siedzące w temacie pewnie pomyślą "znowu kolejnemu będę 10 raz to samo pisał :D" ale byłbym wdzięczny za rozjaśnienie trochę tych kwestii 😉

Pozdrawiam 😉

[marek1707]

No niestety, jest jak piszesz. Nie masz gwarancji konkretnego wzmocnienia i na jednym tranzystorze bardzo trudno zrobić stopnień o wzmocnieniu np. zawsze 50. Musiałbyś w każdej zbudowanej sztuce układu mierzyć parametry i dobierać okoliczne oporniki/kondensatory do uzyskania pożądanego wzmocnienia. Tego typu układy liczy się na najgorszy przypadek. Jeżeli chcesz w kolektorze dostać na pewno 200mA (bo tyle wymagają np. jakieśtam diody LED) to przyjmujesz najmniejsze wzmocnienie wymienione przez producenta dla danego typu (i grupy) tranzystora np. 65 i wychodzi, że musisz wepchnąć w bazę conajmniej 3mA.

Sterowanie prądowe oznacza ni mniej ni więcej tylko to co już sam napisałeś: Ic = Ib * beta. Działamy na prądach. A smutną sprawą jest to, że tranzystor bipolarny "od strony wejścia" nie wygląda jak opornik tylko jak dioda. Jej charakterystykę prądowo-napięciową znajdziesz bez problemu. Po 5 sekundach patrzenia na wykres zrozumiesz, że aby w ogóle płynął w diodzie jakiś prąd, musisz podjechać z napięciem powyżej 0.5-0.6V. I niestety nie jest tak jak w oporniku, że jak już prąd zacznie płynąć to dwa razy większe napięcie powoduje przepływ dwa razy większego prądu. Dlatego, jeśli będziesz sterował tranzystor sygnałem napięciowym np. sinusoidalnym to prąd w tak sterowanej diodzie (jej anodą jest baza a katodą emiter w npn) sinusoidę będzie przypominał tylko we wspomnieniach. A właśnie tym prądem "żywi się" tranzystor i taki wygnał wyjściowy (liniowo wzmocniony) dostaniesz w kolektorze, np.na oporniku obciążenia. Słabe, prawda? Dlatego tą metodą (czyli prościutki stopień na jednym tranzystorze i kilku opornikach/kondensatorach) nie przetworzysz ani dużych sygnałów ani z dużym wzmocnieniem. To są stopnie tzw. małosygnałowe, pracujące na bardzo malutkim wycinku ch-ki diody wejściowej - tak małym, że od biedy można uznać że nic tam się nie zagina i że zależność Ib od Ub jest na tym kawałku liniowa. Oczywiście są metody linearyzacji takich stopni by mogły przetwarzać większe sygnały, ale zawsze jest to okupione spadkiem wzmocnienia. I jeszcze jedno: wzmocnienie zależy też niestety od wielkości prądu kolektora i dlatego w danych katalogowych podawane jest dla pewnej jego wartości. Im prąd wyższy tym gorzej.

Moja wskazówka: jeśli jesteś zainteresowany tematem to poszukaj książki o podstawowych, analogowych układach tranzystorowych (wzmacniacze małosygnałowe, wzmacniacze mocy, wzmacniacze RF, generatory itp), bo w miarę możliwości mogę odpowiadać na pytania szczegółowe, ale na "rozjaśnianie" szerszego tamatu raczej nie ma tutaj miejsca. 

[Scynk]

Dziękuję za odpowiedź. Nie jestem aż tak zainteresowany tematem jak wzmacniacze, czy generatory, tylko pracuję pod uC i próbuję zrozumieć podstawy, żeby zaprojektować układ.

Czy to oznacza, że każdy tranzystor ma jeden stały (niezmienny) współczynnik wzmocnienia, który mieści się w podanym zakresie? Chodzi mi tutaj o to, że kupując tranzystor dostanę go z "losowym" wzmocnieniem z tego przedziału (a ze względu na ograniczenia produkcyjne producent gwarantuje mi te widełki)?

Cytat

 I jeszcze jedno: wzmocnienie zależy też niestety od wielkości prądu kolektora i dlatego w danych katalogowych podawane jest dla pewnej jego wartości.

I to jest opisane w nocie jako "DC current gain"? W takim razie, gdybym chciał mieć prąd na kolektorze np. 200 albo 250mA, to powinienem założyć najgorsze wzmocnienie czyli 25 (dla Ic=500mA), i na bazę puścić prąd nawet trochę większy?

Wycinek z noty:

A odnośnie tych napięć i prądów bazy, to chodziło mi tylko o to, czy mam zakładać, że skoro uC jest zasilany +5V to na rezystorze bazy (emiter do masy) odłoży się 4,3V a na tranzystorze 0,7? Czy może się zdarzyć, że z jakiegoś powodu (większy prąd?) tranzystor na przykład weźmie na siebie 1V a rezystor tylko 4?

[marek1707]

58 minut temu, Scynk napisał:

Czy to oznacza, że każdy tranzystor ma jeden stały (niezmienny) współczynnik wzmocnienia, który mieści się w podanym zakresie? Chodzi mi tutaj o to, że kupując tranzystor dostanę go z "losowym" wzmocnieniem z tego przedziału (a ze względu na ograniczenia produkcyjne producent gwarantuje mi te widełki)?

Każdy tranzystor ma jakiś współczynnik wzmocnienia mieszczący sie w podanych widełkach i zmierzony w bardzo konkretnych warunkach. Jeżeli w Twoim układzie te warunki są inne to gwarancja producenta przestaje obowiązywać: jeżeli są łagodniejsze to możesz liczyć na więcej "niż ustawa przewiduje", jeżeli bardzo ciężko doświadczysz swój tranzystor to nie uzyskasz nawet tego co napisali w datasheet. Tak, wszelkie elementy mają rozrzut technologiczny i o ile np. opornikach można liczyć na 5% tolerancji rezystancji, w droższych na 1% a w naprawdę wypasionych (i drogich) na 0.1%, o tyle akurat wzmocnienie tranzystora jest jednym z najbardziej rozrzuconych parameterów. W zasadzie najlepiej mamy z napięciem Ucmax, bo właściwie nie zależy ono od tego jak tranzystora użyjesz. Już nawet prąd Icmax, określony w katalogu na jakąś konkretną wartość, bardzo zależy od sposobu aplikacji (długość wyprowadzeń, radiator, położenie na płytce, opływ powietrza, współczynnik wypełnienia PWM), czyli generalnie od warunków chłodzenia i obciążenia.

58 minut temu, Scynk napisał:

i na bazę puścić prąd nawet trochę większy?

Używanie tranzystora jako klucza to trochę osobne (względem tego "analogowego") zagadnienie. Tutaj zależy Ci na dwóch dobrze określonych stanach: na dobrym wyłączeniu i na pełnym załączeniu oraz na szybkim i bezbolesnym przejściu między nimi. W pierwszym przypadku nie masz strat mocy (i grzania się struktury) bo nie płynie prąd, w drugim minimalizujesz moc strat przez wprowadzenie tranzystora w głębokie nasycenie (małe Ucesat). Pierwsze wydaje się łatwiejsze, z drugim może być problem, bo dysponujesz rachitycznym wyjściem procesora, które jest w stanie wypuścić kilkanaście mA, ale przy potrzebach rzędu 50mA już trzeba kombinować. Najprostszy układ sterowania bazą to rzeczywiście opornik i dioda B-E tranzystora. W tej konkretnej tabelce widzisz, że mierzyli wzmocnienia dla trzech różnych prądów kolektora. Widać, że sugerują używanie tego tranzystora w okolicach kilkuset mA. Słabo sprawdzi się dla bardzo małych (jak na niego) Ic bo w wierszu Ic=5mA gwarantują tylko wzmocnienie 25. Najbogatszy w informacje jest wiersz dla Ic=150mA gdzie producent sugeruje, że większość jego wyrobów będzie miała wzmocnienie typowe 250 (całkiem spoko jak na tranzystor mocy) no a dla 500mA to już spadek na łeb. To górny zakres możliwości prądowych tego tranzystora i tam nie można wiele oczekiwać.

Tu jedna ważna uwaga: podane wzmocnienia (i warunki pracy) nie są jeszcze tymi, których potrzebujesz do pracy jako klucza dwustanowego 😞 Zauważ, że mierzyli je dla Uce=2V a to trudno nazwać nasyceniem - to wciąż praca w zakresie liniowym. Przecież gdybyś tak używał tego elementu to już dla 150mA miałbyś stratę 0.3W. Dla 500mA straty na ciepło rosną do 1W a tego ta obudowa bez radiatora by raczej nie zniosła. Co wiecej: praca "analogowa" powoduje, że napięcie kolektora (czyli pośrednio to co widzi obciążenie) zależy od prądu kolektora więc zmieniając odbiorniki (dając więcej diodek LED lub mocniejszy silnik) zmieniałbyś jedynie moc strat na tranzystorze a nie prąd Ic, bo tranzystor pracuje wtedy jak źródło prądowe a tego bardzo nie chcesz. Tak więc zależy Ci na jeszcze głębszym wysterowaniu tranzystora, by jego Uce spadło ponżej setek mV. Tranzystory małosygnałowe umieją tutaj schodzić do <100mV, ale aż takiego wyczynu po historycznym BD139 bym nie oczekiwał.Potwierdza to kolejny wiersz tabeli: masz tu nasycenie mocno przesterowanego tranzystora: dostajesz 500mA kosztem wpychania w bazę aż 50mA i Uce wciąż na poziomie 0.5V - to chyba jest granica oporu tego elementu. Tylko skąd tu wziąć te wejściowe 50mA mając procesor jako driver, prawda? W warunkach nasycenia nie mówimy już o wzmocnieniu, bo przestaje obowiązywać zależność Ic=Ib*beta. Tu liczy się tylko małe Ucesat nawet kosztem absurdalnie dużego prądu wejściowego. Dlatego w tym wierszu nie ma podanego wzmocnienia 10, bo ta liczba tranci sens. No a kolejny wiersz pokazuje jak zachowuje się dioda B-E w warunkach ekstremalnych: potrzebuje aż 1V by popłynął w niej taki prąd, który umożliwi przepływ 0.5A podczas pracy jeszcze w obszarze "analogowym" (Uce=2V). Jesli oczekujesz poprawnej pracy jako klucz będziesz musiał jeszcze głębiej popchnąć tranzystor w nasycenie a więc i napięcie Ube będzie jeszcze wyższe (np. 1.3V?). tak, tyle odłoży się na diodzie BE, sporo na oporniku szeregowym ale pamiętaj, że i napięcie portu wyjściowego spada ze wzrostem wyciąganego z niego prądu. I to sporo. Być może z pewnych pinów procesora w ogóle nie jesteś w stanie wyssać 50mA, bo nawet jego prąd zwarciowy (stan wysoki zwarty do GND) daje mniejszy prąd . Wtedy potrzebujesz stopnia pośredniego, np.mały pnp (30V/100mA) powinien załatwić sprawę sterowania bazą czegoś dużego. Albo tranzystor Darlingtona (TIP120, BDW93, BDX53 itd itp). Albo MOSFET przygotowany do sterowania niskimi napięciami...

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Treker (Damian Szymański)]

Wołam kolegę @Electron - przeczytaj proszę wytłumaczenie @marek1707, abyś też zapamiętał jak to jest z tym wzmocnieniem. Rozumiem, że chciałeś pomóc udzielając wcześniej odpowiedzi, ale swoim postem wprowadzałeś inne osoby w błąd. Dlatego Twoją odpowiedź ukryłem - lepiej, aby nikt inny nie widział takiego wytłumaczenia 😉

[Scynk]

Dzięki za tak obszerną odpowiedź. Może faktycznie ten wycinek z noty trochę uciąłem, ale te wartości w przedostatniej kolumnie, to są wartości maksymalne. Kolumna TYP to jest ta środkowa, i jest cała pusta. Czyli w takim przypadku także nie wiadomo czy to napięcie saturacji może spaść do powiedzmy 0,1V, ale "zakładając najgorsze" trzeba się liczyć z 0,5V.

Jak wrócę do domu, to przeczytam to jeszcze raz dokładnie i na spokojnie spróbuję się zastanowić, znowu przeliczyć nieco mój układzik i odezwę się jeszcze 😉

[marek1707]

Planując duże prądy z wyjść procesora koniecznie obejrzyj wykresy możliwości (ch-ki wyjściowe) jego pinów I/O. Zwykle producenci pokazują takie rzeczy, bo czasem projektanci próbują odchudzić swoje projekty do granic możliwości rezygnując np. z driverów dla elementów wykonawczych. Małej diodzie LED wystarczy 1mA, ale gdy chcesz coś np. wysłać w podczerwieni to i 100mA może okazać się mało. Wypadałoby dać tranzystor, ale to kosztuje więc podpinamy diodę nadawczą bezpośrednio do pinu procka i powoli zmniejszamy opornik... W końcu okazuje się, że nawet przy zero omów mamy tylko 40mA i słaby zasięg. A wystarczyło obejrzeć wykres wielkości wypływającego prądu z zależności od napięcia na pinie i wszystko było jasne. A jeszcze później okazuje się, że procesor miał jeden, specjalny, wysokoprądowy pin do sterowania właśnie diodą IR.. W uproszczeniu można pin wyjściowy procesora traktować jakby miał już wbudowany do środka opornik rzędu 100 omów - to tylko przykład wartości. Są piny mocniejsze i słabsze a na dodatek ich możliwości różnią się w zależności od kierunku prądu. Zwykle prąd wpływający do pinu może być większy niż wypływający, co bierze się z lepszej jakości tranzystorów NMOS zwierających pin do masy niż tych PMOS, ciągnących pin do Vcc.

Drugom ograniczeniem jest suma prądów płynących przez wyprowadzenia Vcc i/lub GND i to też jest podawane w danych katalogowych. Prąd pinów nie bierze się znikąd i nawet jeśli nie przekraczasz możliwości jednego, to podłączając np. 8 takich mocno sterowanych tranzystorów możesz spokojnie przekroczyć te 200 (czy ile tam jest) mA prądu pinów zasilania.

Wcale nie uważam, że BD139 z ogólności nie stać na tak małe Ucesat. Uważam tylko, że dla dużych prądów nie ma on szans zbliżyć się do 100m. No ale dla małych Ic to przecież żadna łaska, można wziąć BC337 i być zadowolonym z 50mV dla Ic nawet i 100mA:

https://www.onsemi.com/pub/Collateral/BC337-D.PDF

EDIT: Może napisz co to za układzik, co chcesz zrobić, co sterować, czy jest to tylko taka wprawka do policzenia i sprawdzenia w praktyce nowych wiadomości? Bo zawsze rozmawia się łatwiej o konkretach niż tak ogólnie. Poza tym niektóre obciążenia (elektromagnesy, silniki, żarówki, piezo, długie kable itp) są bardzo wredne i trzeba uważać na ich zaskakujące cechy.

Edytowano Maj 22, 2019 przez marek1707

[Scynk]

Nie, to nie jest tylko wprawka do policzenia. To jest tak naprawdę mój pierwszy "większy" układzik, który chcę zmajstrować. Do tej pory były tylko zabawy na płytce stykowej z prądami rzędu LED'ów. A jako że generalnie schodzę z informatyki "poziom niżej" to mam czasem problemy z częścią elektroniczną układu, bo tego się dopiero uczę.

Ale jeśli wolicie konkretnie, to proszę: potrzebuję w układzie wysterować dwa micro-serwa SG-92. Przygotowałem sobie nawet jakiś taki prosty schemacik:

I zarys ogólny, który sobie wymyśliłem jest taki: Zasilanie będzie z 4xAA co daje 6V na wejściu, przechodzi przez stabilizator LDO, i do uC mamy stabilne 5V. Natomiast zasilanie serw będzie poprowadzone bezpośrednio z 6V przez tranzystor (i to właśnie głównie niego dotyczy ten wątek). Gdyby ktoś chciał zapytać dlaczego tak "dziwnie" to odpowiedziałbym, że serwa tutaj będą pracowały malutko, a generalnie przez większość czasu układ będzie przebywał w uśpieniu. A zauważyłem że serwa "nie robiąc nic" pobierają i tak dość sporo prądu. Dlatego chcę je po prostu odłączać, żeby oszczędzić baterię i załączać tylko wtedy gdy będą potrzebne. A urządzenie ma być mobilne, dlatego wszelkie zasilacze odpadają. A wcześniej pisałem o tym BD139 tylko dlatego że tranzystorów są tysiące, więc jako początkujący wziąłem jakiś popularny pierwszy z brzegu z nadzieją że się nada 😉 Co nie zmienia faktu, że i tak pytania, od których zacząłem wątek są uniwersalne. Po prostu "w praktyce" przy tworzeniu układu pojawiły się wątpliwości jak to wszystko policzyć? 😉

[Jamik]

Taki układ nie spełni swojego zadania. W stanie zamkniętym tranzystora na "+" serwomechanizmów podasz 6V, ale gdy tranzystor otworzysz to połączysz przez niego + zasilania z masą. W zależności od stopnia otwarcia tranzystora stanie się niewiele, zmienisz tranzystor w grzałkę, albo go spalisz. Ale nie odłączysz zasilania od serwomechanizmów.

Edytowano Maj 22, 2019 przez Jamik

[Scynk]

Ajjj, faktycznie babola strzeliłem 😅 Myślałem inaczej, a rysuję inaczej. Chodziło mi raczej o coś takiego:

Mam nadzieję, że teraz jest już dobrze (przynajmniej samo połączenie)

[Jamik]

Nie do końca. To znaczy, będzie działało, ale nie najlepiej. Pomiędzy emiterem a masą osiągniesz maksimum około 4,3V. A to dlatego, że, aby tranzystor zaczął przewodzić, to pomiędzy bazą a emiterem musi być około 0,6-0,7V. Reszta napięcia odłoży się na tranzystorze. A skoro będzie to około 1,7V i do tego spory prąd czerpany przez serwa, to obawiam się, że spalisz tranzystor.

[marek1707]

Niczego nie spalisz, choć rzeczywiście wybrałeś niezbyt optymalny w tej aplikacji układ pracy tranzystora. Próbujesz z robić klucz na plusie zasilania a narysowałeś wtórnik emiterowy. Ta konfiguracja ma tę cechę, że daje ogromne wzmocnienie prądowe - czyli małym prądem bazy sterujesz spory prąd obciążenia - ale niesteyy zerowe wzmocnienie napięciowe minus offset związany z Ube. Tak więc Scynk ma rację w tym, że serwo zobaczy jedynie tyle ile wyślesz z procka minus te klasyczne 0.7V a tak naprawdę pewnie jeszcze trochę mniej.

Problemy są trzy:

1. Czy wzmocnienie prądowe jednego tranzystora wystarczy do napędzania silnika serwa? Nawet taki maluch jak SG92 może spokojnie wciągnąć amper w stanie zatrzymania lub impulsowo podczas startu - z punktu widzenia silnika to to samo. O ile tranzystor przeżyje start trwający 100ms o tyle zablokowane serwo będzie wymagało stałego prądu bazy na poziomie 30-50mA i prądu kolektora 1A. A przy takim prądzie napięcie wyjściowe z portu spadnie, serwo zabaczy jeszcze mniej a cała moc wydzieli się na złączu C-E tranzystora. Słabo.

2. Czy serwo będzie poprawnie pracować przy 4V? Na pewno jego moment i prędkość spadną a tranzystor będzie się grzał - szkoda cennej energii z baterii, prawda?

3. Baterie na pewno nie lubią dużych obciążeń więc nie wystarczą do utrzymania 6V przy działającym serwie a to spowoduje spadek także na linii 5V, bo przecież stabilizator liniowy też musi mieć jakiś zapas.

Moje rady:

1. Klucze na zasilaniu robi się na dwa sposoby: chałupniczo czyli z tanzystorów pnp lub PMOS i tak jak każdy porządny człowiek: z gotowych układów klasy power management switch. Jeżeli chcesz koniecznie zrobić to na piechotę, uzbrój się w dwa tranzystory (dowolnie mały npn i coś większego pnp) i zacznij rysować:

• Od pinu procesora opornik do bazy npn.
• Emiter npn do masy.
• Kolektor npn przez opornik do bazy pnp
• Emiter pnp do plusa baterii
• Kolektor pnp do serwa
• Dodatkowy opornik między bazą a emiterem pnp
• Kolejny między pinem procesora a masą

Dla pewności pokaż schemat i możesz zabawić się w liczenie oporników. Taka konfiguracja jest konieczna, bo tylko teraz procesor nie widzi dużego zasilania na swoim pinie a klucz na linii 6V pracuje w układzie OE dając na wyjściu napięcie tylko o Ucesat mniejsze niż wejściowe. Co więcej, bazę pnp możesz teraz sterować zupełnie dowolnym prądem a pinprocesora będzie obciążony w minimalnym stopniu dzięki buforowaniu przez npn. Przemyśl ten układ i do roboty.

A kwestię scalonych kluczy przeznaczonych do wząłcznaia zasilań w rozbudowanyh układach możesz zacząc od obejrzenia tego:

https://www.tme.eu/Document/d3deb8bba0581e2368d110cd34ae96c2/MIC250X-DTE.pdf

Taki scalak nie dość że załącza obciążenie od strony plusa (czyli stojące na masie jak serwo  - to wygodne) to jeszcze raportuje problemy (zwarcie, rozłączenie) i robi to z pewną prędkością. Bo pomyśl co się stanie gdy w sewomechaniźmie jest jakiś kondensator (a jest, to pewne). Podłączając elektronikę serwa do swojej baterii podłączasz do niej rozładowaną pojemność a więc zwierasz na chwilę 6V do masy. Nikt tego nie lubi a już układy cyfrowe mają na punkcie takich szpilek fobię, więc zwykle komutacje obwodów zasilań robi się z pewną ograniczoną prędkością by nie zabijać już działających szyn zasilania i układów do nich podpiętych. W przypadku Twoich dwóch tranzystorów wypadałoby zmniejszyć slew-rate kondenstorem w bazie pnp, prawda?

Acha, i może spróbuj wyjść z piaskownicy baterii. Ani to wystarczające osiągi, ani tanie. Albo zrób/kup sobie jakiś zasilacz albo zacznij używać akumulatory. Dwa litowe 18650 dają 6-8V, mają >2Ah, wydajność wiele Amperów i można je ładować prawie w nieskończoność:

https://www.tme.eu/pl/details/cl-18650-29e_2s1p/akumulatory/cellevia-batteries/cl-18650-29e-2s1p/

EDIT:  Poza konkursem: RESET procesora zwarłeś do masy 😲

Edytowano Maj 22, 2019 przez marek1707

[Scynk]

Zacznijmy od tego, że zupełnie nie zauważyłem tego, o czym pisał kolega Jamnik. Myślałem, że spadek na linii zasilania będzie tylko przez Usat. A zapomniałem o tym, że skoro na bazie może byś maksymalnie 5V z uc, to na emiterze więcej jak 4,3 nie będzie. W moim myśleniu tam było 5,3 😉

Jeśli chodzi o te gotowe układy co wspomniałeś, to na razie jeszcze nie wiem o istnieniu takiej magii 😄 Dlatego zróbmy to na razie metodą "chałupniczą". Jak raz to sobie przeliczę, to już będę wiedział jak to działa i również co takie układziki mają w środku.

Teraz przedstawię swój tok myślenia, więc błędy proszę korygować 😉

Z tego co rozumiem układ wygląda tak:

I działa z grubsza w ten sposób:

Tranzystor Q2 steruje bezpośrednio dużym prądem, który biorą serwa (rzędu A). Ma niewielkie wzmocnienie, dlatego jego prąd bazy (np. 100mA) może przekraczać maksymalną wydajność pinów. Więc Q1 robi drugie wzmocnienie i z pinu wypływają pojedyncze mA albo i jeszcze mniej. No i po drugie jest jeszcze rozwiązana kwestia różnicy napięć, bo z uc dostaniemy przecież tylko 5V.
R1 - steruje prądem bazy Q1.
R2 - steruje prądem bazy Q2.
R3 - ma za zadanie podciągnąć potencjał bazy do Vcc, gdy Q1 otwarty.
R4 - nie wiem czy jest on konieczny, i co miałby robić 😉 Ściągać jakoś do masy? Przecież na uC programowo wystawimy tam stan niski.
C1 - tak samo nie wiem, w którym miejscu miałby być? Między bazą Q2 a zasilaniem? a emiterem? On miałby być do tego, żeby niwelować te "szpile" na zasilaniu, czy robi coś innego?

Dobra, z grubsza ogarnięte, więc czas na trochę matmy 😋

Do obliczeń "losowo" wykorzystałem BC337 i 2N5195, ale jeśli inne do tego nadają się lepiej to możecie coś podrzucić 😉 I wzorowałem się na tych notach:
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/BC337-D.PDF
http://www.mouser.com/catalog/specsheets/stmicroelectronics_cd00001168.pdf

Też na początku niestety nigdzie nie udało mi się znaleźć ile takie servo może brać maksymalnie prądu. I dlatego sobie założyłem, że takie malutkie dwa serwa to max 1A w sumie będzie.. Ale skoro mówisz, że nawet jedno może tyle wyciągnąć, to policzę, dla Ic2 = 2A. Najgorsze wzmocnienie 20, więc Ib2 = 100mA. W takim razie przy najgorszym wzmocnieniu 100, Ib1 = 1mA. Procek się nie przemęczy 😉 Ube1 i Ube2 założę 0,7v (w tabelce jest niby max. 1,2v i pewnie gdzieś jest ukryte na tych wykresach, ale nie wiem jak to odczytać). Tak samo założę Usat1 na 0,2V. W takim razie R1 będzie 4,3v/1ma = 4,3kR. R2 będzie to (5,3-0,2)/0,1 = 51R. A skoro R3 ma być tylko podciąganiem, to chyba możemy tam dać cokolwiek między 10-50k? R4 i C1 na razie zostawiam i ciekawe czy ten mój wywód z obliczeniami jest w miarę sensowny? 😉

A jeśli chodzi o bateryjki - do tego co robiłem na płytce, wystarczało mi zasilanie prosto z programatora. A tutaj ze względu na to, że będę to potem chciał komuś dać, zdecydowałem się na bateryjki - tanie i łatwo dostępne. A tak to bym musiał dorzucić jeszcze lipo'la, ładowarkę i instrukcję przeciwpożarową 😁 Ale faktycznie jeśli bym to robił dla siebie, to pewnie bym się zastanawiał, czy lipo nie było by lepsze.

Poza konkursem: faktycznie reset jest źle podpięty. Eagle'a uczę się dopiero od kilku dni, więc to są moje pierwsze schematy. Wcześniej rysowałem wszystko na kartce i jak teraz zerkam to faktycznie jest tam jeszcze kondensator 100nF przed masą 😀

Jeszcze na koniec taką swoją jedną myśl dorzucę: wcześniej uczyłem się tak "pojedynczo" bym powiedział. Czyli np. jeden program był z samymi ledami. Jak ledy umiem, to wyświetlacze 7-seg, jak to wyszło to dalej buzzer i tak po kolei, powiedzmy wszystko z osobna. Ale stwierdziłem, że lepiej będzie jeśli zmienię trochę taktykę i wymyślę sobie jakąś gotową rzecz/urządzenie/projekt i potem niejako w trakcie, po drodze będę się uczył wszystkiego co do tego potrzebne. Jest to droga może na początku o wiele dłuższa, ale myślę że ciekawsza i pewnie też przyniesie dużo korzyści później. No i tak po kolei - do zrobienia tego są mi potrzebne schematy, więc krótki kurs eagle'a i wracamy, chociażby cały czas teraz wałkujemy te tranzystory, czy serwa i tak dalej. Jak potem go skończę i będę chciał zrobić jakiś nowy projekcik to jeśli "po drodze" załóżmy będzie mi potrzebna obsługa IR, LCD, USB czy czegokolwiek innego, to się wtedy te nowe rzeczy pozna a pozostałe będę już wiedział z wcześniejszych 😉 Tak sobie wymyśliłem.

 

[Jamik]

Pobierz sobie np. LTSpice. To symulator obwodów elektronicznych. To co wyliczysz możesz do niego wrzucić i zobaczysz jak układ działa, jakie masz napięcia i prądy w kluczowych punktach układu itp. Oczywiście symulacja to tylko symulacja, ale wstępną kontrole układu zrobić pozwoli, a i eksperymenty szybsze i bezpieczniejsze, zwłaszcza dla kieszeni 😉 .

Druga sprawa która przyszła mi do głowy, to kwestia serw. Wiesz, że po włączeniu zasilania mogą szarpnąć? Nie będzie to przeszkadzać w działaniu projektu? A bez zasilania, jeśli będą obciążone, to poddadzą się?

@marek1707 Spali się tranzystor, czy nie? Kwestia do przedyskutowania. Przy spadku napięcia o 1,7V, dla BD139 wystarczy trochę ponad 700mA, żeby, bez radiatora, przekroczyć temperaturę maksymalną. A w tym układzie taki prąd nie jest oczywisty, ale i nie jest niemożliwy.

I w kwestii wydajności ogniw. Popełniłem kiedyś robocika kroczącego na 12 serwach SG90. Zasilany był zarówno z 4 ogniw AA, jak i z 4 akumulatorów NiMH AA. Dały rade 🙂. Wiem. Mało profesjonalne, ale tanie (akumulatory, nie baterie) i bezpieczne.

Pozdrawiam.

Edytowano Maj 23, 2019 przez Jamik

[marek1707]

Schemat jest OK. Dobrze rozumiesz jego działanie więc oporniki liczysz także dobrze. Ja bym nie by takim pesymistą i zaczął od np. 5x mniejszego prądu bazy pnp odpowiednio zwiększając R2. Opornik R3 rzeczywiście zapobiega ew. delikatnemu załączaniu pnp przez prądy upływu npn i może być nawet większy, 22-100k. R4 zapobiega stanom nieustalonym (czyli załączaniu układu) w chwilach gdy program nie steruje portami: gdy załączane jest zasilanie, gdy programujesz procesor lub gdy z innego powodu stoi on w stanie RESET.Wtedy nie wysyłasz tam wcale zera a pin jest w stanie wysokiej impedancji. Specyfikacje pinów tego typu zwykle podają jakąś niezerową wartość prądu płynącego do lub z pinu bo przecież nie ma pewności, że oba wewnętrzne tranzystory drivera pinu są idealne i mają zerowe prądy wyłączenia.Ponieważ są to zwykle jakieś pojedyncze uA, to możesz dać tu nawet i 100k.Ważne, żeby nie popłynęło to do bazy npn. Kondensator kształtujący/zwalniający załączanie powinno dawać się tam gdzie rezystancje są największe a prądy najmniejsze po to by nie musiał być zbyt duży. Dobrym miejsce jest baza npn (do masy) bo ten punkt jest sterowany przez R1 więc łatwo możesz tu uzyskać względnie dużą stałą czasową małym kosztem (tj. małą pojemnością). Zacznij od 1uF - to dobry punkt początkowy i zobacz oscyloskopem jak szybko narasta napięcie wyjściowe z i bez tego kondensatora. A potem (albo jednocześnie) obejrzyj drop zasilania 6V w obu przypadkach. Baterie - jako źródła chemiczne - generalnie są dość wolne więc słabo reagują na takie skokowe zmiany prądu obciążenia i spadek podczas załączania serwomechanizmów może być dość spory. Aby troszkę poprawić "odporność" źródła zasilania na takie szpile prądu możesz dać równolegle do baterii jakieś dobre 100uF. Masz co prawda kondensator na wejściu stabilizatora, ale nie wiem gdzie go tam upakujesz. Najlepiej gdyby było coś bezpośrednio na kolektorze pnp.

EDIT: Uwaga poprawka: powinno być: na emiterze pnp. Chodzi przecież o wsparcie baterii a nie o powiększenie szpilki prądu.. Przepraszam, pisałem trochę w pośpiechu.

Moim zdaniem stawianie sobie bardziej skomplikowanych zadań i rozwiązywanie praktycznych problemów w nich występujących jest dużo lepsze niż robienie monotematycznych lekcji typu "LED", "buzzer", "LCD" itd.

Powodzenia 🙂

EDIT: Jamik: pisaliśmy razem. Symulator oczywiście jest fajny, ale intuicja wyrabiana podczas ręcznego analizowania tak prostych schematów jest niezastąpiona. A kolega Scynk poradził sobie świetnie. Oczywiście kwestia spalenia się jest otwarta. Moim zdaniem raczej nie, ale przecież wszystko zależy tu od wielu czynników: typu, stanu pracy, sposobu sterowania i obciążenia serw, stanu baterii.. Nie wymyślimy tego tutaj zdalnie. Na pewno zmiana układu pracy tranzystora mocy i zminimalizowanie jego Uce była konieczna bo ewidentnie była to skucha w projekcie 🙂

Edytowano Maj 23, 2019 przez marek1707