Kurs elektroniki – #7a – tranzystory bipolarne w praktyce

[Rael1138]

2 godziny temu, H1M4W4R1 napisał:

 

• Prąd kolektora mierzy się zazwyczaj między kolektorem i obciążeniem.
• Prąd bazy mierzymy między rezystorem bazy (o ile występuje) oraz bazą tranzystora.

 

No tak, ale gdzie mierzymy ten problematyczny prąd emitera :D?

[FlyingDutch]

Cześć,

możesz założyć, że prąd emitera jest równy prądowi kolektora.

Pozdrawiam

 

[H1M4W4R1]

45 minut temu, Rael1138 napisał:

No tak, ale gdzie mierzymy ten problematyczny prąd emitera :D?

Między emiterem, a linią zasilania (o ile jest podłączony bezpośrednio do linii zasilania). W innym przypadku między emiterem, a najbliższym komponentem.

[Rael1138]

Dnia 18.10.2023 o 16:25, H1M4W4R1 napisał:

Między emiterem, a linią zasilania (o ile jest podłączony bezpośrednio do linii zasilania). W innym przypadku między emiterem, a najbliższym komponentem.

Ok, czyli tranzystor traktowany jako węzeł aby zastosować prawo Kirchoffa wyglada tak jak na obrazku po lewej? Bo w kursie wygladało to (pewnie dla uproszczenia) jak po prawej.

[H1M4W4R1]

6 minut temu, Rael1138 napisał:

Ok, czyli tranzystor traktowany jako węzeł aby zastosować prawo Kirchoffa wyglada tak jak na obrazku po lewej? Bo w kursie wygladało to (pewnie dla uproszczenia) jak po prawej.

To dużo bardziej skomplikowane Dochodzą do tego problemy typu kierunek przepływu (bipolarny nie przewodzi w kierunku zaporowym). W przypadku MOSów jest to nieco łatwiejsze..., ale też trzeba pilnować kierunków. Często prosty obwód rozciąga się do kilkudziesięciu schematów zastępczych...

W przypadku zwykłego tranzystora NPN takie założenie będzie poprawne tylko jeżeli potencjał bazy i potencjał kolektora są wyższe niż potencjał emitera. Jeżeli potencjał emitera jest wyższy niż potencjał kolektora to albo tranzystor nie przewodzi, albo zostaje przebity i zamienia się w zwarcie... Dodaj do tego jeszcze, że tranzystor ma bazę i mamy całkiem sporo potencjalnych przypadków do analizowania.

Tak jak kolega wyżej stwierdził I_E ~= I_C, gdyż wzmocnienie beta jest zazwyczaj na tyle wysokie, iż I_B jest pomijalny.

[PanMajster]

Cytat

napięcie kolektor–emiter jest bardzo małe, rzędu kilkudziesięciu miliwoltów. Oznacza to, że tranzystor wszedł w stan nasycenia.

Cytat

Przeprowadźmy proste obliczenie: znamy prąd bazy, znamy wzmocnienie prądowe – jaki zatem prąd powinien płynąć przez kolektor, aby był on nienasycony?

Wychodzi między 172 mA a 387mA. Czyli jak płynie taki prąd to tranzystor jest nie nasycony. 
To jaki będzie tranzystor jak będzie płynął prąd 130 mA lub 450 mA wtedy będzie nasycony? To żeby był nasycony musi być powyżej 387mA? ale to nie ma sensu bo dalej w artykule czytamy

 

Cytat

Tymczasem przez kolektor płynie zaledwie 7 mA. Dzieje się tak, ponieważ ogranicza go rezystor 1 kΩ. Gdyby go tam nie było, to przez kolektor mógłby popłynąć znacznie większy prąd, ale skończyłoby się to zniszczeniem diody, tranzystora oraz (prawdopodobnie) uszkodzeniem baterii.

7mA jest ok jak by było więcej to by się spalił. Czemu by sie spalił ? Przecież z not katalogowych wychodzi ze prąd jaki może a nawet powinien przez niego płynąc to 170-380mA.

Kurde nic z tego nie rozumiem. Ktoś potrafi to jakoś prosto wytłumaczyć?
Dążymy do tego by tranzystor był nasycony czy nienasycony? Domyślam się że to pierwsze.  Dlaczego wiec wyliczamy jaki prąd musi iść żeby był nie nasycony? I czemu ten prąd jest tak duży (172 mA a 387mA) jeżeli może spalić nam tranzystor?

[jand]

Tranzystor wtedy będzie nasycony, gdy tak wysterujemy bazę, aby spadek napięcia na oporniku kolektora był równy niemal napięciu zasilania.

Na przykładzie:

Załóżmy, że R_C = 1k, a V₊ = 5V.

Tranzystor będzie nasycony gdy tak wysterujemy bazę by prąd kolektora wynosił I_C =  V₊/R_C  - czyli ok. 5mA . Dla innej wartości opornika R_C będzie to oczywiście inna wartość. Tak więc, jeśli prąd nasycenia miałby wynosić 100mA, to opornik R_C musiałby mieć 5 ohmów. Wtedy moc wydzielana w tranzystorze będzie 100mA x 0,2V = 0,2W, więc pewnie się nie spali.

W rozważaniach tych pomijam fakt, że w nasyconym tranzystorze jest jakieś szczątkowe napięcie kolektor-emiter rzędu 0,1... 0,2V.

1 godzinę temu, PanMajster napisał:

Dążymy do tego by tranzystor był nasycony czy nienasycony?

To zależy od zastosowania. Przy wzmacnianiu sygnałów analogowych nie powinien wchodzić w nasycenie, bo prowadzi to do zniekształceń sygnału. 

Jeśli zaś pracuje jako klucz (coś włącza i wyłącza - np. przekaźnik) lub jest częścią układu logicznego (gdzie rozróżniamy tylko dwa stany - wysoki i niski), to jak najbardziej powinien wchodzić w nasycenie. Gdyby nie było nasycenia to w pierwszym przypadku na przekaźnik byłoby za małe napięcie i mógłby nie zadziałać, a tranzystor by się grzał.

W drugim przypadku chcemy by stan wysoki i niski były "zdecydowane", bez stanów pośrednich.

 

[jand]

Być może poprzedni wpis jest  zbyt lakoniczny, więc postanowiłem go trochę rozszerzyć - oto nowy rysunek (jakiś gotowiec z sieci):

Najpierw parę równań:

Napięcie wyjściowe będzie równe napięciu zasilania mniej spadek napięcia na oporniku R₂   - wzór      V_o = V_CC - (R₂ x I_C)

Prąd bazy wynika z napięcia na oporniku R₁ - jest to napięcie wejściowego pomniejszone o napięcie baza-emiter, które dla przewodzącego tranzystora jest w miarę stałe i wynosi ok. 0,7V.      -  wzór      I_B = (V_i - V_BE)/R₁

Prąd bazy i kolektora są powiązane ze sobą współczynnikiem wzmocnienia  β, który w zależności od typu tranzystora jest w przedziale od kilkunastu do kilkuset.

Tu sobie przyjmiemy 100.      -   wzór          I_C = β x I_B

Składając te trzy wzory do kupy otrzymamy:

V_o = V_CC - (R₂ x I_C)  = V_CC - (R₂ x β x I_B)  =   V_CC - (R₂ x β x(V_i - V_BE)/R₁)

Mamy więc zależność napięcia wyjściowego od wejściowego oraz wartości elementów.

Niech:       R₁ = 160k (inaczej niż na obrazku) ;    R₂ = 6,8k ;     V_CC = 10V

V_o =  V_CC - (R₂ x β x(V_i - V_BE)/R₁)  =  10 - (6,8 x 100 x (V_i - 0,7V)/160        = 10 -  (V_i - 0,7V) x 4,25

Sprawdźmy to dla paru wartości napięcia wejściowego:

dla napięcia wejściowego < 0,7V  tranzystor będzie zatkany, prąd kolektora nie płynie, na wyjściu jest 10V

w miarę zwiększania napięcia wejściowego napięcie wyjściowe zaczyna spadać:

dla V_i  = 1V    otrzymujemy ze wzoru  V_o =  8,725V

dla V_i  = 2V    otrzymujemy ze wzoru  V_o = 4,475V

dla V_i  = 3V    otrzymujemy ze wzoru  V_o =  0,225V    

i tu tranzystor wchodzi w stan nasycenia - nawet jak zwiększymy napięcie wejściowe, to napięcie wyjściowe dalej nie spadnie, bo "już nie ma dokąd" - wynosi prawie zero.

I na koniec:

Dawno temu, w zamierzchłych czasach, gdy nie nie było jeszcze kluczy CMOS zauważono, że jeśli  tranzystor zainstalujemy w układzie zamieniając miejscami nóżki kolektora i emitera, to tak powstałe cudo ma co prawda kiepskie wzmocnienie, ale bardzo małe napięcie nasycenia kolektor-emiter - czyli lepiej nadaje się do precyzyjnego przełączania niż ten w pozycji prawidłowej.

[PanMajster]

Z góry dziękuje za pomoc i obszerne wyjaśnienia  @jand. Przeczytałem to co napisałeś kilka razy sam też robiłem obliczenia !
Mam jednak jeszcze kilka pytań

 

Cytat

minimalnie: Ic1 = β * IB = 200 * 0,86 mA = 172 mA

maksymalnie: Ic2 = β * IB = 450 * 0,86 mA = 387 mA

Przez kolektor w ćwiczeniach płynie  7 mA. Dzieje się tak, ponieważ ogranicza go rezystor 1 kΩ.
Czyli gdyby nie ten rezystor 1k płynęło by właśnie miedzy 172 a 387mA ? I ten prąd mógł by zniszczyć tranzystor.

1. W takim razie jaki maxymalny prąd może płynąć przez taki tranzystor?

2.Żeby go nie zniszczyć a nie używać rezystora po prostu trzeba użyć mniejszego prądu bazy?

Czyli można by usunąć rezystor przy kolektorze (zakładając że nie zasila diody a np silniczek czy duży buzzer) a dać wiekszy np 100k przy wejściu na baze? Wtedy przez mniejszy prąd bazy będzie mniejszy tez prąd kolektora?

3. W ćwiczeniu tranzystor się nasycił wiec napięcie przez niego płynące wyniosło 33mV a prąd 7,33mA.

Czemu w takim razie dioda świeciła prąd OK ale skoro potrzebuje napięcia około 2V ?

4.

9 godzin temu, jand napisał:

V_o =  V_CC - (R₂ x β x(V_i - V_BE)/R₁)  =  10 - (6,8 x 100 x (V_i - 0,7V)/160        = 10 -  (V_i - 0,7V) x 4,25

Zawsze jak rezystor jest np 6,8k to podstawiamy samo 6,8 a nie 6800 ?Czyli jak by był np 7 omów to trzeba by było podstawić do obliczeń  0,007 ?

5. 

9 godzin temu, jand napisał:

dla V_i  = 1V    otrzymujemy ze wzoru  V_o =  8,725V

Czyli tranzystor steruje większym napięciem ale i tak je zmniejsza względem podpiętego. Tutaj z 10V zrobiliśmy 8,75V. Ale sterujemy tym tylko 1V

Trochę sie zmieszałem bo czytając o układzie darlingtona odniosłem wrażenie że tranzystory zwiększają napięcie a nie zmniejszają. Ale z tego wynika ze zmniejszają napięcie a zwiększają natężenie ? W dobrym kierunku ide ?

Powoli coś mi świta

[jand]

1 godzinę temu, PanMajster napisał:

Przez kolektor w ćwiczeniach płynie  7 mA. Dzieje się tak, ponieważ ogranicza go rezystor 1 kΩ.
Czyli gdyby nie ten rezystor 1k płynęło by właśnie miedzy 172 a 387mA ?

Mniej więcej.

1 godzinę temu, PanMajster napisał:

1. W takim razie jaki maxymalny prąd może płynąć przez taki tranzystor?

 

Prąd ten jest określony w karcie katalogowej tranzystora.

Innym parametrem którego przekroczenie może spowodować spalenie tranzystora jest moc rozpraszana  (I_C x V_CE), nawet jeśli I_C jest mniejszy od dopuszczalnego.

1 godzinę temu, PanMajster napisał:

2.Żeby go nie zniszczyć a nie używać rezystora po prostu trzeba użyć mniejszego prądu bazy?

Czyli można by usunąć rezystor przy kolektorze (zakładając że nie zasila diody a np silniczek czy duży buzzer) a dać wiekszy np 100k przy wejściu na baze? Wtedy przez mniejszy prąd bazy będzie mniejszy tez prąd kolektora?

Przecież silniczek, dioda LED czy buzzer też mają jakąś oporność.

Zwiększanie opornika w bazie spowoduje w końcu wyjście tranzystora ze stanu nasycenia, zmniejszanie się prądu kolektora, aż do momentu gdy to coś podłączone (silniczek, dioda LED czy buzzer) przestanie działać.

1 godzinę temu, PanMajster napisał:

napięcie przez niego płynące wyniosło 33mV

Płynie prąd, a nie napięcie.

1 godzinę temu, PanMajster napisał:

Czemu w takim razie dioda świeciła prąd OK ale skoro potrzebuje napięcia około 2V ?

Wszystko się zgadza.

W obwodzie kolektora mamy takie spadki napięcia:

• na diodzie LED - ok. 2V;
• na oporniku    -   1k x 7mA = 7V
• na tranzystorze -  33mV

w sumie to daje 9V - napięcie baterii.

1 godzinę temu, PanMajster napisał:

Zawsze jak rezystor jest np 6,8k to podstawiamy samo 6,8 a nie 6800 ?Czyli jak by był np 7 omów to trzeba by było podstawić do obliczeń  0,007 ?

Tu poszedłem trochę na skróty, bo we wzorze mamy iloraz dwóch oporności R2/R1, a więc wynik nie zależy od jednostek (byle by były takie same) 

6,8 x 100/160     daje to samo co 6800 x 100/160000  . Ale masz rację, Pani od Fizyki nie byłaby zadowolona.

1 godzinę temu, PanMajster napisał:

W dobrym kierunku ide ?

Nie bardzo.

Generalnie tranzystor wzmacnia prąd, zaś wzmocnienie napięcia wynika z dołączonych elementów. W moim poprzednim przykładzie zmiana napięcia na wejściu o 1V powodowała zmianę napięcia na wyjściu o 4V. A więc wzmocnienie.

Jednak sygnał na wyjściu jest odwrócony - zwiększanie napięciu na wejściu powoduje spadek napięcia na wyjściu - jednak amplituda sygnału została wzmocniona. Rozrysuj sobie co się dzieje,  jak na wejście podasz sygnał prostokątny, zmieniający się od 1V do 2V.

 

[PanMajster]

@jand dzięki za wszystkie odpowiedzi będę to wszystko jeszcze analizować. Pewnie najwięcej się rozjaśni w praktyce. Już mniej więcej rozumiem  a reszta przyjdzie z czasem

[adria_n]

Cześć,

u mnie wyszło:

PNP
Uce 21mV
Ube 0,68V
Ic 1,4mA
Ib 0,27mA

 

NPN
Uce 27mV
Ube 0,23mV
Ic 1,3mA
Ib 0,27mA

[Treker (Damian Szymański)]

@adria_n witam na forum  I jak oceniasz te pomiary, czy tak "na oko" wszystko się zgadza? Szczególnie pomiar U_BE w tranzystorze NPN?

[sebura]

Dorzuciłem potencjometr 500k.om na baze i osiągnąłem interesujące wyniki pomiaru prądu na bazie i na diodzie przy przeciwnych wartościach rezystancji potencjometru - patrz zdjęcia.

Napięcie diody praktycznie się nie zmieniło.

Zastanawiam się, dlaczego tak silne odcięcie prądu na bazie nie odcięło znacznie mocniej prądu na wyjściu tranzystora, aby dioda przestala swiecic.

 

[Sylba]

4 godziny temu, sebsuwala napisał:

Napięcie diody praktycznie się nie zmieniło.

Do nawet dobrze się nie zmieniło bo nie powinno.

4 godziny temu, sebsuwala napisał:

Dorzuciłem potencjometr 500k.om na baze i osiągnąłem interesujące wyniki pomiaru prądu na bazie i na diodzie przy przeciwnych wartościach rezystancji potencjometru

Pytanie co pokazują poszczególne mierniki?

Jeśli czerwony prąd kolektora a czarny prąd bazy, to:

wygląda na to, że podłączyłeś układ Darlingtona, który bez dużego rezystora pracuje w stanie nasycenia i większy prąd już przez niego nie popłynie.

W drugim przypadku Beta 5800 wskazuje, że to nie tranzystor tylko Darlington.