기본 트랜지스터 질문

표시된 회로를 만들었습니다. 9 볼트와 5 볼트로 테스트하기 위해 Arduino에서 9V 배터리 (실제로 9.53V를 버림)와 5V를 사용하고 있습니다. 트랜지스터는 BC 548B입니다 (사용중인 데이터 시트는 here ).

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

나는 Rb와 Rc의 값을 다음과 같은 결과로 변경하는 여러 테스트를 수행했지만 실제로 올바른지 전혀 모른다.

9V
Ref  Rb     Rc     Ib (μA)   Ic (mA)   Beta
1    160k   560    50        15.6      312
2    470k   1.2k   18        6.15      342
3    220k   1.2k   41        7.5       183
4    180k   1.2k   51        7.5       147

5V
Ref  Rb     Rc     Ib (μA)   Ic (mA)   Beta
1    160k   560    24        7.7       321
2    82k    330    52        14.1      271
3    470k   1.2k   9         2.89      321

내 질문은 다음과 같습니다.

1. 데이터 시트에서이 트랜지스터의 범위는 200에서 450까지 가능하다는 것을 이해합니다. 9V 표 ref 3 및 4에서 200보다 작은 값이 존재하는 이유는 컬렉터 이미 터 회로가 포화되어 있기 때문입니다. t가 더 높아지면 Ib 전류가 증가함에 따라 베타가 감소합니다. 그 맞습니까?

2. 내가 본 모든 교과서에서 베타는 정적 인 가치입니다. "베타가 X 인 경우 콜렉터에서 Y의 전류를 생성하는 데 필요한베이스의 저항을 측정하십시오." 나는 베타가 온도와 컬렉터 전류에 따라 변동한다는 것을 읽었습니다 (콜렉터 전류라고 생각합니다). 이 데이터는 실제로 어디에서 찾을 수 있습니까? 베타 대 Ic의 표는 어디에 있습니까? 베타가 지속적으로 변하는 경우 실제로 작동하는 집 전체를 어떻게 선택하고 /하거나 집 전체에 부하가 걸리는 전류가 너무 많은가?

3. 데이터 시트의 그림 1은베이스에 50μA 전류가있을 때 컬렉터 전류가 컬렉터와 이미 터 사이의 전압의 약 11mA REGARDLESS를 초과해서는 안됨을 보여줍니다. 그러나 Ib ~ 50μA를 갖는 9V ref 1 및 5V ref 2가 주어지면 I는 명시된 것보다 높은 Ic를 갖습니다. 왜 이런거야? 그림 1은 실제로 무엇을 말합니까?

4. 데이터 시트의 그림 3은 hce가 Vce = 5V 인 경우 Ic <40mA에 대해 200임을 나타냅니다. 이 포스트의 5V 테이블에 모든 결과가 주어지면 분명히 일어나지 않습니다. 다시이 그래프는 무엇입니까?

5. 콜렉터에서 이미 터로 9V 배터리를 작동시키고 5V Arduino가 기본적으로 트랜지스터 스위치를 위해베이스에 전원을 공급하도록 회로를 연결하려고했습니다. 나는 그것이 Arduino를 단락시킬 것이라고 생각합니다. 베이스 끝에서 9V 배터리를 C에서 E로, 5V로 어떻게 작동합니까? 실제로 이것을 어떻게 연결합니까?

귀하의 질문은 베타 또는 h _FE 에 관한 것 같습니다 . 예, 이는 동일한 생산 배치에서도 부품마다 크게 다를 수 있습니다. 또한 컬렉터 전류 및 컬렉터 전압 (이미 터를 0V 기준으로 사용)에 따라 약간 다릅니다. 그러나, 하나의 트랜지스터의 경우, 이득은 합리적인 범위에서 컬렉터 전류의 함수로서 실제로 거의 변하지 않으며 컬렉터 전압이 충분히 높게 유지된다고 가정합니다.

빠진 것 같은 큰 요점은 정확한 이득에 대해 걱정할 필요가 없다는 것입니다. 바이폴라 트랜지스터가있는 양호한 회로는 의도 된 작동 영역에서 최소 보장 된 이득으로 작동하지만, 그렇지 않으면 무한대로 이득이있는 경우에는 잘 작동합니다. 특정 작동 지점에서 하나의 트랜지스터가 데이터 시트에서 보장하는 최소값보다 10 배 더 많은 이득을 갖는 것은 라인이 아닙니다. 회로 설계에서이를 고려한 후에는 회로가 무한대로 트랜지스터의 이득과 작동하는지 확인하는 것은 아주 작은 단계 일뿐입니다.

이러한 넓은 범위의 이득을 설계하는 것은 어려울 수 있지만 실제로는 그렇지 않습니다. 기본적으로 두 가지 경우가 있습니다. 트랜지스터를 스위치로 사용하면 최소 보장 이득에서 계산 된 일부 최소베이스 전류가 포화 상태가됩니다. 게인이 높으면 트랜지스터는 동일한 기본 전류에서 포화 상태가 더 높아지지만 트랜지스터를 통과하는 모든 전압과 전류는 여전히 거의 동일합니다. 달리 말하면, 회로의 나머지 부분 (예외적 인 경우는 제외)은 2x 또는 20x로 구동되는 트랜지스터 사이의 채도 차이를 알 수 없습니다.

트랜지스터가 "선형"영역에서 사용될 때, 음의 피드백은 크고 예측할 수없는 이득을 작지만 잘 제어 된 이득으로 변환하는 데 사용됩니다. 이것은 opamp와 동일한 원리입니다. DC 및 AC 피드백은 제 1 동작 포인트 설정 , 때때로 트랜지스터 바이어스 로 지칭 되고, 제 2는 원하는 신호가 회로를 통과 할 때 발생하는 것을 제어 함으로써 상이 할 수있다 .

추가 :

다음은 광범위한 트랜지스터 이득에 견딜 수있는 회로 예입니다. 작은 오디오 신호를 약 10x 증폭시키고 출력은 약 6V가됩니다.

이 문제를 수동으로 해결하려면 반복적으로 수행하는 것이 가장 쉽습니다. OUT이 6V라고 가정하여 시작하십시오. 게인은 무한하기 때문에 기본 전류가 없으며 기본 전압은 OUT이 무엇이든 R1-R2 분배기에 의해 직접 설정됩니다. 디바이더의 이득은 1/6이므로베이스는 1.00V입니다.-600mV의 BE 강하를 빼면 이미 터는 400mV, 이미 터 및 컬렉터 전류는 400µA입니다. R1-R2 경로는 50 µA를 끌어 내므로 OUT에서 도출 된 총계는 450 µA이므로 R3 양단의 드롭은 4.5 V이므로 OUT은 7.5 V입니다. 이제 OUT이 7.5 V라고 가정하고 위의 계산을 다시 수행하십시오. 그 후 한 번 더. 결과가 빠르게 수렴되는 것을 볼 수 있습니다.

이것은 실제로 시뮬레이터가 유용한 몇 안되는 경우 중 하나입니다. 시뮬레이터의 주요 문제는 입력 매개 변수가 모호하더라도 매우 정확하고 권위있는 답변을 제공한다는 것입니다. 그러나이 경우 트랜지스터 이득 만 변경하는 영향을보고 싶으므로 시뮬레이터는 위에서 수행 한 것처럼 모든 준설 작업을 처리 할 수 ​​있습니다. 시뮬레이션 결과를 소수점 이하 4 자리까지 보는 것과 같이 이전 단락의 프로세스를 한 번 진행하여 진행중인 작업에 대한 느낌을 얻는 것이 여전히 유용합니다.

어쨌든 무한 이득을 가정하면 위 회로의 DC 바이어스 포인트를 얻을 수 있습니다. 이제 트랜지스터의 이득이 50이라고 가정하고 반복하십시오. OUT의 DC 레벨이 약간만 변한다는 것을 알 수 있습니다.

주목해야 할 또 다른 점은 두 가지 형태의 DC 피드백이 있지만 AC 오디오 신호용으로는 하나만 있다는 것입니다.

R1의 상단이 OUT에 연결되어 있기 때문에 동작 점을보다 안정적이고 정확한 트랜지스터 특성에 덜 민감하게 만드는 일부 DC 피드백을 제공합니다. OUT이 올라가면 Q1의베이스로 흐르는 전류가 올라가서 더 많은 컬렉터 전류를 만들어 OUT이 내려갑니다. 그러나이 피드백 경로는 오디오 신호에는 적용되지 않습니다. R1-R2 분배기로 보이는 임피던스는 R1 // R2 = 17kΩ입니다. C1에 의해 형성된 고역 통과 필터 롤오프 주파수와이 17kΩ은 9.5Hz입니다. 20Hz에서도 R1 // R2는 C1을 통해 들어오는 신호에 많은 부하를주지 않으며 주파수에 비례하지 않습니다. 달리 말하면 R1과 R2는 DC 바이어스 포인트 설정을 돕지 만 의도 한 오디오 신호를 방해하지는 않습니다.

반대로, R4는 DC와 AC 모두에 대해 부정적인 피드백을 제공합니다. 트랜지스터의 이득이 "대형"인 한, 에미 터 전류는 컬렉터 전류와 동일하게 충분히 가깝다. 이것은 R4 양단의 전압이 저항에 비례하여 R3 양단에 나타날 것임을 의미합니다. R3은 10x R4이므로 R3의 신호는 R4의 신호의 10 배입니다. R4의 상단이 12V에 있기 때문에 OUT은 12V에서 R3에 대한 신호를 뺀 값이며 12V에서 R4에 대한 신호의 10 배를 뺀 값입니다. 이것은 트랜지스터 이득이 50 이상과 같이 그것보다 상당히 큰 한이 회로가 10의 상당히 고정 된 AC 이득을 얻는 방법입니다.

트랜지스터의 매개 변수를 변경 하면서이 회로를 시뮬레이션하십시오. DC 작동 지점과 오디오 신호의 IN에서 OUT으로의 전체 전송 기능이 무엇인지 확인하십시오.

1.베이스 전류가 증가함에 따라 겉보기 베타가 감소하는 원인은 무엇입니까?

베타는 실제로 변하지 않습니다. 콜렉터 전류는 Rc에 의해 제한됩니다. Rc = 500Ω 인 경우 최대 컬렉터 전류는 약 18mA입니다. Rc = 1.2kΩ 인 경우 최대 전류는 약 7.5mA입니다. 이것은 옴의 법칙-9V / 1.2kΩ = 7.5 mA에서 나옵니다. 베타> 300 인 경우 수집기 전류를 최대로 늘리기 위해 25uA의 기본 전류 만 있으면됩니다. 추가베이스 전류를 추가해도 아무런 변화가 없습니다.

2. 데이터 시트는 베타와 온도 및 의 거동을 어디에 기술 합니까?$I_C$

이 데이터 시트는 온도에 따른 베타 변화에 대한 정보를 제공하지 않습니다. 베타 대 Ic는 아래 질문 4에서 논의됩니다. 다른 몇 가지 데이터 시트를 확인한 결과 온도 변화가 없었습니다. 이 애플리케이션 노트 에 따르면 , 베타는 C 당 약 0.5 % 증가합니다.보다 자세한 이해를 위해서는 열 전압 (kT / q) 형태의 온도를 포함 하는 Ebers-Moll 모델을 사용해야합니다 . 나는 BJT 마스터가 아니므로 다른 누군가가 이것을 분명히 할 수 있습니다.

3. 가 데이터 시트의 그림 1에 표시된 것보다 어떻게 더 클 수 있습니까?$I_C$

데이터 시트의이 섹션은 일반적인 성능 특성을 제공 합니다. 이것은 단위마다의 변화를 나타내지 않는 평균값입니다. 일반적인 그래프는 평균 단위의 동작에 대한 아이디어를 제공하지만 어떤 식으로도 해당 동작에 대한 실제 제한을 제공하지는 않습니다. 그것이 전기적 특성 표의 목적입니다.

4. 베타가 데이터 시트의 그림 3에 표시된 것보다 어떻게 더 클 수 있습니까?

여기서 두 가지 일이 일어나고 있습니다. 첫째, Vce는 실제로 5V 테이블에서 5V가 아닙니다. 일부 전압은 Rc에서 떨어지고 있기 때문에이 그림은 실제 회로를 나타내지 않습니다. 둘째, 이것은 전형적인 행동을 보여주는 또 다른 다이어그램입니다. 당신이 보여주는 것은 베타가 일반적으로 약 Ic = 100 mA에서 떨어지기 시작한다는 것입니다. 절대 최대 Ic는 100mA이므로, 장치의 전류 범위에서 베타가 거의 일정해야합니다. 이 그림은 200을 일반적인 베타로 사용하지만 hFE 분류 표에서 볼 수 있듯이 개별 BC548B의 베타는 200-450입니다.

5.이 트랜지스터의베이스를 구동하기 위해 Arduino를 어떻게 사용할 수 있습니까?

첫째, Arduino의 데이터 시트에서 최대 연속 출력 전류를 얻어야합니다. 아마도 밀리 암페어 범위에있을 것입니다. 기본 전류는 이보다 작아야하며 이는 베타> 200 및 Icmax <100 mA이므로 문제가되지 않습니다. 필요한 컬렉터 전류의 양을 알고 있다면 최소 기본 전류를 알아낼 수 있습니다.

그러면베이스 저항을 선택할 수 있습니다. 트랜지스터의 전기적 특성 표에 따르면 Vbe는 약 0.7V 여야합니다. Arduino 출력 5V를 알고 있으므로 옴의 법칙을 사용할 수 있습니다.

이 저항을 Arduino IO와 트랜지스터베이스 사이에 연결하십시오. 트랜지스터 이미 터, 9V 배터리의 음극 단자 및 Arduino의 접지를 함께 연결하십시오.

O. Lathrop의 답변에 제공된 정보를 보충하면 나는 당신을 놀라게 할 수있는 짧은 예를 제시하고 싶습니다.

현재 이득이 beta = 200 인 트랜지스터를 사용하여 간단한 포스트 스테이지 (포스트에 표시됨)를 설계했다고 가정 해 봅시다 . 대기 DC 전류는 Ic = 1mA 이고 측정 된 전압 이득 (Rc = 2.5kohms)은 G = -100 입니다. 값이 beta = 100 인 트랜지스터를 변경하면 바이어스 저항 RB를 동일한 대기 전류 Ic = 1mA를 허용하는 낮은 값으로 조정 한 경우 전압 게인 G가 변경 되지 않는 것을 알 수 있습니다. (이는 공정한 비교에 필요합니다).

그 이유는 다음과 같습니다. 전압 이득은 트랜지스터의 트랜스 컨덕턴스 gm (Ic = f (Vbe) 특성의 기울기)에 의해 결정됩니다. 즉, "전류 게인"은 아무런 역할을하지 않습니다. 베타 값을 200에서 100으로 낮추면 전압 게인에 영향을주지 않고 입력 전류 만 증가합니다 (작동 지점이 변하지 않는 한).