Jak odczytać z wykresu wzmocnienie tranzystora?

[szef]

Mam pytanie, jak odczytać dla tranzystora BC546B wzmocnienie hfe dla danego Ic z wykresu karty katalogowej? Np. dla Ic 0,13A.

[daniel89]

Wzmocnienie beta jest to prąd kolektora do prądu bazy. beta= Ic/Ib . Jak widzisz zależne też jest t od przyłożonego napięcia Colektor-Emiter. Dla 130mA przy 1,2V przypuszczam że to gdzieś koło 1,5mA będzie prąd bazy. Podstawiając do wzoru to masz gdzieś wzocnienie x87 . Jeśli się mylę to niech mnie ktoś poprawi.

Edytowano Czerwiec 5, 2019 przez daniel89

[marek1707]

Jak rozumiem, mówisz szefie o sytuacji hipotetycznej, prawda? Bo na pytanie jakie wzmocnienie konkretnych warunkach ma Twój tranzystor odpowie tylko pomiar. Wykresy przedstawiają tylko jakiś typowy przypadek, a na dodatek ten BC546 ma konkretną grupę wzmocnienia (tutaj: B), wrzucającą go do pewnej szufladki/widełek określonych przez producenta w tabelce. Współczynnik wzmocnienia rzeczywiście definiowany jest jako stosunek prądów, a w zasadzie jako stosunek różnic prądów ΔIc/ΔIb. To klasyczny przykład pomiaru nachylenia krzywej: im przyrosty stają się mniejsze tym pomiar bardziej dotyczy punktu.

Akurat wykres pokazany przez daniela89 nie jest tym najlepszym, jaki można w tym temacie pokazać. Ten dotyczy zachowania sie tranzystora w sytuacji skrajnej: gdy Uc zaczyna być niepokojąco (jak na układ analogowy, liniowy) małe czyli <2V. Akurat wtedy wzmocnienie zaczyna gwałtownie spadać i mówimy, że element wchodzi w nasycenie. Liniowe do tej pory wzrosty prądu Ic załamują się, mimo pompowania coraz więszego prądu do bazy prąd kolektora już nie rośnie tak chętnie aż wreszcie mamy sytuację na dole wykresu (Uce < 0.5V) gdy po pracy liniowej zostaje tylko wspomnienie.

Pytanie podstawowe jest takie: czy projektujesz układ mający pracować właśnie liniowo, tj. czy będziesz próbował wzmacniać jakiś sygnał (audio?, z czujnika?) wierząc, że to co dostajesz na wyjściu jest prawie liniowym odpowiednikiem (tylko większym) tego co na wejściu, czy raczej budujesz klucz do przekaźnika czy jakiejś diody LED i chcesz wiedzieć ile wepchnąć do bazy by na pewno, w każdych warunkach popłynęło w kolektorze te min. 130mA i nie usmażyło przy okazji tranzystora. W obu przypadkach pamiętaj, że tego typu układów nie projektuje się na konkretne wzmocnienia tranzystorów tylko na najgorsze przypadki, bo musiałbyś dobierać i sortować elementy odrzucając pewnie z połowę. 

Wykresem bardziej odpowiednim (ale wciąż mówimy o przypadku średnim, do swojego własnego tranzystora musisz go po portosu stworzyć samodzielnie przez pomiary, to żadna magia) do oszacowania możliwego wzmocnienia będzie moim zdaniem wykres ch-ki wyjściowej, czyli rodzina prawie poziomych, coraz wyższych linii Ic = f(Uce) gdzie parametrem kolejnych wykresów jest Ib. Nie wstawię tego teraz (a szkoda), ale każdy na pewno wie o co chodzi. To tam widać (na poziomych odcinkach linii) co robi tranzystor nie zmuszany do ekstremów, pracujący w komfortowych warunkach (ojej, to jakieś fatum?..) źródła prądowego.

[daniel89]

dzięki @marek1707 za wyjaśnienie, sam się coś dowiedziałem 😉 . Co do tego BC546 to masz tam max 100mA prądu ciągłego dla colektora, więc to 130mA to trochę ryzykowne-wręcz nie do ciagłego przewodzenia. Rodzina z grupy B ma wzmocnienie od 200 do 450 max  (średnio 300) to też zależne od napięcia jest dla 5V podaje producent 180 wzomcnienie przy 100mA prądu kolektora bo przy 2mA masz już ten pełny przedział. Co do charakterystyk to podają producenci skrajne przypadki. Podstawiając pod wzór co podałem, możesz sobie wyznaczyć jaki prąd bazy ma być dla wzmocnienia jakie chcesz osiągnąć.Np. dla beta=100, Ic=130mA ,  Ib=Ic/beta . Ib=1,3mA . To wszystko są wartości dla napięcia kolektor emiter 5 V i temperatury otoczenia 25 st C. Dla innego napięcia musisz wykonać pomiary, lub oszacować.

@marek1707 , możesz to potwierdzić lub poprawić co nsapiałem , czy tak się dobiera wzmocnienie ?

Co do odczytania całego zakresu wzmocnienia to jak najbardziej własne pomiary są wskazane.

 

Ciekawy też jest przypadek na wykresie 7. Tam jest wzmocnienie dla prądu stałego i nie jest już takie 200 do 450 😉

Co do pełnej charakterystyki ogólnej tranzystora bipolarnego to każdy wie jak wygląda i z niej można tak samo wiele wywnioskować :

 

Edytowano Czerwiec 5, 2019 przez daniel89

[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

[marek1707]

12 minut temu, daniel89 napisał:

więc to 130mA to trochę ryzykowne-wręcz nie do ciagłego przewodzenia

 

13 minut temu, daniel89 napisał:

Podstawiając pod wzór co podałem, możesz sobie wyznaczyć jaki prąd bazy ma być dla wzmocnienia jakie chcesz osiągnąć.Np. dla beta=100, Ic=130mA ,  Ib=Ic/beta . Ib=1,3mA . To wszystko są wartości dla napięcia kolektor emiter 5 V i temperatury otoczenia 25 st C

No właśnie, dlatego zaznaczyłem, że kluczowa jest odpowiedź na pytanie: co robimy, co to za aplikacja. Bo akurat ten tranzystor w trybie analogowym (Uce>2V) nie wyrobi z ciagłym prądem kolektora 130mA (ciekawe dlaczego akurat takim?), ale już jako klucz PWM ma szansę.

Daniel89, jest taki ciekawy wykres zmian współczynnika wzmocnienia w fukcji prądu kolektora, Fig.7:

https://www.onsemi.com/pub/Collateral/BC546-D.PDF

Wrzucam link do datasheet, bo różni producenci mogą mieć różne karty katalogowe. To wciąż zdjęte przy komfortowym Uce=5V a sam widzisz, że nawet w takich warukach tranzystor z Icmax=100mA powyżej prądów 60-100mA stacza się do rynsztoka. Natomiast zmierzyli to i chwała. To oznacza, że można załączać nim prądy nawet i >200mA tylko kosztem marnowania mnóstwa mocy na sterowanie. No i w krótkich impulsach rzecz jasna. To nie jest z założenia tranzystor mocy więc odpowiedniego wykresu brakuje, ale u jego większych braci możemy spotkać specjalny rysunek pokazujący jak długie i jak częste mogą być impulsy przekraczające możliwości prądowe/mocowe danego elementu. Bo nie tylko długoczasowa, średnia moc strat jest ważna - jak mogłoby wydawać się z uśredniania energii i bezwładności cieplnej elemenu, ale także pojemność cieplna obudowy. Bo to ona w całości musi pochłonąć energię impulsu gdy czasu jest na tyle mało (krótki impuls) by ciepło nie zdążyło jeszcze odpłynąć na zawnątrz, do otoczenia lub radiatora.

No i - wracając do tematu - ku mojemu zaskoczeniu nie mamy tu ch-ki wyjściowej, o której pisałem w poprzednim poście. Na szczęście coś takiego wrzuca Fairchild (Fig.1):

https://www.mouser.com/ds/2/149/BC547-190204.pdf

Widać, że ten (jakiś ich uśredniony) tranzystor jeszcze daje radę jako wzmacniacz liniowy do prądów kolektora rzędu 60mA. Powyżej (dla większych prądów bazy) wykresy zaczynają być strome co oznacza, że tranzystor (jego kolektor) przestaje być źródłem prądowym a więc sygnał odzyskany z opornika kolektorowego będzie zależał nie tylko od prądu bazy, ale także od napięcia Uce a to oznacza zniekształcenia. Im ta płaska część krzywej jest bardziej pozioma, tym lepiej, to chyba jasne. Widać też, że dla małych prądów Ib (czyli w spokojnych warunkach pracy jako wzmacniacz liniowy) trzeba zapewnić Uce>2V, bo poniżej wykres sie załamuje i leci w dół - tranzystor wchodzi w nasycenie. Dla dużych prądów bazy/kolektora w zasadzie trudno mówić o pracy liniowej - linia nigdzie nie jest pozioma a przejście do nasycenia jest właściwie wszędzie.

Moim zdaniem warto kiedyś usiąść na godzinkę i zastanowić się na spokojnie nad taką stroną wykresów. Na początku wydają się dość zaawansowaną magią, ale po dotarciu do pewnego punktu przełamania świat staje się piękny a jeden, drugi i piąty malunek zaczynają tworzyć wspólną całość jak trójwymiarowy obraz z dwóch przesuniętych fotografii. Bo to przecież powiązane ze sobą ch-ki jednego i tego samego elementu. I w każdej z nich widać odbicie pozostałych, prawda? 🙂 

[daniel89]

Oj z tym oddawaniem ciepła przez element to też można książki pisać. Najbezpieczniej to i tak dawać jak największy można radiator jeśli jest to w obudowie TO220, bo jak to małe pikatchu to tam nawet gluta nie posmarujesz 😉 . Te tranzystory były robione raczej tylko jako przełączniki do wysterowania nawet przez to PWM z jakiś mikroprocków to jak najbardziej spełnią zadanie, ale do budowy wzmacniaczy to fakt że są lepsze elementy i też zależy jakich wzmacniaczy i jakie pasmo przenoszenia bo do konkretnego urządzenia są dedykowane elementy na wzmacniaczach operacyjnych a nie zwykłych tranzystorkach kluczujących, chociaż pewnie i z tego dało by się wzmocnić układ, ale czy jest sens? Więc to pytanie o wzmocnienie tego elementu uważam za czysto teroretyczne, że raczej kolegę interesuje tylko sama wiedza jak odczytać wzmocnienie, a już po naszych postach będzie wiedział, też nie ma co wnikać w szczegóły bo można i prace doktorską z tego napisać. Z tym 60mA to faktem jest że poza tą granicą już nie pracuje liniowo wzmocnienie co widać , a ten wykres pokazałem wcześniej. Ostatnio nawet oglądałem wykład o świecie atomów i tam wogólne wszystko pokazują że jest oderwane od świata realnego, więc pozostańmy przy tym co jest namacalne 😉 .

[marek1707]

Ups, to ja chyba straciłem wątek 😞 gdzieś tak w połowie tego środkowego zdania. Trudno, zaczekajmy na autora, może napisze o co mu chodziło.

BTW: Czy ten poczwórny obrazek wrzucony po edycji Twojego postu dotyczy rzeczywiście BC546, czy to jakiś skan z książki typu "Tranzystory dla opornych" tj. czy wnosi coś do sprawy, czy jest tylko ozdobnikiem takim jak ten poniżej?

[daniel89]

Napisałem że to ogólny z książek przykład wykresów tranzustora bipolarnego, nie jest to z datasheet.

[szef]

6 godzin temu, marek1707 napisał:

Ups, to ja chyba straciłem wątek 😞 gdzieś tak w połowie tego środkowego zdania. Trudno, zaczekajmy na autora, może napisze o co mu chodziło.

BTW: Czy ten poczwórny obrazek wrzucony po edycji Twojego postu dotyczy rzeczywiście BC546, czy to jakiś skan z książki typu "Tranzystory dla opornych" tj. czy wnosi coś do sprawy, czy jest tylko ozdobnikiem takim jak ten poniżej?

marek1707, daniel89 dziękuję za odpowiedź. Jednak na pewnym szkoleniu właśnie z wykresów definiowano wartość wzmocnienia dla żądanego prądu Ic. Dla tego tranzystora poniższy wykres wzmocnienia z katalogu jest dla mnie nie zrozumiały, dlaczego hfe ma takie niskie wartości 0-5 -2 ....

8 godzin temu, daniel89 napisał:

Ciekawy też jest przypadek na wykresie 7. Tam jest wzmocnienie dla prądu stałego i nie jest już takie 200 do 450 😉

 

 

spodziewałem się raczej wykresu jak ten, ale czy on jest dla BC546B ??

 

A to wszystko po to, że analizuje taki prosty układ, w którym chce obliczyć wartość rezystora R1, a zeby to zrobic potrzebuje wartość beta. Zobaczcie proszę na obliczenia i dajcie proszę znać czy jest ok - no i jaką wartość i z którego wykres przyjąc bete??

DOK_0001.pdf

[marek1707]

Przyjrzyj się, wykres 7 ma oś Y opisaną jako: "DC CURRENT GAIN (NORMALIZED)". Kluczowe jest tu poczywiście słowo "znormalizowany", co pokazuje jak zmienia się wzmocnienie w funkcji prądu kolektora dla każdego typowego tranzystora tego typu względem wzmocnienia przyjętego za wzorcowe. Tutaj tym punktem są okolice Ic=5mA, gdzie współczynnik wynosi 1. No i teraz widać, że dla prądu ok 40mA dostaniesz wzmocnienie prawie 1.5 raza większe (cieszymy się), ale dla prądów dużych (dla małych też, choć spokojniej) spada poważnie, nawet do 20% wartości "wzorcowej" 😞 

A swój układ policz jakkolwiek, np. przyjmij wzmocnienie 217, bo tak. Przecież i tak nie masz żadnego konkretnego tranzystora a już Ci pisałem, że w tego typu układach nie możesz zakładać konkretnego wzmocnienia dla całej serii. Wniosek: układów bazujących na konkretnym wzmocnieniu nie buduje się, chyba że godzisz się na rozrzuty parametrów (np. prądów) rzędu 50%.

Przy okazji: chciałbym, żebyś wytłumaczył to co to ma robić? Tak na Twój rozum, po co to budujesz albo jaki będzie główny cel działania tego czegoś? Chciałbym upewnić się, że widzisz i rozumiesz wszystkie jego cechy, np.działanie ujemnego sprzężenia zwrotnego.