Kurs elektroniki II - #3 - układ Darlingtona

[Treker (Damian Szymański)]

@hubert231 kierunek prądu jest umówny, więc... umownie: prąd płynie od plusa baterii przez diodę, przez rezystor przez tranzystor (od kolektora do emitera) i do minusa baterii. Pamiętaj, że prąd w połączeniu szeregowym jest taki sam - zarówno przed diodą, za diodą itd. Więc, jeśli tranzystor pozwala na przepływ danego prądu między kolektorem, a emiterem to w całej gałęzi będzie płynął taki sam prąd.

[hubert231]

Dziękuję  Już rozumiem. Jednak brak praktyki sprawił, że do rozważań nie wciągnąłem podstawowych praw. 

[Skellen_25]

Witam, w poniższym schemacie:



Prąd płynie z emitera T1 do bazy T2. W pierwszym kursie o Tranzystorach NPN było wspomniane, że na bazę powinna płynąć masa. Czy zachodzi tutaj proces jak w szeregowym połączeniu kondensatorów, że plus łączymy z minusem? Czy jednak coś przeoczyłem? .

Pozdrawiam

[Treker (Damian Szymański)]

@Skellen_25 jeśli nie jest to dla Ciebie jasne to najlepiej zbudować taki układ i pomierzyć napięcia, jakie występują w konkretnych punktach układu. Podawanie "masy" na bazę to uproszczenie w przypadku, gdy zależy nam na najprostszym wykorzystaniu tranzystorów. W praktyce ważny jest prąd bazy oraz napięcie baza-emiter. Sprawdź jakie wskazania są dla pojedynczego tranzystora, a jakie dla takiego połączenia. Raczej nie mieszałbym do tego żadnej analogii z kondensatorami

[VMax]

Nie mogę zrozumieć działania układu Darlingtona w konwencji płynięcia elektronów (minus -> plus). Czy w przypadku gdy zaczynamy od "minusa" to schemat układu Darlingtona powinien wyglądać inaczej? Głowię się nad tym i głowię, i w porównaniu do konwencjonalnego przepływu (plus do minusa) wychodzą mi inne wyniki w obliczeniach.

[Treker (Damian Szymański)]

@VMax przyznam, że nie rozumiem do końca pytania. W przypadku tranzystorów najczęściej rozważa się prądy i różnice potencjałów na konkretnych złączach. Co dokładnie chcesz przeanalizować? Możesz jakoś szerzej rozpisać swoje przemyślenia? 

[Piotr66]

Witam .Wykonałem zadanie 3,5. Połączenie Darlingtona.Zrobiłem rezystor ołówkowy 13 cm.Przy użyciu tranzystora BC 546 widać było wyraźnie słabsze świecenie na większej długości .Tranzystor Darlingtona nie wykazał specjalnej różnicy .Przy okazji : Im grubsza kreska tym stawia większy opór. Dotknięcie jednej końcówki powoduje słabe świecenie.Natomiast po dotknięciu obydwu końcówek świecenie jest wyraźne.

Pozdrawiam

[Piotr66]

POKUSIŁEM SIĘ O ROZWIĄZANIE ZADANIA Z ROZDZIAŁU 3,2 UKŁAD DARLINGTONA.

Zacząłem od rozdziału 7,4 cz I.Z pomiarów tranzystora BC 546B wyszło :

kolektor- emiter -36mV

baza- emiter - 0,72V

prąd kolektora - 5,73mA

prąd bazy - 0,77mA

A dalej będzie :

I CT1=I BT1 x β T1= 0,77mA x 200= 154mA

I ET1 + ICT1= 0,77 + 5,73mA = 6,43 mA

I BT2= I ET1 =6,43mA

I BT2= I CT1= 154 mA

ICT2= I BT2 x βT2= 6,43mA x 200= 1286mA

I CT2= I CT1 x β T2= 154mA x 200 = 30 800 mA ( Tu mi nie pasuje.Czyżby faktycznie było aż takie maksymalne wzmocnienie ?!)

I CT2= I BT1 x βT2 x βT2= 0,77 mA x 200 x 200 = 30 800mA  ?

IC= I CT1 + I CT2 = 154mA+ 1286mA = 1440mA

IC= IBT1 x βT1 + I BT1 x βT1 x βT2 =0,77mA x 200+ 0,77mA x200 x200 = 154mA +30 800mA = 30 954 mA

IC= I BT1 xβT1 xβT2= 0,77mA x 200 x 200  = 30 800 mA

 Zrobiłem tylko obliczenia dla minimalnego wzmocnienia 200 .Może coś pokręciłem ?! Piszcie.

Pozdrawiam

[Krzychu22]

Hej, pytanie o ten akapit:

„Na napięcie kolektor–emiter tranzystora Darlingtona składają się:

napięcie baza–emiter tranzystora T2,

napięcie kolektor–emiter T1.

Gdy doprowadzamy układ do stanu nasycenia, tranzystor T2 musi być wciąż otwarty, czyli jego napięcie baza–emiter wynosi 0,7 V. Dzięki temu tranzystor T1 może się prawidłowo nasycić i jego UCE spada do umownego poziomu 0,2 V. Po zsumowaniu tych napięć okazuje się, że UCE tranzystora T2 to aż 0,9 V!”

A dlaczego akurat 0,9?

Dlaczego T2 musi pozostać otwarty? W stanie nasycenia napięcie CE w T2 spadnie mu do 0,2, więc nie rozumiem dlaczego mam dodawać spadek z CE T1 i BE T2?
Rozumiem że taki spadek napięcia wystąpi na gałęzi przechodzącej przez oba tranzystory, ale ta gałąź mnie nie interesuje, bo prąd idący przez nią jest niewielki (został nawet zignorowany przy wyprowadzaniu wzoru  IC = IBt1 * Beta1 * Beta2)

Interesuje mnie finalnie prąd CE z T2, więc jeśli osiągnę te swoje 5A, to czy to będzie w stanie aktywnym czy nasycenia  ma większe znaczenie? Ok, T2 nie osiągnie swojej pełnej mocy (spadek bety przy nasyceniu) ale who cares? Mam 5A o które mi chodziło.

Rozumiałbym że jeśli zależy nam na skorzystaniu w pełni z potencjału obu tranzystorów to oba muszą być aktywne - co też się kłóci z wpisem bo tu jeden jest nasycony (t1) a drugi aktywny (t2). I nie odpowiada w pełni na pytanie o liczenie tych spadków napięć. 

W ogóle temat napięć w tranzystorach to dziwny temat. Zrobiłem sobie na szybko taki układzik (tranzystorów uzylem 2n3904 npn): 

 

R2 dałem 1k, R1 pozostawiłem 100k. Dotykam, świeci. Zwieram A i B, świeci. Mierzę napięcia: 

Uzas = 8,7

R1 = 100k 

R2 = 1k

UCE T2 =0,7 V

UCE T1 = 0,1 mV (ktoś tu się nażarł)

UBE T1 = 0,6

UBE T2 = 0,7

U Led = 2V

IB1 = 75 uA

ICE 2 = 6,2 mA

a więc wzmocnienie układu to jakieś 82. Mało jak na Darlingtona.

Kolejne podejścia ze zmniejszaniem prądu bazy dawały wciąż 6,2 mA na wyjściu. Musiałem dowalić z grubej rury: 

R1 = 50 100 000 

UBE1 = 0,5 V

UBE2 = 0,7

UCE1 = 0,9 (ale to na 1!)

UCE 2 = 0,8 (generalnie przy R1 100 M już miał 0,84 wiec zmierzał do 0,9)

Ib1= (miernik już dawno nie mierzy lol) = (8,7 - 1,2) / 50 100 000 = 0,00000015 A  = 0,15 uA 

Ice2 = 6000 uA 

Beta = 40 000. No to już coś. Po 200 na łebka.

Generalnie pytanie dotyczy zachowania napięcia w tych tranzystorach w układzie darlingtona. Wraz ze wzrostem bety zmierza ono na UCE 2 do 0,9, ale ten mechanizm pozostaje dla mnie niejasny. 

[jand]

W nasyconym układzie Darlingtona napięcie kolektor- emiter tranzystora T2 będzie zawsze wyższe niż dla tranzystora pojedynczego.

9 godzin temu, Krzychu22 napisał:

A dlaczego akurat 0,9?

Jest ono sumą UBE T2 (0,7V) oraz UCE T1 (0,2V),  czyli 0,9V.

Nasycenie tranzystora nie polega na tym, że na kolektorze jest jakieś szczególne napięcie, ale na tym, że dalsze zwiększanie prądu bazy  nie powoduje już dalszego wzrostu prądu kolektora. W tym układzie T1 będzie nasycony "klasycznie" (UCE = 0,2V), natomiast T2 w nasyceniu będzie miał UCE = 0,9V.

Współczynnik wzmocnienia tranzystora podawany w karcie katalogowej jest maksymalną wartością możliwą do uzyskania, warunki narzucone przez otoczenie układowe tranzystora mogą powodować, że stosunek prądu kolektora do prądu bazy będzie wartością mniejszą.

9 godzin temu, Krzychu22 napisał:

ale who cares? Mam 5A o które mi chodziło.

A próbowałeś obliczyć moc, jaka wydzieli się w T2 przy 5A?

[Krzychu22]

Ja rozumiem, że T2 nasyca się inaczej - właśnie „nieklasycznie”. Nie rozumiem tylko dlaczego tak się dzieje. Dlaczego musimy zsumować napięcia na CE 1 i BE 2 żeby uzyskać UCE2?
 

Co do mocy na T2 to 5A * 0,9 V. Dlatego właśnie (co wskazano w artykule) moc może być problematyczna w układzie Darlingtona i - z perspektywy mocy - lepiej użyć tranzystora który utrzyma 5A przy napięciu 0,2 albo niższym (o ile mam czym wysterować prąd bazy).

Stąd moje pytanie - dlaczego 0,9? Dlaczego sumujemy te napięcia? 

Btw ja doskonale przyjmę wyjaśnienie w stylu „to bardzo zawiła sprawa”, po prostu chce mieć świadomość że coś ważnego mi nie ucieka w zrozumieniu tego układu  

[jand]

1 godzinę temu, Krzychu22 napisał:

przyjmę wyjaśnienie w stylu „to bardzo zawiła sprawa”,

Spróbuję innymi słowami.

1 godzinę temu, Krzychu22 napisał:

Dlaczego musimy zsumować napięcia na CE 1 i BE 2 żeby uzyskać UCE2?

Przecież to wynika ze schematu - napięcie UCE2 jest zawsze sumą napięć BE2 (które jest w miarę stałe) i CE1 (które jest też w miarę stałe dla nasyconego tranzystora). Suma tych stałych napięć "trzyma" kolektor T2 i nie pozwala mu się dalej obniżyć. Dalsze ewentualne zwiększanie prądu bazy nie powoduje już zmian napięcia na kolektorze T2 - oba tranzystory już są nasycone i "nadmiar" prądów obu baz przepływa "bezużytecznie" do emiterów obu tranzystorów.

Takie doświadczenie myślowe.
Gdyby napięcie na kolektorze T2 chciałoby z jakichś powodów spaść poniżej tych 0,9V, to tranzystor T1 zostałby spolaryzowany odwrotnie (napięcie na kolektorze niższe niż na bazie), straciłby właściwości wzmacniające, przestałby wysterowywać T2, co spowodowałoby wzrost napięcia na jego kolektorze, a więc przeciwdziałało by tym zmianom.

Taka samoregulacja.

 

 

[Krzychu22]

Może rozpiszę jak ja to rozumiem, łatwiej będzie zdiagnozować błąd w moim myśleniu  

1. Oba tranzystory są niepodłączone. Prąd nie płynie, nie ma spadków napięć.

2. Podłączamy zasilanie. Na bazie T1 pojawia się napięcie - 0,7 V tyle ile baza potrzebuje. Zaczyna lecieć prąd bazy do emitera. Równocześnie leci prąd w T1 z kolektora do emitera i napięcie CE T1 spada sobie. W T2 nic się nie dzieje, bo nic do niego nie dopływa (jeszcze). 

3. Powiedzmy że leci tyle, że tranzystor się nasycił. Mamy 0,7 BE w T1, 0,2 w CE T1. Pełna pompa. Napięcie na kolektorze (0,2) jest niższe niż na bazie (0,7) - a jednak prąd leci obiema liniami (gdyby przestał na bazę to tranzystor by się zatkał i koniec bajki). 

4. Prąd z emitera T1 leci na bazę T2. Tu również pojawia się napięcie 0,7 V. Powoduje to przepływ prądu z C2 do E2. Z jakim napięciem? No i tu zonk - 0,9.
 

Dlaczego napięcie CE T2 musi „zawierać w sobie” wartość napięcia  BE2, skoro takiego warunku nie było w przypadku T1? (Przypomnijmy, BE T1 to 0,7, a CE T1 to 0,2 a bywa że i mniej)

Dlaczego napięcie CE T2 musi „zawierać w sobie” wartość napięcia CE1, skoro to są osobne linie? 

Być może jest to kwestia czegoś czego w naszej dyskusji brakuje czyli obciążenia - biorąc na siebie tylko 0,2 V, CE2 wymuszałby resztę (8,8, zakładając że sobie kupię nową baterię) na obciążeniu wspólnego kolektora  - czyli także tego z C1. Wówczas linia CE1 i BE 2 musiałaby dostać mniejsze napięcie (dioda bierze 2V, rezystor 6,8) co zostawiałoby linii przechodzącej przez T1 marne 0,2 - baza T2 nie ma szans się wysterować. Dlatego układ się stabilizuje na 0,9, bo to wartość przy której mogą pracować obie linie.

Ma to sens?

To by oczywiście nie tłumaczyło mojego przykładu z 50 Megaomami przy BT1, ale to było mierzone już dość późno w nocy  

PS. Wybaczcie te wywody, chęć zrozumienia jest silniejsza niż ryzyko kompromitacji  

PS 2. Jutro pokombinuje co się stanie jeśli obciążenie dam POMIĘDZY kolektor T1 a T2, a nie na wspólny  

[jand]

14 godzin temu, Krzychu22 napisał:

Równocześnie leci prąd w T1 z kolektora do emitera i napięcie CE T1 spada sobie. W T2 nic się nie dzieje, bo nic do niego nie dopływa (jeszcze). 

Nieprawda, jak to nie dopływa; a co się dzieje z prądem emitera T1?

To nie jest tak, że tranzystory włączają się po kolei. W momencie, gdy napięcie na bazie T1 osiągnie 1,4V (2 * 0,7V) oba tranzystory zaczynają przewodzić w miarę jednocześnie.

14 godzin temu, Krzychu22 napisał:

Dlatego układ się stabilizuje na 0,9, bo to wartość przy której mogą pracować obie linie.

Ma to sens?

Wydaje się, że zaczynasz chwytać o co chodzi.

14 godzin temu, Krzychu22 napisał:

chęć zrozumienia jest silniejsza niż ryzyko kompromitacji  

I to trzeba docenić.

Wychodzi tylko, że słaby ze mnie nauczyciel.