Napięcie na złączu kolektor-emiter - jak odczytać?

Czy projektując proste układy z tranzystorem należy uwzględniać spadek napięcia na złączu C-E, czyli napięcie Vce? Czy jeśli jest ono pomijalnie małe to nie ma sensu go przyjmować w obliczeniach?

Przykładowo niech będzie układ, w którym przez kolektor płynie 10mA. Tranzystor niech będzie BC337.

Wg noty: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/BC337-D.PDF

Pytanie jak je prawidłowo odczytać? Vce jest na stronie 3, fig. 2 oraz fig. 4. Który wykres nas interesuje?

ety napisał:

Czy projektując proste układy z tranzystorem należy uwzględniać spadek napięcia na złączu C-E, czyli napięcie Vce?

Ale jakie układy? Wzmacniacz, klucz/przełącznik czy jeszcze coś innego?

ety napisał:

Czy jeśli jest ono pomijalnie małe to nie ma sensu go przyjmować w obliczeniach?

Zależy co obliczasz i na jakie potrzeby?

ety napisał:

Vce jest na stronie 3, fig. 2 oraz fig. 4. Który wykres nas interesuje?

Generalnie każdy z wykresów nas interesuje i każdy ma swoje zastosowanie.

Załóżmy, że z pinu mikrokontrolera sterujemy kilkoma LED. Wydajność prądowa pinu mikrokontrolera jest mała, więc stosujemy tranzystor.

Czyli tranzystor jako klucz. Cóż wydaje mi się, że w tym wypadku sam przebieg napięcia Vce nas aż tak bardzo nie interesuje. Tranzystor pracuje w takim rozwiązaniu dwustanowo - jest albo nasycony albo zatkany.
W stanie zatkania jak wiadomo Vce=VCC a Ic=0
Natomiast w stanie nasycenia Vce jest równe wartości Vcesat (przy założeniu że tranzystor został całkowicie nasycony).
Zatem dla podanego przez Ciebie przypadku interesuje nas wykres numer 4 - gdyż on mówi nam jak zachowuje się napięcie Vce podczas nasycenia tranzystora.
Wartość Vcesat jest ważna między innymi z tego względu, że decyduje ona o mocy strat wydzielanej w nasyconym tranzystorze (zgodnie ze wzorem Psat=Ic*Vcesat).
PS. I jeszcze najważniejsze: w tranzystorze bipolarnym nie ma takiego złącza jak złącze kolektor-emiter - istnieją tylko złącza baza-emiter i kolektor-baza.

Mhm... No tak, teraz sobie zajrzałem jeszcze raz do budowy tranzystora npn. Warstwy n są rozdzielone warstwą p, więc elektrycznie nie ma bezpośredniego połączenia (złącza) pomiędzy kolektorem i emiterem.

Co do wątku. Czyli wykres nr 4 zakłada, że tranzystor jest nasycony i większy prąd Ic nie może popłynąć? Stan nasycenia zawsze rozumiałem mniej więcej w ten sposób: prąd bazy jest tak duży, że prąd kolektora nie może już rosnąć, tranzystor nie jest w stanie przepuścić prądu beta-razy większego. Jeśli tak, to...

Załóżmy, że mamy jakiś najprostszy układ, taki kompletnie bez sensu, byleby była jakaś podstawa do dyskusji.



Niech będzie tak:

Uzas=12V - napięcie zasilania
Rb - rezystor regulujący prąd bazy
Rc - rezystor do diody LED (pytanie czy potrzebny?)

Rc daje po to, by wystąpił na nim spadek napięcia, niepotrzebnego napięcia. Uzas to 12V, a na diodzie załóżmy Uled=2V. Spadek napięcia na Rc powinien wynieść 10V. Tylko nie wiem czy bez niego też by działało? Zakładamy, że korzystamy z tego BC337 i noty, którą podlinkowałem.

Chcemy by prąd kolektora Ic wynosił 20mA. Ponadto spadek napięcia Ube zakładamy 0.7V (nie widzę tego w nocie). To chyba wszystko.

Najpierw liczymy Rb. Na Fig.3 mamy wykres wzmocnienia. Dla Ic=20mA wzmocnienie to ok. 180. Czyli Ib=20mA/180=111µA. Niech będzie Ib=0.1mA.

Teraz z prawa Ohma:
Ub=12V-0.7V=11.3V
Rb=Ub/Ib=11.3V/0.1mA=113kΩ

Teraz liczymy Rc. No właśnie. Spadek napięcia na Rc ma być 10V. A co ze spadkiem pomiędzy kolektorem i emiterem? Bo jakiś chyba też będzie?

Bez spadku Uce (albo Vce) byłoby:

Rc=Uc/Ic=10V/20mA=500Ω

No fajnie. Tylko po pierwsze co z tym Uce?
Druga sprawa - jak jest z tym wykresem, o którym wspomniałeś. Tym Fig.4. Bo tu chyba nie mam stanu nasycenia, prawda? Prąd kolektora 20mA, a wg noty maksymalny to 800mA.

ety napisał:

Druga sprawa - jak jest z tym wykresem, o którym wspomniałeś. Tym Fig.4. Bo tu chyba nie mam stanu nasycenia, prawda?

Jest. Wykres podpisany jest jako Saturation Region - a więc na pewno dotyczy stanu nasycenia. A sam stan nasycenia nie oznacza, że przez kolektor płynie maksymalny prąd.

ety napisał:

Stan nasycenia zawsze rozumiałem mniej więcej w ten sposób: prąd bazy jest tak duży, że prąd kolektora nie może już rosnąć,

Błędne myślenie - prąd kolektora może rosnąć, ale nie na skutek zwiększania prądu Ib tylko co najwyżej spadku rezystancji Rc.

ety napisał:

Rc daje po to, by wystąpił na nim spadek napięcia, niepotrzebnego napięcia. Uzas to 12V, a na diodzie załóżmy Uled=2V. Spadek napięcia na Rc powinien wynieść 10V. Tylko nie wiem czy bez niego też by działało?

Nie - bez rezystora dioda się ugotuje. Rezystor Rc jest potrzebny aby ustalić zakładany prąd kolektora w stanie nasycenia.

ety napisał:

Chcemy by prąd kolektora Ic wynosił 20mA. Ponadto spadek napięcia Ube zakładamy 0.7V (nie widzę tego w nocie). To chyba wszystko.

Najpierw liczymy Rb. Na Fig.3 mamy wykres wzmocnienia. Dla Ic=20mA wzmocnienie to ok. 180. Czyli Ib=20mA/180=111µA. Niech będzie Ib=0.1mA.

Teraz z prawa Ohma:
Ub=12V-0.7V=11.3V
Rb=Ub/Ib=11.3V/0.1mA=113kΩ

Teraz liczymy Rc. No właśnie. Spadek napięcia na Rc ma być 10V. A co ze spadkiem pomiędzy kolektorem i emiterem? Bo jakiś chyba też będzie?

Bez spadku Uce (albo Vce) byłoby:

Rc=Uc/Ic=10V/20mA=500Ω

Źle. Liczysz to tak jakby tranzystor był wzmacniaczem. A w tej konfiguracji jest kluczem. Czyli pracuje dwustanowo. Chcąc wprowadzić tranzystor w nasycenie korzystasz z zasady Ib>0,1 Ic i dla tej zależności ustalasz rezystor Rb. Zakładając Ic=20 mA musisz dać taki rezystor Rb aby prąd Ib wynosił więcej jak 2 mA.
Jeśli Vcesat jest pomijalnie małe w porównaniu do Vcc to dla praktycznych i mało wymagających obliczeń możesz je pominąć. Jeśli jednak wynik ma być bardzo precyzyjny wtedy musisz uwzględniać Vcesat bez względu na jego wartość.

Xantix napisał:

ety napisał:
Druga sprawa - jak jest z tym wykresem, o którym wspomniałeś. Tym Fig.4. Bo tu chyba nie mam stanu nasycenia, prawda?

Jest. Wykres podpisany jest jako Saturation Region - a więc na pewno dotyczy stanu nasycenia. A sam stan nasycenia nie oznacza, że przez kolektor płynie maksymalny prąd.

Nie, nie. Chodziło mi, że to w tym moim przykładzie tranzystor nie jest nasycony. Wykres - wiadomo, że dotyczy nasycenia.

trymer01 napisał:

Dla stanu nasycenia nie patrzymy na wartość bety, ale przyjmujemy betę dużo niższą - wg zaleceń producenta - str., tabela "Collector Emitter Saturation Voltage" podano przy Ic/Ib=10. Z praktyki wiadomo, że można tę wartość zwiększyć do 20 (nieco wzrośnie Vcesat).

W którym miejscu podano betę równą 10? Chodzi Tobie o to, że betę mamy założyć małą? Czy pomyłka i chodziło o betę 100? Bo może ślepy jestem, ale w tabeli nie widzę 10... Na wykresie hFE też nie. Pewnie czegoś nie rozumiem

trymer01 napisał:

Figure 5 - Vcesat=f(Ic), przy Ic/Ib=10 - rozumiesz to?
Z tego wykresu wynika, że Vcesat= ok. 0,05V, więc Ic=(Vcc-Vled-Vcesat)/Rc=19,9mA. ta różnica 0,1mA ma dla Ciebie znaczenie? - bo to 0,5%, a opornik ma tolerancję 5%. A nawet jeśli, to ujmij wartość Vcesat w obliczeniach.

Nooo teraz chyba widzę o co chodziło. No i wiem skąd odczytać Vce. Wiem, wiem, różnica aptekarska tak zwana.

trymer01 napisał:

Ten wykres pokazuje jaki prąd Ib trzeba podać do bazy aby wprowadzić tranzystor w nasycenie (aby uzyskać niskie, mało zmieniające się Vcesat) - dla różnych Ic. Widać tam, że im większy Ic, tym mniejsza "beta" i tym trudniej wprowadzić tranzystor w nasycenie.

Czyli jeśli chcę wprowadzić tranzystor w nasycenie przy Ic=20mA to śmiało mogę liczyć wszystko dla prądu bazy 1mA? Tak rozumiem +/- z wykresu. Fig4.

Xantix napisał:

Nie - bez rezystora dioda się ugotuje. Rezystor Rc jest potrzebny aby ustalić zakładany prąd kolektora w stanie nasycenie.

Rozumiem. Myślałem, że jesteśmy w stanie tak wysterować "punkt pracy" tranzystora (bo chyba tak to się nazywa), by bez dodatkowej rezystancji Rc prąd wynosił te 20mA.

Xantix napisał:

Chcąc wprowadzić tranzystor w nasycenie korzystasz z zasady Ib>0,1 Ic i dla tej zależności ustalasz rezystor Rb. Zakładając Ic=20 mA musisz dać taki rezystor Rb aby prąd Ib wynosił więcej jak 2 mA.

Wiem, że to głupie pytanie, ale skąd ta zasada się wzięła? Czy to po prostu taki "wzór inżynierski" do szybkiego szacowania? Tak, jak dla długości fali 300/f[MHz]=lambda [m].

trymer01 napisał:

Nie - przez nasycony tranzystor płynie prąd zależny tylko od Vcc i Robc.

Po prostu to ma być przełącznik, czyli albo jest stan zatkania (LED nie świeci), albo stan nasycenia (LED świeci). Zaczynam rozumieć. A co ze stanem aktwynym pomiędzy tymi dwoma stanami. Teoretycznie jeśli zamiast rezystora Rb w stawić potencjometr? Taki teoretyczny - gdzie rezystancja zaczynałaby się od obliczonego Rb i rosła w miarę kręcenia, zmniejszając prąd bazy? To wtedy w miarę płynnie przechodzilibyśmy od stanu nasycenia do zatkania (przez stan aktywny)?

ety napisał:

Wiem, że to głupie pytanie, ale skąd ta zasada się wzięła? Czy to po prostu taki "wzór inżynierski" do szybkiego szacowania?

Podobno zostało to ustalone empirycznie - w każdym razie zawsze stosowałem się w obliczeniach do tej zasady i nigdy nie miałem problemów z niepełnym nasyceniem tranzystora.

ety napisał:

Teoretycznie jeśli zamiast rezystora Rb w stawić potencjometr? Taki teoretyczny - gdzie rezystancja zaczynałaby się od obliczonego Rb i rosła w miarę kręcenia, zmniejszając prąd bazy? To wtedy w miarę płynnie przechodzilibyśmy od stanu nasycenia do zatkania (przez stan aktywny)?

Tak wtedy tranzystor pracowałby w stanie aktywnym.

Dzięki wielkie. Niby żadnego tranzystora nie spaliłem jeszcze, a jak widać nie wszystko jeszcze wiem Dobrze, że spytałem o to Vce.

trymer01 napisał:

Można tak powiedzieć.
Producent BC337 gwarantuje, że Vcesat będzie miało podaną wartość@Ic przy podanym Ic/Ib. W innych warunkach - nie wiadomo, bo tranzystor tranzystorowi nie jest równy.
Czytaj:
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2770848.html#13381877
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2617821.html#12578613
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3240162.html#15889806

Rozumiem, że w teorii taki układ, jak zaproponowałem (no, diodę LED powinienem przesunąć) by działał. W praktyce jednak, przy jakichś poważniejszych zastosowaniach, baza mogłaby być podatna na zakłócenia. Przy większym prądzie bazy, spadek tego prądu nie wpłynąłby znacząco na prąd kolektora. Oczywiście w pewnych granicach. Tak to rozumiem, z podlinkowanych materiałów.

trymer01 napisał:

ety napisał:
A co ze stanem aktwynym pomiędzy tymi dwoma stanami. Teoretycznie jeśli zamiast rezystora Rb w stawić potencjometr? Taki teoretyczny - gdzie rezystancja zaczynałaby się od obliczonego Rb i rosła w miarę kręcenia, zmniejszając prąd bazy? To wtedy w miarę płynnie przechodzilibyśmy od stanu nasycenia do zatkania (przez stan aktywny)?

Tak, ale takie sterowanie tranzystorem nie jest stabilne i zmiany warunków (zmiany temperatury zewn, podgrzewanie się tranzystora, zmiana obciążenia, zasilania) mogą spowodować wyjście z płytkiego stanu nasycenia w stan aktywny (a to albo zniszczy tranzystor albo spowoduje nieprawidłowe działanie obciążenia), albo wyjście ze stanu aktywnego w stan nasycenia.

No ok, ale co w takim razie ze wzmacniaczami audio z regulowanym wzmocnieniem sygnału?

Rozumiem oczywiście, że przy sterowaniu poprzez tranzystor na zasadzie włącz/wyłącz kierujemy się nieco innymi zasadami. Mamy mieć stabilne dwa stany ON i OFF. Zatkanie i nasycenie. Stan aktywny nas jakby nie interesuje.

ety napisał:

No ok, ale co w takim razie ze wzmacniaczami audio z regulowanym wzmocnieniem sygnału?

No, wzmacniacze z regulowanym wzmocnieniem to raczej są znacznie bardziej skomplikowane w budowie.
A co do takiego prostego wzmacniacza na jednym tranzystorze to stosowane są po prostu bardziej złożone układy polaryzacji tranzystora pomyślane tak, aby zapewnić stabilność parametrów wzmacniacza niezależnie od wahań czynników zewnętrznych.

ety napisał:

Rozumiem oczywiście, że przy sterowaniu poprzez tranzystor na zasadzie włącz/wyłącz kierujemy się nieco innymi zasadami. Mamy mieć stabilne dwa stany ON i OFF. Zatkanie i nasycenie. Stan aktywny nas jakby nie interesuje.

Zasadniczo tak właśnie jest.

trymer01 napisał:

gdy częstotliwość jest wysoka trzeba inaczej.

To znaczy dąży się do tego samego (głębokie nasycenie), ale pewnie w nieco inny sposób?

Właśnie nie - wtedy nie wprowadza się tranzystora w głębokie nasycenie, gdyż wyjście z tego stanu zajmuje tranzystorowi relatywnie dużo czasu (w porównaniu do częstotliwości sygnału) co zaburzyłoby przełączanie tranzystora. Dlatego w takim przypadku należy starać się utrzymywać możliwie płytki stan nasycenia. Jaki dokładnie? A to już zależy od wielu czynników...

Projektując obwody, należy wziąć pod uwagę Vce. Reprezentuje napięcie nasycenia, gdy tranzystor znajduje się w swoim obszarze aktywnym, przewodząc prąd. W większości przypadków ten spadek napięcia nie jest bez znaczenia i może mieć znaczący wpływ na wydajność obwodu.