Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Punkt pracy tranzystora, rezystory ustalające punkt pracy

bakus221 11 Jun 2018 19:37 2397 37
Altium Designer Computer Controls
  • #1
    bakus221
    Level 9  
    Witam, niedługo sesja a ja nie do końca wiem jak rozwiązywać tego typu zadania... Mam problem z początkiem bo potem juz myslę sobie jakoś poradzę. Ale co zrobić gdy prąd bazy wychodzi ujemny.. Dalej zadania nie ma co ruszać i stąd moja prośba o pomoc. Czy byłby ktoś w stanie obliczyć prądy Ic1, Ic2 , R2 oraz R3 ?
    Albo przynajmniej stosowny układ równań stworzyć do policzenia bo z mojego wychodzi że prąd Ib1 = -5uA ...
    Dane : R1 = 33k , VCC = 12V , R2 = R3 =?
    Rprzekaznika = 120R , Prąd przy którym przekaźnik się włączy = 70mA , a wyłączy przy 40 mA , Napięcie 12V

    Dane tranzystorów :
    T1 : { Ubep = 0.6V , Ucesat = 0.2V , Beta = 240 (B>>1 ) }
    T2 : { Uebp = 0.6V , Uecsat = 0.3V , Beta = 100 (B>>1 ) }
    Uwe : <0, 3,3V>

    Zad 1. Dobrać wartości R2 i R3 które muszą być takie same przy których przekaźnik na pewno będzie włączony tzn. napiecie na nim powinno być bliskie 12V.

    Z góry dziekuje za pomoc, pozdrawiam :)

    Punkt pracy tranzystora, rezystory ustalające punkt pracy
  • Altium Designer Computer Controls
  • #2
    User removed account
    Level 1  
  • #3
    bakus221
    Level 9  
    No, i dziekuje za naprowadzenie jakieś :)
    Ib2 mam 975uA , jest chyba okej i mogę jechać do tych 5 wzorów ? :)
  • #4
    User removed account
    Level 1  
  • #5
    bakus221
    Level 9  
    Jeszcze napiecia Ur2 i Ur3 można wyliczyć i wynosza odpowiednio : 0,6 V i 2,4V
    A co do wzorów mam takie :
    R = Ur3/Ir3
    Ir3 = Ic1 + Ib2
    Ib1 = Ic1 / B
    Ie = (B+1 ) * Ic1
    Ur2 = Ie * R

    Albo też zestaw takich wzorków :)
    Ir3 = Ur3/R3
    Ic1 = B*Ib1 - Ib2
    Ib1 = Ic1/B
    Ie = (B+1) * Ib1
  • Altium Designer Computer Controls
  • #6
    User removed account
    Level 1  
  • #7
    krzysiek_krm
    Level 40  
    Witam,
    obawiam się, że należy policzyć to odrobinę inaczej.
    Ponieważ
    bakus221 wrote:
    przekaźnik na pewno będzie włączony tzn. napiecie na nim powinno być bliskie 12V

    a napięcie zasilające jest równe 12 V, więc tranzystor T2 będzie pracował w nasyceniu.
    Napięcie na cewce przekaźnika będzie równe 12 V - 0.3 V = 11.7 V. Liczymy prąd cewki przekaźnika, który wynosi 11.7 V / 120 Ω i upewniamy się, że jest on większy niż prąd załączenia przekaźnika.
    Prąd cewki przekaźnika jest prądem kolektora T2, dla tranzystora pracującego w nasyceniu zwyczajowo przyjmuje się Ic / Ib (βsat) około 10, co daje nam całkiem przyzwoity współczynnik przesterowania równy 10, bo β = 100. Przyjmując βsat = 10 liczymy prąd bazy tranzystora T2.
    Prąd kolektora T1 jest sumą prądu bazy T2 i prądu R3 czyli jest równy Ib2 + 0.6 V / R3.
    W stanie załączenia napięcie na R2 jest równe 3.3 V - 0.6 V = 2.7 V. Napięcie kolektor - emiter T1 jest równe 12 V - 0.6 V - 2.7 V = 8.7 V, przy takim napięciu tranzystor nie jest nasycony więc dla niego przyjmujemy β = 240. Prąd emitera T1 jest równy sumie prądów kolektora i bazy czyli Ic1 + Ic1 / β, jednocześnie jest równy 2.7 V / R2, wiadomo że R2 = R3 więc równanie z jedną niewiadomą (R = R2 = R3) jest gotowe, to wszystko.

    Uwzględniając, że dla T1 B >> 1 możemy przyjąć dla uproszczenia, że Ie1 = Ic1.

    Pozdrawiam
  • #8
    User removed account
    Level 1  
  • #9
    krzysiek_krm
    Level 40  
    Kraniec_Internetów wrote:
    W tym wypadku, licząc szacunkowo R wynosi trochę ponad 200 omów.

    Coś około 214, o ile dobrze pamiętam.
    Kraniec_Internetów wrote:
    Pytanie więc, czy faktycznie T2 ma pracować w nasyceniu.

    Raczej powinien.
    Między innymi dlatego, że
    bakus221 wrote:
    przekaźnik na pewno będzie włączony tzn. napiecie na nim powinno być bliskie 12V

    taka jest podpowiedź w tym zadaniu - żartuję oczywiście :D .
    Generalnie, taka jest dobra praktyka inżynierska.
    Po pierwsze, w treści jest napisane, że przekaźnik ma cewkę 12 V, jeżeli "must operate current" jest równy 70 mA, nie możemy zaprojektować układu na dokładnie taką wartość, wystarczy, że elementy "rozjadą się na tolerancjach" i znajdziemy się pod progiem, musimy zastosować pewien zapas.
    Po drugie - kwestia energetyczna.
    Załóżmy, że ustalimy ten prąd na 80 mA, wówczas napięcie na cewce będzie równe 80 mA * 120 Ω = 9.6 V, zatem napięcie na T2 będzie równe 12 V - 9.6 V = 2.4 V. Moc strat na tranzystorze będzie równa 2.4 V * 80 mA = 192 mW.
    Jeżeli wprowadzimy T2 w nasycenie, napięcie na cewce będzie równe 12 V - 0.3 V = 11.7 V, prąd cewki będzie równy 11.7 V / 120 Ω = 97.5 mA (zapas do 70 mA jest słuszny), moc strat T2 będzie równa 0.3 V * 97.5 mA = 29.25 mW, no jednak "trochę mniej" niż 192 mW.
    Zadanie jest trochę niekompletne, albo powinna być podana wartość βsat dla T2, albo powinien to być prawdziwy tranzystor, żeby można było sobie βsat odczytać z dokumentacji. Generalnie dla tranzystorów βsat jest na poziomie 10 ... 20, moim zdaniem kluczowe w rozwiązaniu tego zadania jest napisanie otwartym tekstem "przyjmuję dla T2 βsat równe 10 (albo 15, albo 20) ponieważ dokładna wartość nie jest znana", tak czy siak, chodzi o to żeby oceniający zorientował się, że rozwiązujący zadanie wie o co chodzi.
  • #10
    User removed account
    Level 1  
  • #11
    krzysiek_krm
    Level 40  
    Kraniec_Internetów wrote:
    Właśnie dlatego przyjąłem, że tranzystor nie jest nasycony - bo podali tylko

    Podejrzewam, że chodzi o to aby samemu zorientować się, że tranzystor musi być nasycony, jeżeli przy napięciu zasilania 12 V napięcie na obciążeniu w kolektorze (cewce przekaźnika) ma być "bliskie 12 V".
    Kraniec_Internetów wrote:
    Także beta 10, to chyba nie jest >>1.

    Tranzystory bipolarne niestety tak mają, że β w nasyceniu jest znacznie mniejsza niż β "zwykła', rzuć okiem w jakąś dokumentację, na pozycję "napięcie nasycenia", w warunkach pomiaru podany jest jakiś prąd kolektora i jakiś prąd bazy, stosunek Ic/Ib, czyli βsat jest zazwyczaj w przedziale 10 ... 20.
  • #12
    User removed account
    Level 1  
  • #13
    krzysiek_krm
    Level 40  
    Kraniec_Internetów wrote:
    więc tranzystor nienasycony

    To w jaki sposób przy zasilaniu 12 V uzyskać na kolektorze napięcie bliskie 12 V ?
  • #14
    User removed account
    Level 1  
  • #15
    krzysiek_krm
    Level 40  
    Kraniec_Internetów wrote:
    Wstawić R=2142 omy. Pojęcie "bliskie 12V" jest dość względne, moim zdaniem.

    Moim zdaniem nie jest względne, w "normalnym projektowaniu" cewkę 12 V przekaźnika zasila się z napięcia możliwie najbardziej zbliżonego do 12 V, nie z 11 V czy dajmy na to 9 V.
    W tym celu używa się dokładnego napięcia zasilania 12 V (plus minus tolerancja rzecz jasna, ale współczesne regulatory napięcia tolerancję mają dość przyzwoitą) i tym napięciem zasila się cewkę za pomocą klucza prądowego: albo nasyconego tranzystora bipolarnego albo pracującego w obszarze triodowym tranzystora mosfet.
    Nawiasem mówiąc, gdyby w tym zadaniu ktoś kombinował inaczej, zapewne wymyśliłby sterowanie cewki ze źródła prądowego, tyle że wówczas byłby potrzebny opornik w emiterze tranzystora PNP, który pewnie też trzeba byłoby policzyć, chociaż takiego sterowania cewek przekaźników się nie stosuje ale w celach ćwiczebnych - można byłoby.
    W aktualnej konfiguracji jedynym stabilnym sposobem wysterowania cewki jest wprowadzenie tranzystora w stan nasycenia, bazowanie na jego becie, która jak wiadomo, ma w tranzystorach dość duży rozrzut byłoby "lekko nierozsądne".
  • #16
    User removed account
    Level 1  
  • #17
    krzysiek_krm
    Level 40  
    Kraniec_Internetów wrote:
    Bierz pod uwagę, że to jest proste studenckie zadanie z elektrotechniki, a nie projekt jakiegoś urządzenia.

    To mają się uczyć jakichś zasad oderwanych od rzeczywistości ?
  • #18
    bakus221
    Level 9  
    Heh , nie wiem już co o tym myśleć :)
    Teoria swoją drogą a praktyka swoją :)
    Kumpel policzył że R ma być ok. 1,8k
    Co do tej Bety to nie mówiliśmy nic o becie jeśli tranzystor jest nasycony że zmniejsza się do tych 10-20 :)
    Aaa przepraszam najmocniej. Dla pierwszego podpunktu napięcie ma być równe 3V , stąd moja sugestia że UR2 = 2,4 V :)
  • #19
    User removed account
    Level 1  
  • #20
    bakus221
    Level 9  
    On liczył na tej zasadzie że Ir3 = Uebp2 / R3
    W ogóle prąd bazy T1 to liczył tak że Ib1 = Iwe - Ir1 a Ir1 = Uwe / R1 = 91uA
    Coś mi sie to nie podoba ...
  • #21
    User removed account
    Level 1  
  • #22
    krzysiek_krm
    Level 40  
    bakus221 wrote:
    Co do tej Bety to nie mówiliśmy nic o becie jeśli tranzystor jest nasycony że zmniejsza się do tych 10-20

    Tak właśnie jest.
    bakus221 wrote:
    Teoria swoją drogą a praktyka swoją

    To jest właśnie praktyka, rzuć okiem na dokumentację jakiegokolwiek tranzystora bipolarnego, odszukaj pozycję "Napięcie nasycenia (Saturation voltage)" i zauważ, że jest w tej pozycji podane (na przykład) Ic = 100 mA oraz Ib = 10 mA albo (na przykład) Ic = 100 mA oraz Ib = 5 mA, czyli βsat jest z przedziału 10 ... 20, to jest praktyczna, bezpieczna wartość dla realnych tranzystorów. Może się oczywiście okazać, że jakiś tranzystor będzie nasycony przy βsat = 58.3, jednak prawdziwe tranzystory nie są identyczne "sztuka w sztukę" więc dla bezpiecznej pracy w nasyceniu należy przyjmować wartości gwarantowane przez producentów, czyli właśnie z przedziału 10 ... 20.
    bakus221 wrote:
    W ogóle prąd bazy T1 to liczył tak że Ib1 = Iwe - Ir1 a Ir1 = Uwe / R1 = 91uA

    Liczenie prądu bazy T1 jest w ogóle niepotrzebne, chyba że w późniejszym etapie dla obliczenia Iwe, wystarczy policzyć prąd emitera a następnie prąd kolektora jako Ic = Ie albo z uwzględnieniem β tego tranzystora (już nie βsat bo tranzystor nie jest nasycony).
  • #23
    akytam
    Level 17  
    Wygląda jak projekt sterowania przekaźnika z uP. Propozycja rozwiązania jeszcze bardziej skrócona.
    Zasilanie 12V, rezystancja cewki przekaźnika 120Ohm. No to prąd przez cewkę 100mA. Bo pomijam 0,3V w stosunku do 12V. Bo potem rozrzut wynikui tak będzie zależał od mojego "widzimisia".
    I tu dylemat konstruktora: ile przyjmuję beta tranzystora T2 w stanie nasycenia. Patrzę w sufit i przyjmuję = 10.
    I równanie prądów w tranzystorze T1.
    0,6/R + 0,100/10 = (3,3-0,6)/R
    0,01R = 2,7-0,6
    R= 210
    Ale gdybym przyjął betę = 20 to wyszłoby 420.
    I potem sprawdzenie ile prąd emitera T1, i ile prąd jego bazy, no bo uP musi wydolić.
  • #24
    pikarel
    Level 35  
    Proszę nie przyjmować do obliczeń βsat dla maksymalnego dopuszczanego prądu
    - lecz zwykłą β, podaną do obliczeń (pisał już o tym wyżej kol.@bakus221).
    Dlaczego?
    Bo prąd nasyconego tranzystora ustala rezystancja umieszczona w kolektorze, czyli cewka przekaźnika.
    Nie jest granicznym prądem tranzystora i na pewno nie powinien nigdy nim być w takim zastosowaniu tranzystora.
  • #25
    bakus221
    Level 9  
    Czyli jak wstawię wartość β = 100 to rezystory wyjda coś koło 2kOhm. Wiec by w miare pasowało :)
  • #26
    User removed account
    Level 1  
  • #27
    pikarel
    Level 35  
    bakus221 wrote:
    Czyli jak wstawię wartość β = 100 to rezystory wyjda coś koło 2kOhm. Wiec by w miare pasowało :)

    Tak, około lub ciut mniej.

    Główną zaletą tego układu jest brak poboru prądu przy braku wysterowania Uwe.
    Właśnie z tego powodu taki układ (i jego modyfikacje) często stosuje się jako klucz załączający zasilanie bloków w urządzeniach bateryjnych (w miejsce przekaźnika załączone jest obciążenie).
  • #28
    krzysiek_krm
    Level 40  
    pikarel wrote:
    Proszę nie przyjmować do obliczeń βsat dla maksymalnego dopuszczanego prądu
    - lecz zwykłą β, podaną do obliczeń (pisał już o tym wyżej kol.@bakus221).
    Dlaczego?
    Bo prąd nasyconego tranzystora ustala rezystancja umieszczona w kolektorze, czyli cewka przekaźnika.
    Nie jest granicznym prądem tranzystora i na pewno nie powinien nigdy nim być w takim zastosowaniu tranzystora.

    Bardzo Cię przepraszam, ale wypisujesz bzdury i lansujesz jakiś "alternatywny sposób projektowania układów elektronicznych", to jest w sumie "szkodliwa porada".
    W przedstawionym układzie jedynym możliwym sposobem sterowania cewką przekaźnika jest wprowadzenie tranzystora T2 w stan nasycenia. Dzięki temu (sam to powyżej napisałeś) o prądzie obciążenia nie decyduje tranzystor tylko samo obciążenie, napięcie nasycenia jest po pierwsze dość powtarzalne, po drugie jest bardzo małe w porównaniu z napięciem zasilającym, ewentualny rozrzut Vcesat ma na prąd obciążenia wpływ na poziomie ułamków procenta.
    W zamieszczonym układzie, kiedy tranzystor T2 pracuje poza nasyceniem, prąd obciążenia zależy od wartości β tranzystora (normalnej, nie βsat), wartość β ma w tranzystorach duży rozrzut, więc ten prąd również będzie miał duży rozrzut, dlatego właśnie w takim układzie tranzystor wprowadza się w stan nasycenia.
    Nie wiem po co "wplątałeś" do tego maksymalny prąd kolektora, nasycenie nie ma z nim nic wspólnego, tranzystor można nasycić przy 1% dopuszczalnego prądu kolektora.
  • #29
    User removed account
    Level 1  
  • #30
    krzysiek_krm
    Level 40  
    Kraniec_Internetów wrote:
    W realnym układzie będącym częścią urządzenia tak. To nie jest realny układ, tylko proste zadanie studenckie tak więc tranzystora mamy nie wprowadzać w nasycenie, by uprościć zadanie

    Już o tym pisałeś więc ja też się powtórzę.
    Dlaczego studenci mają stosować uproszczenia niezgodne z zasadami sztuki ?
    Zresztą, gdzie tu uproszczenie - stosowanie β = 100 zamiast βsat = 10 ... 20 ?
    Uproszczeniem może być przyjęcie Ic = Ie dla tranzystora T1, chociaż dokładne obliczenie też nie jest trudne.