Problem z zaprojektowaniem prostego układu z tranzystorem

[Hromosom]

nie zapominajcie że parametry z karty katalogowej są podane dla określonych warunków;
tutaj prąd bazy to 5mA a prąd kolektora 100mA oznacza to że wzmocnienie (hFE) wynosi tylko 20  (jeśli mnie pamięć nie myli tranzystor pracował ze wzmocnieniem 300)

Na marginesie polecam LTspice bywa przydatny szczególnie w tego typu problemach 🙂

[eppe]

@bigos Często mi się to zdarza 😅

 

[eppe]

Wartości się rozjechały albo ja mam z tym problem? @bigos

Założony Ic 30mA a zmierzony 7,9mA

Założony Ib 90uA a zmierzony 24uA 

Jutro jeszcze raz spróbuje

 

 

Edytowano Luty 13, 2022 przez eppe

[bigos]

Próbuj. Składałem na stykówce i wyszło bardzo dobrze.

[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

[Gieneq]

@bigos @eppe w międzyczasie kolega @Hromosom dodał coś od siebie, polecam się zapoznać 🙂 

20 godzin temu, Hromosom napisał:

W sumie warto dodać że projektowanie układu w oparciu o betę to na ogół zła praktyka

Zgadzam się w 100%, wpływ temperatury na parametr betta jest ogromny, nie jest on też zabardzo znany na etapie projektowania, dlatego buduje się układy wzmacniacze niezależne od betta.

Postaram się zaproponować inny sposób na poradzenie sobie z tym tematem. Po pierwsze konkretne założenia:

• Zasilanie 5V,
• Prąd kolektora I_C = I_E = I_D (prąd diody) = 30mA.

Pierwsza sprawa, w naszym układzie jest zielona dioda, której charakterystyki nie znamy, więc otwieramy dokumentację (albo mierzymy samemu) i szukamy napięcia dla prądu 30mA:

Czyli dla I_D = 30 mA U_D = 2,3 V.

To teraz patrzymy na 2 oczka których suma napięć to 5V:

• od kolektora: 5V = U_R2 + U_CE + U_RD + U_D,
• od bazy: 5V = I_B*R₁ + U_BE + U_RD + U_D.

Dla uproszczenia prądy I_C = I_E = I_D nazywam I_C

Sprawdzam U_BE i dla prądu IC = 30mA U_BE = 0,7V:

Te U_BE jest orientacyjne bo wykres jest dla U_CE 5V, a u nas tyle nie będzie, ale zazwyczaj bierze się około 0,7V

Podstawiam co wiem:

• od kolektora: 5V = 30mA * R₂ + U_CE + 30mA * R_D + 2,3V,
• od bazy: 5V = I_B*R₁ + 0,7V + 30mA * R_D + 2,3V.

Mamy więc niewiadome: I_B, R₁, R_D i R₂. Uznajmy że chcemy wyznaczyć R₁ stąd I_B jako sterowanie tranzystora, a dobierzmy sobie R₂ = R_D = 10Ω

Czyli z 5V = 30mA * R₂ + U_CE + 30mA * R_D + 2,3V wyjdzie że U_CE = 2,1V. Szukamy punktu przecięcia na charakterystyce:

 

Czyli IB to coś pomiędzy tymi podkreślonymi. I_B = 125 uA, czyli podstawiam do drugiego i wyszło: R1 (bazy)= 13,6kΩ.

@eppe możesz jeszcze zastanowić się nad stabilnością takiego układu, jak zmiany prądu bazy wpływają na prąd kolektora 😉 

 

Edytowano Luty 14, 2022 przez Gieneq

[bigos]

3 godziny temu, Gieneq napisał:

Czyli z 5V = 30mA * R₂ + U_CE + 30mA * R_D + 2,3V wyjdzie że U_CE = 2,1V. Szukamy punktu przecięcia na charakterystyce:

Takie podejście do rozwiązania układu wydaje się bardzo dokładne i profesjonalne. Z niecierpliwością czekam na rozwinięcie kursu dotyczącego teorii obwodów, aby móc tak sprawnie poruszać się po obwodzie i posługiwać się informacjami w notach katalogowych. Nie rozumiem, dlaczego Uce zostało obliczone i wyniosło 2,1V, skoro jest to spadek napięcia i jest on wprost podany w nocie katalogowej tego tranzystora. Chcesz przez to powiedzieć, że spadek na kolektorze jest większy trzykrotnie od spadku na złączu baza-emiter?

Wychodzi na to, że tranzystor nie będzie w stanie nasycenia tylko trzeba będzie go odpowiednio przymknąć, aby na (to chyba nie jest złącze C-E odłożyło się 2,1V.

Wykonałem obliczenia wg. Twojej metody, lecz podstawiając swoje założenia min. IC=0,020A. Przyjąłem dla eksperymentu, że tranzystor ma wzmocnienie 250 i takie podałem do symulatora. Założyłem, że spadek napięcia na C-E wyniesie jak wg noty katalogowej 0,25V. 

Wydaje mi się, że otrzymaliśmy ten sam efekt tylko inną drogą. Ja odłożyłem napięcie na rezystorach (2 x 65om)przy pełnym przepływie prądu przez tranzystor, a Ty odłożyłeś te napięcie na przymkniętym tranzystorze dzięki zmniejszeniu rezystancji R2 i RD (2 x 10om)

Edytowano Luty 14, 2022 przez bigos

[Gieneq]

3 godziny temu, bigos napisał:

Chcesz przez to powiedzieć, że spadek na kolektorze jest większy trzykrotnie od spadku na złączu baza-emiter?

A czemu by nie 🙂 może i być 10x większy. Jakbyś podłączył Kolektor do zasilania, emiter do masy, a na baze podał masę to wtedy U_CE = U_CC = 5V.

3 godziny temu, bigos napisał:

Nie rozumiem, dlaczego Uce zostało obliczone i wyniosło 2,1V

Obliczenie U_CE pozwala mieć punkt zaczepienia do wykresów w dokumentacji. Wykresy to pomiary. Równie dobrze, weź sobie tranzystor, zmierz co tam uważasz, zrób wykres i stosuj go w swoich doświadczeniach 🙂 Chodzi o to, by wyprowadzić wzór i mieć dane które będą pasować do niewiadomych.

Czyli jak w dokumentacji masz wykres np. I_C od I_B to kiedyś w jakimś testowym układzie ktoś zmieniał prąd bazy i patrzył jak zmienia się prąd kolektora i teraz możesz przełożyć to na układ jeżeli wyprowadziłeś wzór i masz np. I_C = xxx * I_B + yyy.

3 godziny temu, bigos napisał:

Wychodzi na to, że tranzystor nie będzie w stanie nasycenia

Pytanie czy ma być. Jeżeli chcesz stan nasycenia to albo bez liczenia i pewnie będzie ok. Jeżeli chcesz coś liczyć to UCE będzie minimalne 9mały spadek -> mały opór -> małe straty mocy), więc wystarczy że podstawisz tam jakiś bardzo mały spadek napięcia i wyznaczysz na nowo rezystancje - pewnie będą nieco większe. Wtedy z tego wyznacz IB i gotowe.

 

3 godziny temu, bigos napisał:

Wydaje mi się, że otrzymaliśmy ten sam efekt tylko inną drogą. Ja odłożyłem napięcie na rezystorach (2 x 65om)przy pełnym przepływie prądu przez tranzystor, a Ty odłożyłeś te napięcie na przymkniętym tranzystorze dzięki zmniejszeniu rezystancji R2 i RD (2 x 10om)

Na to wygląda, myślę że jakbyś zwiększył rezystancje to by udało się zredukować te 261 mV. Możesz jeszcze poczytać o wpływie rezystora w emiterze, bo to że masz 1 rezystor w kolektorze i drugi w emiterze ma głębszy sens. Tu najlepiej jakby właściwe obciążenie bylo w kolektorze, a w emiterze jeden rezystor np 100R który służy za stabilizator bazy. Taki numer 🙂 

[bigos]

Cytat

A czemu by nie  może i być 10x większy. Jakbyś podłączył Kolektor do zasilania, emiter do masy, a na baze podał masę to wtedy UCE = UCC = 5V.

No racja.. Jakoś zakodowałem sobie w głowie, że tranzystor musi być zawsze otwarty maksymalnie. A przecież on jest po to by go odpowiednio przymykać i otwierać - sterować prądem bazy. Nie musi być jedynie przełącznikiem "0 lub 1". Muszę o tym pamiętać.

Choć coś mi podpowiada, że odkładanie napięcia na tranzystorze do ciągłego zasilania elementu tym samym napięciem (powinienem powiedzieć pracy liniowej?) jest chyba gorsze od odkładania napięcia na rezystorach z powodu wydzielanego ciepła, które dla tranzystora nie jest chyba pożądane. To rezystory są do tego stworzone. Przypominam, że jestem początkującym hobbystom elektroniki i nie chce tu odkrywać kwadratury koła. To takie luźne dyskusje, bo temat wydaje się być bardzo ciekawy i nie taki prosty.

Cytat

myślę że jakbyś zwiększył rezystancje to by udało się zredukować te 261 mV.

 Na pewno tak. Te 260mV jest tam dlatego bo tyle podstawiłem do obliczeń (dokładnie 0,25V). Po prostu wziąłem tą wartość z noty katalogowej przy założeniu nasycenia tranzystora.

Cytat

Możesz jeszcze poczytać o wpływie rezystora w emiterze, bo to że masz 1 rezystor w kolektorze i drugi w emiterze ma głębszy sens. Tu najlepiej jakby właściwe obciążenie bylo w kolektorze, a w emiterze jeden rezystor np 100R który służy za stabilizator bazy. Taki numer  

To bardzo ciekawe, na pewno doczytam!

[Gieneq]

1 minutę temu, bigos napisał:

jest chyba gorsze od odkładania napięcia na rezystorach z powodu wydzielanego ciepła

Tak wydziela się ciepło, ale czasami ten sposób sterowania jest potrzebny. Np wzmacniacz operacyjny jest zbudowany z tranzystorów które pracują w obszarze liniowym. W zasadzie wszystko co działa analogowo działa w obszarze liniowym. Tylko w takich wzmacniaczach operacyjnych prądy są tak małe, że moc jest niezauważalna.

Nie wiem czy jesteś trochę w temacie audio, ale jest coś takiego jak klasy wzmacniaczy. To co masz w telefonie to wzmacniacz klasy D - działa on podobne co PWM czyli otwiera i zamyka tranzystor - obszar nasycenia i odcięcie więc bardzo wydajnie (wydajność 90% +). Ale są wzmacniacze klasy A o fatalnej sprawności kilku % gdzie tranzystor (albo lampa) pracuje w takiej konfiguracji że ustalasz jej tzw. punkt pracy - napięcie UCE i prąd IC który płynie cały czas, nastepnie np. na bazę podajesz sygnał audio z jacka i ten sygnał jest wzmacniany i odbierany np z kolektora.

Wzmacniacze A i ich ulepszenia np. B, AB są dalej stosowane (sam mam wzmacniacz klasy B) gdzie jest element wzmacniający, a zmacniacz nawet jak nie gra to ładnie dogrzewa mieszkanie 😉 

Uzupełniając punkt pracy jest potrzebny, żeby trafić we fragment charakterystyki, która nam się podoba (najlepsze są te w kształcie linii prostej) wtedy dźwięk na wyjściu brzmi najlepiej. A dlaczego używa się takie grzejące się wzmacniacze? Bo zależnie od gustu brzmią lepiej.

Sam niedawno byłem w sklepie dla audiofili i słuchałem wzmacniacz tranzystorowy klasy D, który brzmiał sucho i ostro. Za to jeden okaz klasy B lampowy brzmiał bardzo ładnie, ciepło i głęboko.

12 minut temu, bigos napisał:

Przypominam, że jestem początkującym hobbystom elektroniki

Super, ja też! 🙂 Może trochę mniej początkującym, ale dalej się uczę.

[eppe]

@Gieneq

Dnia 14.02.2022 o 08:48, Gieneq napisał:

@bigos @eppe w międzyczasie kolega @Hromosom dodał coś od siebie, polecam się zapoznać 🙂 

Zgadzam się w 100%, wpływ temperatury na parametr betta jest ogromny, nie jest on też zabardzo znany na etapie projektowania, dlatego buduje się układy wzmacniacze niezależne od betta.

Postaram się zaproponować inny sposób na poradzenie sobie z tym tematem. Po pierwsze konkretne założenia:

• Zasilanie 5V,
• Prąd kolektora I_C = I_E = I_D (prąd diody) = 30mA.

Pierwsza sprawa, w naszym układzie jest zielona dioda, której charakterystyki nie znamy, więc otwieramy dokumentację (albo mierzymy samemu) i szukamy napięcia dla prądu 30mA:

Czyli dla I_D = 30 mA U_D = 2,3 V.

To teraz patrzymy na 2 oczka których suma napięć to 5V:

• od kolektora: 5V = U_R2 + U_CE + U_RD + U_D,
• od bazy: 5V = I_B*R₁ + U_BE + U_RD + U_D.

Dla uproszczenia prądy I_C = I_E = I_D nazywam I_C

Sprawdzam U_BE i dla prądu IC = 30mA U_BE = 0,7V:

Te U_BE jest orientacyjne bo wykres jest dla U_CE 5V, a u nas tyle nie będzie, ale zazwyczaj bierze się około 0,7V

Podstawiam co wiem:

• od kolektora: 5V = 30mA * R₂ + U_CE + 30mA * R_D + 2,3V,
• od bazy: 5V = I_B*R₁ + 0,7V + 30mA * R_D + 2,3V.

Mamy więc niewiadome: I_B, R₁, R_D i R₂. Uznajmy że chcemy wyznaczyć R₁ stąd I_B jako sterowanie tranzystora, a dobierzmy sobie R₂ = R_D = 10Ω

Czyli z 5V = 30mA * R₂ + U_CE + 30mA * R_D + 2,3V wyjdzie że U_CE = 2,1V. Szukamy punktu przecięcia na charakterystyce:

 

Czyli IB to coś pomiędzy tymi podkreślonymi. I_B = 125 uA, czyli podstawiam do drugiego i wyszło: R1 (bazy)= 13,6kΩ.

@eppe możesz jeszcze zastanowić się nad stabilnością takiego układu, jak zmiany prądu bazy wpływają na prąd kolektora 😉 

 

Stabilność tego układu będzie na pewno mała przez zmiany oporności rezystorów na skutek wydzielanego ciepła. Lepszy byłby taki sam układ z dzielnikiem napięcia na bazie. O tych prądach muszę jeszcze trochę doczytać.

Edytowano Luty 19, 2022 przez eppe

[eppe]

Po długiej przerwie wziąłem się za to jeszcze raz. Obliczyłem ten sam układ za pomocą β=200 (nota katalogowa), pomiary odbiegają nieznacznie od założeń co można uznać za sukces.