Kurs elektroniki – #7a – tranzystory bipolarne w praktyce

[marekes97]

Problem rozwiązany !

Błędem okazało się to że do układu podpinałem tranzystor wykorzystany na pomiarach w kursie czyli BC546, w pracy domowej powinno być napisane żeby wziąć inny model (BC556), bo przed kursem myślałem że każdy tranzystor bipolarny jest albo npn albo pnp, a podczas kursu pomyślałem że ten jest jakiś uniwersalny, 

Teraz dla BC556 jak widać układ działa

Pomiary wyglądają prawidłowo  

Ib = 0,81 mA

Ic = 6,67 mA

Uce = 0,03 V

Ube = 0,73 V

Dla napięcia na baterii równo 9 V 

[Gieneq]

No tak, tranzystory NPN i PNP choć są podobne to mają inną budowę.

8 minut temu, marekes97 napisał:

pomyślałem że ten jest jakiś uniwersaln

Dobry pomysł, może kiedyś wymyślą - tranzystor uniwersalny  Fajnie, że się wyjaśniło, powodzenia w dalszych eksperymentach.

PS. raczej możesz wyciągnąć rezystor przy diodzie i się nie spali (ja zapomniałem i działało), dlaczego, to zadanie dodatkowe.  Ale w innych sytuacjach nie próbuj.

[adammatuszewski]

Dokładnie przestudiowałem treść lekcji o tranzystorach i interesuje mnie jedna kwestia. W jaki sposób obliczono, że do buzzera, który pobiera 50mA potrzebny jest rezystor 10k, a do odbiornika pobierającego 500mA należy zastosować rezystor 1k? Czy moje rozumowanie, że rezystor musi tak zmienić natężenie prądu na bazie, aby pozostał on na tyle duży, że po uwzględnieniu wzmocnienia na kolektorze pojawi się oczekiwana wartość. (50mA w przypadku buzzera i 500mA w przypadku innego przykładowego urządzenia)

Czy jeśli pomyślę o tym w taki sposób:

Arduino maksymalnie może zasilać natężeniem 20mA, napięcie w układzie to 5V to z prawa Ohma wychodzi, że najmniejszy możliwy rezystor bezpieczny dla Arduino to 250 omów.

To będzie to dobry tok rozumowania?

Czy dzięki temu tranzystor, który został omówiony w lekcji (zakładając, ze jego współczynnik β to uśrednione 300) wygeneruje na kolektorze maksymalnie 6A?  (20mA * 300 = 6000mA = 6A)

 

[marek1707]

1 godzinę temu, adammatuszewski napisał:

Arduino maksymalnie może zasilać natężeniem 20mA, napięcie w układzie to 5V to z prawa Ohma wychodzi, że najmniejszy możliwy rezystor bezpieczny dla Arduino to 250 omów.

Tak, z dokładnością do dwóch rzeczy:

• Opornik włączony szeregowo z bazą nie widzi 5V a jedynie 4.3 bo 0.7 spada na złączu BE prawie niezależnie od prądu
• Port Arduino nie jest dobrym źródłem napięciowym jak dajmy na to zasilacz więc im większy prąd z niego pobierasz tym mniejszym napięciem dysponujesz.Pomyśl o tym tak jakby wewnątrz procesora był już jakiś opornik (np. 100Ω) i uwzględniaj go w obliczeniach. Najważniejszy z tego wniosek jest taki, że chcąc czerpać duże prądy (>10mA) musisz oporniki szeregowe na portach dobierać trochę eksperymentalnie (zaczynając raczej od za dużych) albo bazować na ch-kach wyjściowych pokazanych w danych katalogowych procesora.

1 godzinę temu, adammatuszewski napisał:

Czy dzięki temu tranzystor, który został omówiony w lekcji (zakładając, ze jego współczynnik β to uśrednione 300) wygeneruje na kolektorze maksymalnie 6A?  (20mA * 300 = 6000mA = 6A)

Nie, bo β tranzystora najpierw troszkę rośnie a potem zaczyna coraz szybciej spadać ze wzrostem prądu kolektora. Niewielki tranzystor, który ma wzmocnienie małosygnałowe 300 przy prądach np. 10-100mA, dla prądu 500mA może już mieć tylko 100 a im dalej tym gorzej.Niestety, tranzystory bipolarne sterujące sporymi prądami potrzebują zaskakująco dużo prądu/mocy na wejściu. A im większe same tranzystory tym wzmocnienia mniejsze więc jest szansa, że do uzyskania 6A w kolektorze tranzystora mocy, potrzebujesz wepchnąć mu w bazę np. 200mA.

[adammatuszewski]

Dzięki @marek1707 za drobiazgowe wytłumaczenie tematu.

[adammatuszewski]

Analizuję temat w głowie i mam jeszcze jedno pytanie.

Czy jeśli pin z Arduino podłączymy do bazy jako sterowanie (przez rezystor, tak jak pisaliśmy wcześniej) natomiast do emitera podłączymy zasilanie z zasilacza np. 12V (tranzystor PNP) to do obliczania wzmocnienia weźmiemy pod uwagę 4.3V z Arduino czy 12V z zasilacza? A może obie te wartości?

[marek1707]

Zawsze zastanawiasz się jakiprąd będzie płynął przez złacze BE bo to determinuje zachowanie tranzystora. Ponieważ obwód szeregowy jest prosty:

• zasilanie (to może być port procesora lub jakieś inne wirtualne źródło będące kombinacją źródeł rzeczywistych)
• dioda BE
• rezystancje szeregowe

to nie jest trudno rozwiązywać to w głowie.

W przypadku tranzystora npn stojącego emiterem na masie powyższy obwód raz zasilany jest z portu dającego 0V a raz powiedzmy +5V. W pierwszym przypadku prąd jest 0mA, w drugim łatwo policzyć. Natomiast gdy próbujesz podobny myk zrobić z pnp wiszącym emiterem gdzieś wysoko na plusie, powinieneś sprawdzić jakim napięciem w tym oczku dysponujesz. Port procesora nie zmienił się i wciąż daje 0 lub +5V względem masy. Gdy emiter pnp zaczepisz na +12V to oczko złożóne z trzech wymienionych wcześniej elementów zasilane jest raz z napięcia 12-5=7V a raz z 12-0=12V. W każdym przypadku płynie prąd bazy więc tranzystor nigdy nie wyłączy się - czyli kicha. Żeby poprawnie sterować tranzystorem pnp z portu 5-woltowego procesora musisz powiesić emiter na co najwyżej +5V. Wtedy w oczku będzie albo 0 albo 5V i obwód sterowania prądem bazy zadziała.

Jeśli bradzo chcesz użyć zarówno pnp jaki wysokiego zasilania,. musisz użyć stopnia pośredniego który ma możliwość wygenerowania napięcia 0V względem szyny +12V, np. klasycznego stopnia npn z emiterem na masie i kolektorem podciągniętym opornikiem do +12V.

[adammatuszewski]

Czyli wniosek z tego taki, że tranzystor NPN, który rozłącza i zwiera masę może to robić również w przypadku masy pochodzącej z zasilacza 12V i to wtedy gdy sterowany jest napięciem 5V. Odwrotna sytuacja w przypadku PNP bez dodatkowych kombinacji jest niemożliwa.

Wniosek z tego taki, że chcąc sterować urządzeniem np. elektrozamkiem (solenoidem), którego napięcie nominalne to 12V i natężenie prądu to ok. 900 mA to bez dodatkowych kombinacji powinienem zasilić go plusem z zasilacza 12V, a ciągłością obwodu sterować na przewodzie masowym (między zasilaczem, a zamkiem) z wykorzystaniem tranzystora NPN, do którego doprowadzę przewód z portu Arduino (5V)

Dobrze to zrozumiałem?

Edytowano Listopad 27, 2019 przez adammatuszewski

[marek1707]

50 minut temu, adammatuszewski napisał:

Czyli wniosek z tego taki, że tranzystor NPN, który rozłącza i zwiera masę może to robić również w przypadku masy pochodzącej z zasilacza 12V

Nie bardzo rozumiem co znaczy to zdanie. Prądy płyną w zamkniętych oczkach a napięcia istnieją między punktami. Jeżeli masz dwa źródła napięcia i 3-nóżkowy tranzystor w którym jeden obwód to BE a drugi CE to punktem wspólnym jest węzeł E i tam muszą spotkać się masy obu źródeł. W sumie to wszystko jedno co weźmiesz za potencjał odniesienia. Jeżeli to będzie masa GND czyli ujemny biegun dodatniego zasilania, to tranzystor npn jest "łatwiejszy" w analizie i podłączaniu bo wszystko co się w nim dzieje odnosisz do potencjału 0V. W przypadku pnp naturalnym odniesieniem jest jego emiter. To może być plus ogólnego zasilania dodatniego, ale nie musi. Można sobie wyobrazić emiter pnp zaczepiony na naszej masie i bazę sterowaną napięciem ujemnym.

58 minut temu, adammatuszewski napisał:

Wniosek z tego taki, że...

Wniosek jest taki, że dowolne układy musisz budować ze zrozumieniem. W przypadku źródła sygnału dodatniego (np.  procesor w Arduino zasilany z +5V) wygodny jest npn stojący na masie, bo wymaga sterowania prądem wpływającym do bazy a to uzyskujesz za pomocą jednego opornika. Z kolei nie każdy odbiornik może być wygodny w sterowaniu "od dołu". Pierwszy z brzegu przykład to radio samochodowe. Masz tam wszechobecną masę i trudno byłoby tak zamontować w samochodzie sprzęt by był odizolowany od karoserii, na stałe podłączony do plusa i załączany zwarciem minusa do masy. Jakieś przekaźniki czy silniki OK, ale czasem odbiorniki mają coś na metalowej obudowie i wtedy trzeba sterować od plusa. Czasem zwyczajnie chcesz tak zrobić, bo to lepiej wygląda i wbrew pozorom rodzi mniej problemów niż użycie zwykłego npn. Przykładem są bloki funkcjonalne w co bardziej rozbudowanych urządzeniach elektronicznych. O wiele "ładniej" jest odpiąć plus zasilania od wyświetlacza czy modułu radiowego (np. w celu oszczędzania prądu) pozostawiając im masę (będą przecież poziomem odniesienia wszystkich sygnałów logicznych tam doprowadzonych) niż odłączać GND i zastanawiać się jak układ przeżyje obecność tylko plusa i (wtedy ujemnych) sygnałów cyfrowych. Daleko szukając, zajrzyj do równolegle prowadzonego wątku Kolegi @Mechano, gdzie grzałka i jej termopara korzystają z tej samej pary kabli i muszą być jednym końcem podłączone do GND. Takie coś musisz sterować z +12V od plusa i tak to zostało tam zrobione przy użyciu p-kanałowego MOSFETa.

[Gość]

Wynika to z kontekstu ale dodam po raz kolejny tak dla przypomnienia, że bez względu na to jakim tranzystorem chcesz sterować odbiorniki za pomocą arduino to jeśli taki elektrozamek ma osobne zasilanie to masy obu układów tak odbiornika jak arduino muszą być połączone.

np.  masa zasilacza 12V do zasilania zamka z masą arduino.

[Mechano]

49 minut temu, marek1707 napisał:

Daleko szukając, zajrzyj do równolegle prowadzonego wątku Kolegi @Mechano, gdzie grzałka i jej termopara korzystają z tej samej pary kabli i muszą być jednym końcem podłączone do GND. Takie coś musisz sterować z +12V od plusa i tak to zostało tam zrobione przy użyciu p-kanałowego MOSFETa.

Tak było, nie zmyślam, potwierdzone info.

 

[tomecki]

Według mnie powinno być więcej o obliczaniu rezystancji rezystorów. Zbyt mała rezystancja może zniszczyć z czasem tranzystor (bo będzie się grzał), a później człowiek będzie się zastanawiał co zrobił źle. 

Nie wiem czy prawidłowe jest dobieranie "na czuja" rezystancji. 

[Treker (Damian Szymański)]

@tomecki tak, masz rację - przy bardziej skomplikowanych wykorzystaniach tranzystora przydają się obliczenia i kiedyś na pewno się tym zajmiemy. "Niestety" teraz w praktyce większość początkujących wykorzystuje tranzystory do prostych rzeczy typu podłączenie czegoś do Arduino. W zdecydowanej większości przypadków wystarczy wtedy dobrać coś "na czuja". Nie chcieliśmy na początku zniechęcać nowych adeptów elektroniki "zbędną" matematyką 

[MatJas]

Hej, nie mogłem dojść do ładu ze zrozumieniem wzmocnienia prądowego i innych zjawisk związanych z działaniem tranzystorów więc zrobiłem kilka pomiarów którymi chciałem się podzielić. Może komuś coś rozjaśnią:

Zmiany w układzie: rezystor 220Om zamiast 1k przy diodzie i zasilanie 6V zamiast 9V. 

/*
Rb(Ω)   Ib(A)   Ic(A)   Ic/Ib  Ube (V)  Uce (V)
2.7K    2.0m    17.6m   8      775.0µ   62.0µ
3.3K    1.6m    17.6m   10     771.0µ   67.0µ
4.7K    1.1m    17.6m   15     765.0µ   74.0µ
5.1K    1.1m    17.6m   16     764.0µ   76.0µ
10.0K   520.0µ  17.5m   33     754.0µ   96.0µ
22.0K   246.0µ  17.4m   70     747.0µ   125.0µ
51.0K   105.0µ  17.1m   162    739.0µ   198.0µ
100.0K  51.0µ   15.0m   294    720.0µ   784.0µ
220.0K  24.0µ   7.5m    312    694.0µ   2.5
470.0K  12.0µ   3.7m    305    673.0µ   3.3
820.0K  6.5µ    2.6m    400    656.0µ   3.7
1.0M    5.5µ    1.7m    316    651.0µ   3.8
1.1M    5.0µ    1.6m    311    694.0µ   3.8
1.2M    4.5µ    1.4m    311    673.0µ   3.9
1.5M    3.7µ    1.6m    432    656.0µ   3.9
1.8M    3.0µ    911.0µ  303    651.0µ   4.0
2.0M    2.8µ    842.0µ  300    629.0µ   4.0
3.0M    2.7µ    549.0µ  203    613.0µ   4.1
4.0M    1.8µ    409.0µ  227    601.0µ   4.1
5.0M    1.4µ    410.0µ  292    591.0µ   4.1
6.0M    1.1µ    324.0µ  294    579.0µ   4.2
7.0M    900.0n  267.0µ  296    568.0µ   4.2
8.0M    800.0n  229.0µ  286    555.0µ   4.2
9.0M    700.0n  199.0µ  284    540.0µ   4.2
10.0M   600.0n  177.0µ  295    520.0µ   4.2

Rb - rezystor bazy
Ib - prąd bazy
Ic - prąd kolektora
Ic/Ib - wzmocnienie prądowe
Ube - napięcie baza-emiter
Uce - napięcie kolektor-emiter
*/

Można z tego zestawienia wyciągnąć parę ciekawych obserwacji/wniosków na początek:

Napięcie baza-emiter jest praktycznie stałe dla wszystkich rezystancji.

We wszystkich przypadkach dioda świeciła się, choć dla większych rezystancji słabiej. Spodziewałem się, że nie będzie świecić w ogóle w związku z bardzo małymi wartościami prądu. Czy coś ciekawego z tej obserwacji powinno wynikać?

Wzmocnienie prądowe utrzymuje się na stałym poziomie ~300 dla rezystora bazy >=100K

Napięcie kolektor-emiter wyraźnie rośnie również w okolicach rezystora bazy >=100K. Czy to oznacza że tranzystor nie jest wtedy w stanie nasycenia?  I czy spowodowane jest to tym że tranzystor jest maksymalnie otwarty i w zasadzie nie wyrabia z dostarczeniem/przepuszczeniem prądu  optymalnego dla układu?

Maksymalny prąd kolektora zawiera się w przedziale17-18mA. Kiedy dobierałem rezystor 220 do diody, to spodziewałem się  ~30mA. Czy ten spadek jest spowodowany wewnętrznym oporem tranzystora?

Edytowano Luty 4, 2020 przez MatJas
aktualizacja formatowania tabeli

[Treker (Damian Szymański)]

@MatJas witam na forum!

3 godziny temu, MatJas napisał:

We wszystkich przypadkach dioda świeciła się, choć dla większych rezystancji słabiej. Spodziewałem się, że nie będzie świecić w ogóle w związku z bardzo małymi wartościami prądu. Czy coś ciekawego z tej obserwacji powinno wynikać?

Na pewno trzeba pamiętać o tym, że nowoczesne diody świecą już przy bardzo małym prądzie. Przy 20 mA diody świecą stosunkowo jasno, a delikatne świecenie będzie już czasami widać nawet przy prądzie typu 1 mA lub mniej