Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Napięcie na złączu kolektor-emiter - jak odczytać?

29 Dec 2016 16:28 4743 16
  • Level 14  
    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?
  • Level 40  
    ety wrote:
    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 wrote:
    Czy jeśli jest ono pomijalnie małe to nie ma sensu go przyjmować w obliczeniach?

    Zależy co obliczasz i na jakie potrzeby?
    ety wrote:
    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.
  • Level 14  
    Załóżmy, że z pinu mikrokontrolera sterujemy kilkoma LED. Wydajność prądowa pinu mikrokontrolera jest mała, więc stosujemy tranzystor.
  • Level 40  
    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.
  • Level 14  
    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.

    Napięcie na złączu kolektor-emiter - jak odczytać?

    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.
  • Helpful post
    Moderator of Designing
    ety wrote:
    Czyli wykres nr 4 zakłada, że tranzystor jest nasycony i większy prąd Ic nie może popłynąć?

    Większy Ic nie może popłynąć, gdyż wykorzystano już całe Vcc, a prąd nie jest ograniczany przez tranzystor ale przez Robciążenia: I=(Vcc-Vled-Vcesat)/R ≈(Vcc-Vled)/R - gdyż Vcesat jest małe w porównaniu do Vcc.

    Schemat nieprawidłowy. LED powinien być szeregowo tylko z Rc. Rc jest konieczny.
    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). Generalnie - beta dla wprowadzenia w stan nasycenia musi być przyjęta dużo niższa niż katalogowa, czyli Ib dużo wyższe niżby to wynikało z Ic/betę katalogową.
    ety wrote:
    Bez spadku Uce (albo Vce) byłoby:

    Rc=Uc/Ic=10V/20mA=500Ω

    No fajnie. Tylko po pierwsze co z tym Uce?

    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.
    ety wrote:
    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.

    Bo nie rozumiesz pojęcia nasycenia - mylisz prąd z napięciem. pojęcie to oznacza, że tranzystor jest nasycony (nośnikami prądu) i maksymalnie otwarty, więc już większy prąd nie może popłynąć (nie zależy on od tranzystora - jego wysterowania) - tylko od zasilania i obciążenia.
    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.
    W tabeli są podane parametry gwarantowane, na wykresach - typowe (chyba że zaznaczono inaczej).
  • Helpful post
    Level 40  
    ety wrote:
    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 wrote:
    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 wrote:
    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 wrote:
    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.
  • Level 14  
    Xantix wrote:

    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.
  • Moderator of Designing
    ety wrote:
    Chodziło mi, że to w tym moim przykładzie tranzystor nie jest nasycony

    Dlaczego? - obawiam się, że nadal nie rozumiesz stanu nasycenia. Czytaj uważnie co pisałem wyżej.
    Czy sądzisz, że przez nasycony tranzystor ma płynąć Icmax (dla BC337 to 800mA) ?
    Nie - przez nasycony tranzystor płynie prąd zależny tylko od Vcc i Robc.
    Jeśli z Twojego schematu usunąć LED (pozostawiając Rb i Rc), to dostarczając odpowiednio duży Ib nasycamy tranzystor i dla Rc=1k, Ic=12mA, a dla Rc=100Ω - Ic=120mA. I w obu przypadkach tranzystor jest nasycony.
  • Level 14  
    trymer01 wrote:
    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 :D

    trymer01 wrote:
    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 wrote:
    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 wrote:
    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 wrote:
    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 wrote:
    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)?
  • Level 40  
    ety wrote:
    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 wrote:
    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.
  • Moderator of Designing
    ety wrote:
    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

    W tabeli str 2 dla wiersza "Collector Emitter Saturation Voltage" podano warunki IC = 500 mA, IB= 50 mA - czyli Ic/Ib=10.
    Zaś na wykresie Figure5 krzywa jest opisana Vcesat@Ic/Ib=10.
    Nigdzie nie zajdziemy, jeśli nie postarasz się chociażby dokładnie czytać tego co piszę - bo podałem aż za dokładnie.
    ety wrote:
    skąd ta zasada się wzięła? Czy to po prostu taki "wzór inżynierski"

    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/viewtopic.php?p=13381877#13381877
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=12578613#12578613
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=15889806#15889806
    ety wrote:
    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.
  • Level 14  
    Dzięki wielkie. Niby żadnego tranzystora nie spaliłem jeszcze, a jak widać nie wszystko jeszcze wiem :) Dobrze, że spytałem o to Vce.

    trymer01 wrote:
    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/viewtopic.php?p=13381877#13381877
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=12578613#12578613
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=15889806#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 wrote:
    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.
  • Level 40  
    ety wrote:
    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 wrote:
    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.
  • Moderator of Designing
    ety wrote:
    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.

    Interesuje nas o tyle, że należy zrobić wszystko aby nie dopuścić do wejścia tranzystora w ten stan, ani nawet aby się do niego nie zbliżyć.
    Oczywiście mówimy o układzie, gdzie klucz pracuje z małą częstotliwością - wtedy można a nawet należy wprowadzać tranzystor w głębokie nasycenie (Ic/Ib=10-20), gdy częstotliwość jest wysoka trzeba inaczej.
    ety wrote:
    przy jakichś poważniejszych zastosowaniach, baza mogłaby być podatna na zakłócenia.

    Właśnie duży prąd bazy jest zabezpieczeniem przed tym. Prąd bazy ma być większy niż potrzeba - z zapasem na różne okoliczności.
    ety wrote:
    co w takim razie ze wzmacniaczami audio z regulowanym wzmocnieniem sygnału?

    To zupełnie inna bajka, to właśnie praca liniowa tranzystora w obszarze aktywnym, a nie dwustanowa.
  • Level 14  
    trymer01 wrote:
    gdy częstotliwość jest wysoka trzeba inaczej.


    To znaczy dąży się do tego samego (głębokie nasycenie), ale pewnie w nieco inny sposób?
  • Level 40  
    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...