BJT는 레벨 시프터에 적합합니까? FET가 더 보편적 인 것 같습니다. 어떻게 비교합니까?

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나는 애호가이며, FET 트랜지스터에 대한 데이터 시트 / 자습서를 지나치지 않았습니다. 나는 BJT 사람입니다. BJT vs. FET 및 각 유형에 가장 적합한 특정 애플리케이션을 다루는 토론을 찾지 못했습니다. 내 프로젝트는 매우 간단한 스위칭 및 로직 게이트 스타일 회로입니다. 일단 프로젝트 요구 사항을 충족시키기 위해 BJT를 확보 한 후에는 작업중인 것을 그대로 유지했습니다. 나는 오후에 이것을 EE-SE에서 연구하면서 많은 좋은 것들을 발견했습니다. FET가 레벨 시프터에 더 인기있는 것으로 보였습니다. 나는 누군가가 일반적인 애플리케이션에서 FET 및 BJT와 관련된 강점 / 약점 및 장단점에 대한 "모두에 대한"설명을 제공 할 수 있기를 바랐다.

프로젝트 에이 레벨 시프터를 선택했습니다 . 3.3V GPIO가있는 ESP8266을 사용하여 5V 릴레이를 구동하고 싶습니다. 릴레이의 코일 전류가 약 100mA 인 것으로 측정했습니다. S8050과 최소 부품을 사용하고 싶습니다. 요구 사항이 높지 않습니다. PSP 센서의 핀을 읽기 위해 ESP8266을 사용하고 있으며 릴레이를 사용하여 조명을 제어하는 토글 스위치도 읽습니다. 위의 회로가 좋은 선택입니까? 내 회로를 설계했지만 사용하지는 않겠습니다. 그럼에도 불구하고 누군가가 내 디자인에 대한 분석을 친절하게 제공한다면 이해가 도움이 될 것입니다.

간단히 말해서, 나는 기본 전류 (GPIO 출력 3.3V-0.7V Q1의 Q1) / 1K 옴 R2 = 2.6mA는 5 인 전압 분배기 R1 / R3의 전류에 크게 영향을받지 않을 것이라고 추론했습니다. / (100K + 100K) = 25uA. R1, R2, R3 및 U1의 접점이 어떻게 작동하는지 모르겠습니다. U1의베이스가 2.5V 디바이더의 2.5V를 0.7V로 낮출 것이라고 생각했지만 GPIO가 2.6mA에 어떤 영향을 미치는지 잘 모르겠습니다. 그래서 내가 연결 한 회로를 사용했습니다.

relay gpio level-shifting

— JRE
소스

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R1은 무엇을하고 있습니까?

— pericynthion

이것은 부두가 들어오는 곳입니다. 다양한 회로 웹 사이트에서 익숙해 보이는 것입니다. 마법의 8 구슬을 살펴본 후 회로를 "바이어 싱"하려고한다고 생각했습니다. 주로 GPIO 핀이 3.3V를 초과하지 않도록하고 싶었습니다. 내가 말했듯이, "부두"(또는 아마도 미신 ... 뭐든지).

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FET의 인기 중 일부는 전류 구동이 아니라 전압이며 대부분의 사람들이 스위칭 응용 프로그램을 사용하기 때문에 여러 측면에서 이해하기 쉽다는 것입니다. BJT를 사용하는 전류에서 생각해야하는 것은 약간의 머리를 긁적 일 수 있습니다. FETS의 경우 아이러니 한 단점은 게이트에 적용하기 위해 전압이 필요하고 포지티브 레일 등에서 여분의 전압을 얻지 못하는 것입니다.

— Ian Bland

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레이. 그렇습니다. 상상할 수있는 거의 모든 종류의 전환 배열을 위해 BJT를 사용하는 방법에 대한 수천 페이지의 좋은 페이지가 있습니다. 그들은 또한 레벨 시프터 로 잘 작동 하지만, 그 문구를 사용하더라도 실제로는 이것이 당신의 상황이라고 생각하지 않습니다. BJT를 사용한 레벨 시프 팅의 예를 보려면 여기에서 내 대답을 볼 수 있습니다 .

아래에서는 물고기를주기보다는 물고기를 가르치려고 노력할 것입니다.

릴레이와 같은 I / O 핀을 초과하는 전류 규정 준수 또는 릴레이와 같이 I / O 핀이 처리 할 수있는 것보다 다른 높은 구동 전압 또는 유도에 대한 보호가 필요한 경우 기계 반동 (릴레이처럼 다시 한 번) 외부 BJT 또는 FET를 스위치로 사용하려고합니다.

스위치를 다음과 같이 배치 할 수 있습니다.

낮은 쪽 (지면 근처) 또는
높은 쪽 (릴레이 또는 기타 장치의 구동 전압 근처) 또는
양쪽 (H- 브릿지, 브릿지 타이드로드 등)

그러나 위의 (2) 또는 (3)을 선택해야 할 충분한 이유가 있어야합니다. 당신은 어떤 이유가 없다면 더 많은 부분을 포함하고 종종 불필요하게 복잡해집니다. 따라서 로우 사이드 스위치는 이와 같은 것을 검사하는 첫 번째 선택입니다.

스위치를 설계하려면 구동해야 할 사양과 구동에 필요한 사양으로 시작해야합니다.

ESP8266 데이터 시트를 보자 :

여기에서 I / O 핀의 전류 컴플라이언스의 최대 값이 임을 알 수 있습니다. . 즉, 해당 가치를 유지해야합니다. 나는 최대 값의 절반 이하를 유지하고 싶습니다. 관리 할 수 있다면 여전히 나아지지 않습니다. 이와 같이 여러 개의 다른 I / O 핀을 동시에 사용하는 경우 로딩이 추가되고 전체 포트 및 전체 장치에 대한 손실 제한이 있기 때문에 덜 좋습니다. 언급되지 않더라도 존재합니다. 따라서 가능한 한 낮게 유지하십시오. $I_{MAX}=12\:\textrm{mA}$

또한 전압 제한에 유의하십시오. 에서 작동한다고 가정 는 80 %의 높은 출력 전압 또는 를 보장합니다. $V_{CC}=3.3\:\textrm{V}$ (즉,소싱 할 때)는 80 %의 낮은 출력 전압 또는 보장합니다.

\begin{matrix} (Voh Min) & V_{O H} \geq 2.64 V \end{matrix}

$V_{OH}\ge 2.64\:\textrm{V}\label{voh}\tag{Voh Min}$

I_{M A X}

$I_{MAX}$

(

싱크 할 때를 의미합니다.)

\begin{matrix} (Vol Max) & V_{O L} \leq 330 mV \end{matrix}

$V_{OL}\le 330\:\textrm{mV}\label{vol}\tag{Vol Max}$

I_{M A X}

$I_{MAX}$

이제 일반적인 릴레이 데이터 시트를 살펴 보겠습니다 .

여기에서 저항이 임을 알 수 있습니다 이고 필요한 전류는 $125\:\Omega$ . $40\:\textrm{mA}$

$V_{CE}$ $V_{CE}$ $V_{CE}$ $\beta$

위의 데이터 비트는 앞에서 언급 한 모든 이유로 인해 실제로 외부 스위치가 필요하다고 말합니다. 릴레이의 인덕턴스에서 역기전력으로부터 I / O 핀을 보호하고 릴레이가 I / O보다 높은 전압을 필요로하기 때문에 I / O 핀이 제공 할 수있는 것보다 더 많은 전류 컴플라이언스가 필요하기 때문에 필요합니다. 핀 제공 할 수 있습니다. I / O를 직접 사용한다고 생각하지 마십시오!

릴레이에 필요한 낮은 전류로 인해 거의 모든 BJT를 사용할 수도 있습니다.

$100\:\textrm{mA}$

이 경우, 내가 가진 많은 것을 사용합니다 : OnSemi PN2222A 장치. 그림 11을 살펴 보자.

그림 11을 보면 많은 중요한 정보를 얻을 수 있습니다. 첫 번째는 스위치를 사용하여 "추천"하는 것입니다. $\beta=\frac{I_C}{I_B}=10$ $V_{CE}$ $\frac{I_C}{I_B}=10$

\begin{matrix} (Ib) & I_{B} = 4 mA \end{matrix}

$I_B=4\:\textrm{mA}\label{ib}\tag{Ib}$

\begin{matrix} (Vbe) & V_{B E} \approx 800 mV \end{matrix}

$V_{BE}\approx 800\:\textrm{mV}\label{vbe}\tag{Vbe}$

회로도 준비 시간 :

schematic

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

$R_1$ $\ref{voh}$ $\ref{vbe}$ $\ref{ib}$

\begin{matrix} (R1) & R_{1} = \frac{2.64 V - 800 mV}{4 mA} = 460 Ω \end{matrix}

$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{4\:\textrm{mA}}=460\:\Omega\label{r1}\tag{R1}$

$470\:\Omega$

귀하의 I / O 핀이 우리가 생각한 것보다 강력하고 보유한다고 가정하십시오. $3.3\:\textrm{V}$ $\frac{3.3\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{470\:\Omega}\approx 4.4\:\textrm{mA}$

$R_1$

편집 : 아래에 (아래 주석으로) 값을 표시하면 $100\:\textrm{mA}$ $\beta$

여기에 이라는 곡선이 있습니다 $150\:\textrm{mA}$ $I_B$ $V_{CE}$ $V_{CE}$ $100\:\textrm{mV}$ $I_B\approx 8\:textrm{mA}$ $10\:\textrm{mA}$ $\beta$

개로 릴레이를 위해이 모든 것을 함께 가져 가기 $100\:\textrm{mA}$ $I_B=4\:\textrm{mA}$ $I_B=5\:\textrm{mA}$ $I_B=6.7\:\textrm{mA}$

$\ref{r1}$

\begin{matrix} (R1 redo 1) & R_{1} = \frac{2.64 V - 800 mV}{5 mA} = 368 Ω \end{matrix}

$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{5\:\textrm{mA}}=368\:\Omega\label{r1x}\tag{R1 redo 1}$

\begin{matrix} (R1 redo 2) & R_{1} = \frac{2.64 V - 800 mV}{6.7 mA} = 275 Ω \end{matrix}

$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{6.7\:\textrm{mA}}=275\:\Omega\label{r1y}\tag{R1 redo 2}$

$R_1=330\:\Omega$ $7.5\:\textrm{mA}$ $12\:\textrm{mA}$

— k 크
소스

훌륭한 답변! 이것은 내가 사용하는 회로가 될 것입니다. 이미 청소 한 2N2222A가 있습니다. 나는이 자료가 확실하지 않다고 생각했지만, 나는 당신이 내가 어떤 것들에 약간 흔들리는 것을 보았 기 때문에 당신이 한 세부 사항에 들어갔 기 때문에 기쁘다. 내 계산에서 100 %를 사용하는 대신 80 % (또는 경우에 관계없이) 레벨 출력 전압 및 계수. 나를 놀라게 한 것은 수집기 전류 / 기본 전류의 베타 매개 변수를 사용하는 것이 었습니다. 나는 항상 hFE를 사용하고 있습니다. 나는 이상 호도

내 질문에 계산 : 그래서 : 5V 전원을 사용하여 릴레이를 통해 100mA를 측정했습니다 (인쇄 위에 붙어 있기 때문에 데이터 시트를 얻을 수 없습니다). 제안 된 2X-5X 안전 마진을이 값에 곱하여 260mA로 정했습니다. 콜렉터 전류에 사용하지 않습니까? 나는 이것을 2.6 h의베이스 전류를 얻기 위해 hFE 100으로 나누었다. hFE가 콜렉터에 대한베이스의 현재 이득이라고 생각했습니다. 베타 = Icollector / Ibase 재 배열은 기본 전류 X beta = 수집기 전류를 제공합니다. 어디서 미끄러 졌습니까? 또한 그림 11의 그래프에 의아해합니다.

@ Ray71 스위치처럼 작동하려면 BJT를 오버 드라이브해야합니다. 그림 11을보십시오. 곡선을 볼 수 있습니다

V_{C E} = 10 V

$V_{CE}=10\:\textrm{V}$

β

$\beta$

100 mA

$100\:\textrm{mA}$

β = 15

$\beta=15$

맨 위에는 3 개의 도표가 있으며 그 중 2 개는 잘 표시되어 있지만 세 번째 도표는 단순히 "1.0V"입니다. "Vbe (sat) @ Ic / Ib = 10"이라는 레이블이 붙은 것을 사용했지만 "1.0V"가 궁금합니다. 보호 다이오드의 경우 1N4001-1N4007 범위의 것을 사용하는 습관이있었습니다. 다시 한 번, 무지한 상태에서, 섬세한 외형 1N4148보다 "더 나은"것은 "무거운 의무"를 의미한다고 생각했습니다. 나는 지금부터 1N4148과 함께 탑승하고 있습니다. 나는 그가 다이오드의 음극이

V_{C E}

$V_{CE}$

V_{C E}

$V_{CE}$

V_{C E} = 1 V

$V_{CE}=1\:\textrm{V}$

V_{C E} = 10 V

$V_{CE}=10\:\textrm{V}$

10

이 "부두"가 필요하지 않습니다. 여기서는 R1과 R3이 모두 필요하지 않습니다. 바이폴라 트랜지스터는 전압이 아닌 전류에서 작동합니다. 이 저항은 선형 증폭기의 선형 영역으로 트랜지스터를 바이어스하는 데만 필요합니다. 선형 증폭을 원하지 않고 고효율 스위칭을 원합니다.

schematic

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

$U_{BE}$

스위칭 트랜지스터를 사용하면 베타 값이 높고 입력 전류가 매우 낮은 경우 포화 상태가됩니다. 더 높은 하중에 대한 달링턴 유형을 고려할 수도 있습니다. 포화는 트랜지스터에서 전압 강하와 열 발생을 줄입니다.

— 잔카
소스

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FET는 포화되지 않습니다. 따라서 큰 속도 승리.

바이폴라 Vbe는 유용한 전류를 위해 0.5--0.7V로 설정되어 있습니다.

FET는 게이트와 채널 사이에서 1 또는 2 또는 5 또는 10 볼트를 행복하게 허용합니다. 따라서 운영 유연성에 대한 큰 승리입니다.

— 아날로그 시스템
소스

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BJT와 FET의 일반적인 비교 :

BJT :-전류 제어 장치-전하 캐리어는 전자와 홀 (따라서 양극성)-물리적으로 더 커짐-입력 커패시턴스가 거의 없음 (더 높은 속도 / 높은 주파수 증폭 제공)-이득이 바이어스 전압에 의존하지 않기 때문에 더 선형적인 증폭 -출력 임피던스가 낮아서 낮은 임피던스 부하를 쉽게 구동 할 수 있습니다.-전류 제어로 인해 일반적으로 더 높은 전력 소비

FET :-전압 제어 장치 (낮은 전력 소비, 일반적으로 상태를 전환 할 때만 전력 소비)-전하 운반체는 전자 또는 정공 (유형에 따라 단 극형)에 따라 달라짐-물리적으로 더 작음-쉽게 확장 가능 크기)-일반적으로 더 높은 입력 커패시턴스 및 Miller Effect는 게인이 증가함에 따라 입력 커패시턴스도 커짐-낮은 임피던스를 매우 잘 구동 할 수 없음 (일반적으로 버퍼 스테이지 필요)-일반적으로 낮은 전력 소비

이것은 완전한 차이점의 목록은 아니지만 두 유형의 트랜지스터 사이의 차이점에 대한 귀하의 질문에 대답하기를 바랍니다. 내 교육 경험에서, 취미 프로젝트의 경우 95 %, BJT가 갈 길이지만, 대규모 고밀도 프로젝트의 경우 대부분의 디지털 회로가 CMOS이기 때문에 CMOS가 우선적으로 선택되므로 더 저렴합니다. 동일한 프로세스에서 아날로그와 디지털을 모두 생성합니다.

— K.Effinger
소스

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일부 응용 분야에서는 에너지 효율이 매우 중요합니다. 실제로 중요하지 않은 많은 응용 프로그램이 있지만 많은 사람들이 후자의 응용 프로그램으로 디자인을 불필요하게 제한하는 것을 좋아하지 않습니다.

100mA를 전환 할 수있는 단일 BJT 기반 회로가 필요한 경우, 회로는 켜져있을 때마다 2 ~ 10mA 사이 에서 부하 전류가 실제로 100mA인지 아니면 0인지를 표시해야합니다. . 부하가 켜져있을 때마다 실제로 100mA를 소비하는 경우, 그 시점에 시스템의 전력 소비에 10mA를 추가하면 전체 전력 소비가 10 % 만 증가합니다. 그러나 부하가 종종 1mA 만 걸리는 무언가를 구동하는 경우, 켜져있을 때 전력 소비에 2mA를 추가하면 해당 부하 제어와 관련된 전력 소비가 3 배가됩니다. 부하가 대부분 켜질 경우 (단순히 아주 적은 전류를 소비) 매우 낭비가 될 수 있습니다.

BJT는 MOSFET보다 더 오래 사용할 수 있으며 많은 회로가이 가용성을 중심으로 설계되었습니다. 특정 MOSFET이 2N3904 및 2N3906만큼 어디에나 존재한다는 것을 모르겠습니다. 이 부분은 지구상에서 가장 좋은 트랜지스터 근처에 없지만 어디에나 있습니다. 나는 MOSFET이 똑같이 말할 수있는 MOSFET을 모른다.

— 슈퍼 캣
소스