Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Computer Controls
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Poprawność schematu z tranzystorem NPN

mat695 13 Sty 2019 21:07 1548 72
  • #31
    kortyleski
    Poziom 42  
    Offroad i sterowanie skrzynią. To nie wyścig ja ćwiartkę i milisekundy nie mają aż takiego znaczenia. Wystarczą zwykłe pospolite przekaźniki. Sterowane małymi prądami a stykom takiego jest absolutnie obojętne czy steruje masą czy plusem.
  • Computer Controls
  • #32
    trymer01
    Moderator Projektowanie
    BC109B napisał:
    A to można nieśmiało spytać dlaczego do wykorzystania jest tylko 30% - 50% prądu kolektora?

    Dlaczego nieśmiało? - chociaż rozumiem, że kolega dobrze wie iż temat wielokrotnie wałkowany, i że to podstawy są.
    Np. https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=13769108#13769108
    Czytać datasheet - i z tabeli i z wykresów widać jak z prądem Ic maleje beta a rośnie Ucesat. Zwłaszcza dobrze czytać wykresy nr 8, 9 ,10 i zrozumieć wynikające zeń wnioski.
    A kolega dla tranzystora z Icmax=3A liczył dla Ic=5A.
  • #33
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • Computer Controls
  • #34
    neo_dc
    Poziom 32  
    Odnośnie tranzystorów, to nieśmiało zaproponuję logic level mosfet - są przystosowane do sterowania np. 3,3 czy 5V, posiadają małe RDSon, może udałoby się zrezygnować ze stopnia sterującego ?
    Nie potrzebujemy tutaj szybkości rzędu kHz, więc pojemność bramki nie jest krytyczna, tak mi się wydaje.

    Pozdrawiam
  • #35
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Problemem jest to, że trzeba przesunąć poziom napięć sterujących - można to zrobić używając tranzystora, można używając innego elementu, choćby transoptora, czy diody Zenera. Ale układ z diodą Zenera będzie wrażliwy na napięcie zasilania "12V" - zmiana napięcia zasilania zadziała tak, jak zmiana sygnału, i np. będzie działał poprawnie przy zasilaniu 12V, a przy 14V (ładowanie akumulatora z alternatora) włączy tranzystor mimo podania przez Arduino sygnału "wyłącz" - albo odwrotnie, nie włączy przy 12V. Dodatkowy problem z MOSFET-ami, to duża niepewność napięcia włączania (np. jakiś Logic Level zależnie od egzemplarza może się włączać od napięcia bramki od 1.5V do 4.5V). A dodatkowy tranzystor z napięć TTL dawanych przez Arduino zrobi napięcia np. 0.2V i +zasilania-0.1V, co da pewne sterowanie.
  • #36
    mat695
    Poziom 4  
    Koncypacji ciąg dalszy.
    Zastosowałem MOSFET STP5NK50ZFP (poniżej schemat).
    Zastanawiają mnie dwie charakterystyki, bo nie mogę go uruchomić z +5V z Arduino.
    Otóż:
    VGS= +/- 30V
    VGS(th) = pomiędzy 3 a 4,5 V. (rozumiem, że to próg bramki)
    RDS (on) --> VGS = 10 V, ID = 2.2 A
    Tutaj co ciekawe byłem w stanie wzbudzić żarówkę dotknięciem palcem bramki. Potencjał mojego ciała był w stanie uruchomić obwód a Arduino +5 nie?

    Jaki fuckup tym razem popełniłem? :)

    Poprawność schematu z tranzystorem NPN

    Dodano po 1 [minuty]:

    (Przypuszczam muszę użyć logic level mosfet tak jak kolega wspomniał) - chciałbym tylko zrozumieć czemu nie mogę powyższego.)
    Jeszcze jeden kolega pisał, żeby użyć przekaźników. Tak, to najprostsze rozwiązanie, ale preferuję bardziej złożone. Chcę się czegoś nauczyć.

    Dodano po 9 [minuty]:

    _jta_ napisał:
    Zasadniczo schemat z #1 nie jest błędny, ale wymaga zasilania sterowania niezależnego od zasilania układu sterowanego - czyli osobnego źródła zasilania, co jest mało wygodne.

    Jeśli nie dysponuje się osobnym zasilaniem, to tranzystor NPN nie pasuje do włączania od strony '+' (tak, by obciążenie było między tranzystorem, a masą = wspólnym '-').

    Jeśli układ sterujący daje napięcia wyjściowe na poziomie do około 5V względem masy, to tranzystor PNP, ani P-MOSFET też nie załatwi sprawy - muszą być 2 tranzystory (użycie P-MOSFET-a jako tranzystora mocy pozwoli użyć do jego sterowania tranzystora o bardzo małej mocy, ale bez niego się nie obejdzie)... albo np. ProFET - to taki układ wymyślony specjalnie do samochodów, sterowany niskimi napięciami (względem masy), i przeznaczony do włączania obciążenia między nim, a masą.

    Dodatkowo, przy obciążeniach indukcyjnych nie należy zapominać o diodzie zabezpieczającej.

    A co do grzania się tranzystora, dobrze byłoby ustalić przyczynę. Może prąd bazy był za mały i tranzystor był daleki od nasycenia, więc dawał duży spadek napięcia? A może obwód sterujący miał wspólną masę ze sterowanym i tranzystor działał jako wtórnik, też dając duży spadek napięcia? Pewnie zbyt dużego prądu bazy nie było, ale kto wie, może podłączenie zasilania z baterii bez opornika dało taki, że nagrzało tranzystor? A może wszystko było w porządku, tylko tranzystor nie miał radiatora, prąd był spory, i to wystarczyło, by go szybko nagrzać?



    Muszę się i do tego ustosunkować. Masz rację kolego, miałem dwa układy zasilania czego chyba nie pokazałem dobrze na schemacie z #1. Jednym zasilaniem było 4,5 V z baterii drugie 12V z zasilacza. Potem użyłem samego zasilacza 12V do zasialania Arduino oraz żarówki. Funkcjonowało to i zdecydowanie mniej spawało palca, jednak tak jak już ustalliśmy, nie jest to poprawny kierunek.
  • Pomocny post
    #37
    _jta_
    Specjalista elektronik
    VGS(th) to napięcie progowe, przy którym MOSFET zaczyna przewodzić np. około 0.5mA, co raczej rzadko bywa użyteczne; do przewodzenia dużych prądów potrzebne jest napięcie bramki, dla którego podano RDS(on), czyli w tym przypadku 10V. Dla MOSFET-ów Logic Level to drugie napięcie jest np. 4.5V (jakkolwiek dla nich często podaje się RDS(on) dla dwóch napięć bramki i np. przy 10V RDS(on) jest wyraźnie mniejsze, niż przy 4.5V, ale to jest czynnik np. 1.5, a nie ponad 1000).

    Poza tym, N-MOSFET nie będzie pasował, jeśli odbiornik ma być na stałe połączony z masą; pasuje do podłączania odbiornika między +zasilania i dren.
  • #38
    mat695
    Poziom 4  
    Dziękuję za wyjaśnienie. Czyli Arduino by musiało pompować 10V.

    _jta_ napisał:

    Poza tym, N-MOSFET nie będzie pasował, jeśli odbiornik ma być na stałe połączony z masą; pasuje do podłączania odbiornika między +zasilania i dren.


    Powyższe właśnie wynika z prób na breadboardzie. Czyli co proponujesz w tym wypadku?
  • Pomocny post
    #39
    trymer01
    Moderator Projektowanie
    mat695 napisał:
    Zastosowałem MOSFET STP5NK50ZFP (poniżej schemat).
    Zastanawiają mnie dwie charakterystyki, bo nie mogę go uruchomić z +5V z Arduino.
    Otóż:
    VGS= +/- 30V
    VGS(th) = pomiędzy 3 a 4,5 V. (rozumiem, że to próg bramki)
    RDS (on) --> VGS = 10 V, ID = 2.2 A

    Czytaj https://www.st.com/resource/en/datasheet/stp5nk50z.pdf - patrz Fig. 5 i 6 - przy Vgs=5V tranzystor będzie tylko lekko otwarty a Id osiągnie 0,1-0,3A.
    Natomiast palec może mieć potencjał kilkadziesiąt - kilkaset V (elektyczność statyczna).
    Ten tranzystor się tu nie nadaje - ma zbyt wysokie Rdson=1,2 Ohm i nawet gdybyś go sterował Vgs=10V czy 12V to przy Id=1A będzie miał Uds=1,2V i moc strat Uds x Id=1,2W - będzie gorący, a na obciąźeniu będzie zmniejszone napięcie 12-1,2=10,8V.
    Poza tym to jest N-channel a powinieneś uzyć P-channel.
    Nie czytasz co piszemy? To już kończę.
  • #40
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Jeśli chcesz mieć napięcie bramki 3V do wyłączenia, a 10V do włączenia, to Arduino tyle nie da, nawet z pomocą diody Zenera - ma zakres 5V (niecałe), nie 7V.

    Ale z dodatkowym tranzystorem NPN uzyskasz znacznie większy zakres - możesz nim sterować zarówno N-MOSFET-a, jak i P-MOSFET-a, i nie musi być LL.
  • #41
    mat695
    Poziom 4  
    Faktycznie pisałeś o P-channel. Mój błąd. Jutro wyszukam/zdobędę poprawny i sklecę prototyp, postaram się uwzględnić Twoje uwagi ale miej ma uwadze, że ja procesuję je wolniej niż Ty :)
    Back to The drawing board.

    Dodano po 2 [minuty]:

    _jta_ napisał:
    Jeśli chcesz mieć napięcie bramki 3V do wyłączenia, a 10V do włączenia, to Arduino tyle nie da, nawet z pomocą diody Zenera - ma zakres 5V (niecałe), nie 7V.

    Ale z dodatkowym tranzystorem NPN uzyskasz znacznie większy zakres - możesz nim sterować zarówno N-MOSFET-a, jak i P-MOSFET-a, i nie musi być LL.


    Myślałem o tym, stosując wzmocnienie prądowe ?
  • #42
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • Pomocny post
    #43
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Do sterowania MOSFET-ów wzmocnienie prądowe nie jest potrzebne, o ile nie chcesz szybkiego przełączania (przełączanie prądem 40mA trwa parę us, na 0.1us potrzeba około 1A). Natomiast konieczne jest wzmocnienie napięciowe. Do sterowania bipolarnych odwrotnie - 40mA (chyba tyle maksymalnie można brać z Arduino) może nie wystarczyć.

    ProFET-y zawierają wbudowaną przetwornicę i używają N-MOSFET-a (też wbudowanego). Ale z tego powodu ich konstrukcja jest dość złożona.
  • Pomocny post
    #44
    danthe
    Poziom 30  
    Witam. Proponuję to zrobić tak:

    Poprawność schematu z tranzystorem NPN

    R1 - 1k do 2k2
    R2 - 10K
    T1 - IRF9530
    T2 - BC547
    D1 - dowolna dioda shotky'ego lub nawet prostownicza minimum 1A
  • #45
    mat695
    Poziom 4  
    danthe napisał:
    Witam. Proponuję to zrobić tak:

    Poprawność schematu z tranzystorem NPN

    R1 - 1k do 2k2
    R2 - 10K
    T1 - IRF9530
    T2 - BC547
    D1 - dowolna dioda shotky'ego lub nawet prostownicza minimum 1A


    Wygląda to bardzo ciekawie, chcę zrozumieć zasadę działania. Jeśli się mylę to proszę o wyprostowanie mnie w dowolny sposób :)
    W stanie wysokim na bazie tranzystora T2 (Q2) uruchamiamy przepływ z +12 V do GND. Po drodze sterujemy bramką MOSFET'a przez rezystor R1 bo potencjał bramki musi być mniejszy niż ten sterowany (zasada działania MOSFET). To jest jego jedna funkcja (R1), druga to zabezpieczenie przez zwarciem (na krótko) +12V z GND. W obecnej sytuacji MOSFET w stanie nasycenia podaje +12V do cewki co jest naszym zamiarem. Nie rozumiem jaką funkcję spełnia tam dioda Shotky'ego ustawiona zaporowo w kierunku przepływu.


    _jta_ napisał:
    Do sterowania MOSFET-ów wzmocnienie prądowe nie jest potrzebne, o ile nie chcesz szybkiego przełączania (przełączanie prądem 40mA trwa parę us, na 0.1us potrzeba około 1A). Natomiast konieczne jest wzmocnienie napięciowe. Do sterowania bipolarnych odwrotnie - 40mA (chyba tyle maksymalnie można brać z Arduino) może nie wystarczyć.

    ProFET-y zawierają wbudowaną przetwornicę i używają N-MOSFET-a (też wbudowanego). Ale z tego powodu ich konstrukcja jest dość złożona.


    Tak, edukuję się na bieżąco i już wiem, że do sterowania bipolarnych używamy prądu a do unipolarnych napięcia. Dzięki!
  • Pomocny post
    #46
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Nie rozumiem jaką funkcję spełnia tam dioda Shotky'ego ustawiona zaporowo w kierunku przepływu.

    Nie musi być Schottky, może być zwykła, np. 1N4001. Cewka przy nagłym przerywaniu przepływu prądu wytwarzałaby wysokie napięcie, które by uszkodziło Q1; dioda pozwala na przepływ prądu tak, by mógł zanikać stopniowo (po wyłączeniu Q1 nie będzie już podtrzymywany przez zasilanie, tylko przez cewkę), dzięki czemu to wysokie napięcie nie powstaje.

    Co do zasady działania: oba tranzystory mają działać jako przełączniki. Przy stanie L (~0V) na wejściu przez R2 nie płynie prąd i nie wpływa do bazy Q2, dlatego Q2 nie przewodzi i bramka Q1 jest połączona tylko poprzez R1 ze źródłem Q1, więc się rozładowuje (to trwa około 10us) i Q1 nie przewodzi. Przy stanie H ("5V", ale zwykle wystarczą i 2V) płynie prąd przez R2 do bazy Q2, Q2 przewodzi i łączy bramkę Q1 z masą (istotne jest, żeby Q2 przepuścił cały prąd, jaki wtedy popłynie przez R1, plus prąd potrzebny do naładowania bramki - im będzie on większy, tym szybciej Q1 się włączy), bramka zostaje naładowana i Q1 przewodzi, łącząc cewkę z +12V.

    Dla R1=1k w stanie włączenia Q2 popłynie przez niego 12mA, i taki prąd musi przepuścić Q2; do tego wystarczy mu prąd bazy poniżej 0.15mA (przy najmniejszym wzmocnieniu, jakie miewa BC547) i napięcie baza-emiter poniżej 0.7V, co dla R2=10k by odpowiadało napięciu poniżej 2.2V na wejściu.
  • #47
    mat695
    Poziom 4  
    BTW - jaki programik do rysowania takich schematów polecicie?
  • #48
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #49
    mat695
    Poziom 4  
    Zmontowałem prototyp z w zaproponowany sposób. Oczywiście działa, mam jednak parę pytań.
    Czemu zastosowaliśmy aż 10k w bazie NPN? Czy nie powoduje stanu nienasycenia?
    MOSFET przy prądzie 0,6 lekko tylko się grzeje, ale gdy podciągnę do oczekiwanego 0,9 to wzrasta do ponad 70 a może by i jeszcze urosło. Jeśli się palcem przestanie jakiś czas odprowadzać ciepło to minutę później istnieje ryzyko szoku temperaturowego dla palca :)
    Czy to jest problem czy wystarczy zastosować jakieś odprowadzenie ciepła?

    Poprawność schematu z tranzystorem NPN
  • #50
    kortyleski
    Poziom 42  
    Coś nie bardzo. Jakie Rdson ma ten mosfet?
  • #52
    danthe
    Poziom 30  
    Po pierwsze - zmierzyć napięcie na bramce mosfeta w stanie załączonym. Jeżeli wynosi ok. 0V to zostaje wymiana tranzystora na taki o mniejszyn Rds on.

    BC109B napisał:
    BUZ11 ma 0,04Ω. A jakie jest napięcie na bramce w stanie włączenia?


    BUZ11 to N-MOS, w tym układzie jest P-MOS.

    Pierwszy z brzegu jaki znalazłem -
    AOTF4185 - Rdson = 16mΩ, dostępny w tme.

    mat695 napisał:
    BTW - jaki programik do rysowania takich schematów polecicie?


    Ja używam DIPTRACE. W wersji darmowej ograniczenie do 300 punktów lutowniczych.
  • #53
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Jakie jest napięcie bramka-źródło przy włączeniu MOSFET-a? Jaki to MOSFET?

    Jeśli to IRF9530, i ma napięcie bramka-źródło -10V (albo lepiej), to powinien mieć oporność najwyżej 0.3, czyli przy 0.9A może się w nim wydzielić do 0.243W, i w obudowie TO-220 powinien się nagrzać najwyżej o 15°C. Może napięcie bramki jest niewystarczające?

    Ale nawet jak się nagrzewa np. do 100°C, to jeszcze nie jest problem - on wytrzymuje, zależnie od wykonania, 150°C, albo 175°C. Problemem jest raczej to, że takie nagrzewanie się przy 0.9A świadczy o zbyt dużej oporności włączenia i sporym spadku napięcia.
  • #54
    trymer01
    Moderator Projektowanie
    mat695 napisał:
    Czemu zastosowaliśmy aż 10k w bazie NPN? Czy nie powoduje stanu nienasycenia?

    Dobre pytanie.
    T1 powinien wchodzić w nasycenie, ale przy jakim prądzie kolektora Ic ?
    Opornik kolektorowy 1k wskazuje na Ic=12mA, i wtedy wymagane Ib=Ic/(20-30)=0,6-0,4mA. Natomiast R1 zapewni Ib=(Uster-Ube)/R1=(5V-0,8V)/10k=0,42mA - wystarczy.
    Ale przecież gdy T1 się włącza płynie przez niego również prąd ładowania bramki - w sumie należałoby liczyć T1 jako klucz pracujący z prądem 50-100mA (? - nie znamy typu MOSFET-a ani wymagań co do szybkości), co wymaga Ib=2-4mA i R1=1-2k.
    Wówczas należałoby zmienić T1 na typ mocniejszy - np.BC337.
    BC547 też da radę, ale przy prądzie Ic=kilkadziesiąt mA (a taki będzie chciał popłynąć jako szpilka w momencie włączenia) może "nie wyrobić" (może spaść mu beta) co nieznacznie wydłuży czas włączenia MOSFET-a - w tym układzie bez znaczenia.
    Powyższe szacunki to tak dla ścisłości, BC547 z opornikiem 10k w bazie są wystarczające.
    mat695 napisał:
    MOSFET przy prądzie 0,6 lekko tylko się grzeje, ale gdy podciągnę do oczekiwanego 0,9 to wzrasta do ponad 70

    Jaki typ? - o czym mamy rozmawiać skoro kolega tego nie podał?
    Jeśli Rdson=0,2 Ohm, to niemożliwe aby tranzystor tak się grzał (chyba że ma on obudowę TO-92 - ale to też tajemnica?). BC547 na pewno dobrze wlutowany? - nie pomylono końcówek?
  • #55
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #56
    mat695
    Poziom 4  
    Odpowiem zbiorczo wszystkim na raz.
    MOSFET IRF9530N w obudowie TO-220.
    Napięcie bramka źródło = 10,6 V ale zaciekawiło mnie pytanie kolegi trymer01 - "czy dobrze wlutowany?"
    Poskładałem to tymczasowo na breadbordzie z kraju wiadomego pochodzenia, wszystko się w nim chybocze na lewo i prawo w zależności od przepływu powietrza w pokoju co powoduje zmiany ów napięcia bramki między 9,5 a 10,7 V, nie wspominając już o innych parametrach. Aby zweryfikować ten układ muszę wlutować go na tymczasową płytkę co właśnie czynię.
  • #57
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #59
    mat695
    Poziom 4  
    BC109B napisał:
    A jaki jest spadek napięcie na tranzystorze w czasie jego włączenia? Mierzymy między D i S.


    W tym wypadku jest to 0,7 V. Temperatura ustabilizowała się na poziomie niecałych 60 stopni.

    Dodano po 9 [minuty]:

    danthe napisał:
    Dla pewności można zmniejszyć R2 do 4.7 k.


    Nie można, powoduje to przeciążenie bipolara. (gwałtowny wzrost temperatury)