Comments 77
Отличная статья! Не являюсь специалистом в данной области, но хочу видеть такой материал как можно больше!
Биполярный транзистор является по сути токовым прибором, током управляется и током управляет.
Хоть это и популярное упрощение для совсем начинающих, но по сути это утверждение не верно. Ток коллектора у биполярного транзистора зависит от напряжения база-эмиттер.
Так что, используя представления о транзисторе как усилителя тока, не надо забывать как обстоят дела на самом деле. Это поможет не наступить на некоторые грабли. ;)
Ток коллектора зависит от напряжения базы сильно нелинейно. А от тока базы - гораздо более линейно. Поэтому автор более прав, чем вы.
С каких пор линейность стала критерий правильности??? Ток базы следствие. А причина, напряжение БЭ.
А вы знаете про такой параметр β как одну из характеристик биполярного тразистора?
Параметр β вторичен и введен для удобства некоторых расчетов «на коленке». Он меняется сильно и в зависимости от режима работы и с температуры и просто так от экземпляра к экземпляру. И вообще, больше используется h21e (что не совсем то же самое как β) и только в линеаризованных моделей малых сигналов. А линеаризованные модели строятся от уравнениях которых я привел выше и где никакой β нет.
при всем уважении - не лезьте в дебри. Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ), называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α = 0,9—0,999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α/(1 − α), от 10 до 1000. Таким образом, малый ток базы управляет значительно бо́льшим током коллектора.
Напряжение - это тоже не причина. Причина - тепловая энергия газа/нефти/атома. Поэтому исходя из вашей логики, максимально правильно ток коллектора ставить в зависимость от джоулей))
Ток базы следствие. А причина, напряжение БЭ.
Заблуждение. Напряжение база-эмиттер не имеет вообще никакого значения и изменяется при изменении температуры на 2 мВ на каждый градус. НО если при этом ток базы поддерживается стабильным, то и ток коллектора будет почти неизменным, потому что h21э зависит и от температуры. Биполярные транзисторы, как светодиоды и все остальные диодные приборы в прямом смещении, управляются током.
Модель Эберса — Молла построена на интерпретации работы транзистора как прибора на взаимодействующих p-n-переходах и основывается на уравнениях ВАХ диода.
При разработке модели были приняты следующие упрощения:
1. Модель одномерна.
2. Площадь поперечного сечения транзистора постоянна в любом месте.
3. Концентрация примесей считается постоянной в каждой области, и поэтому p-n-переходы являются резкими.
4. Уровень инжекции является низким.
5. Процессы генерации и рекомбинации носителей заряда происходят только в нейтральных областях p- и n-слоев.
6. Толщина области базы постоянна.
7. Толщина базы мала по сравнению с диффузионной длиной неосновных носителей заряда.
8. Электрические поля в областях транзистора пренебрежимо малы.
9. Протяженность коллекторной и эмиттерной областей значительно больше, чем диффузионная длина неосновных носителей заряда в этих областях.
10. Токи Ie, Ib и Ik — обычные токи, поступающие на выводы транзистора.
Но они не превращают биполярный транзистор в полевой, который управляется напряжением.
И тем не менее, в биполярном транзисторе первично именно напряжение база-эмиттер. Именно из-за него и происходит «проскок» носителей в коллектор (со всеми зависимостями от температуры).
Вы рискуете сжечь биполярный транзистор, если будете подавать ему в базу напряжение без ограничения тока.
Так сожжёт-то транзистор не напряжение, а превышение тока базы, вызванное этим напряжением. Ток коллектора, кстати, при этом может вообще быть ноль — коллектор можно не подключать вовсе (т.е. от тока базы он не зависит вообще в данном случае).
Вы рискуете сжечь биполярный транзистор, если будете подавать ему в базу напряжение без ограничения тока.
Поймите, ток и напряжение, это по сути проявления одной и той же сущности. Вы точно так же можете сжечь транзистора и если подавать ему тока, хоть сто раз ограниченный – дело не в ограничениях, а в количестве.
Я понимаю, что все это нужно сначала понять и потом осознать. Поэтому и написал, что для совсем начинающих (а это в эпохе микроконтроллеров, практически 99% электронщиков) представление о транзисторе как о токового усилителя хорошее приближение. Но если хотим (а мы хотим?) стать более продвинутым, то надо держать в уме, что это просто удобное представление, а суть несколько другая.
Robert A. Pease, «What's All This Vbe Stuff, Anyhow?»
В схеме на рисунке 5, при выключении, когда выходной сигнал с микроконтроллера становится равным 0 В, получается что оба резистора 300 Ом и 200 Ом соединяются параллельно и суммарное сопротивление становится меньше, что приводит к увеличению тока базы транзистора при выключении
С другой стороны, в микроконтроллере сопротивление выходного каскада сколько ом?
А не подтянут ли сток выходного транзистора к плюсу питания через 4.7...10кОм? Во всяком случае, именно такое впечатление сложилось у меня при попытке взять сигнал ШИМ с разъёма процессорного кулера на мат.плате. В итоге вместо биполярного транзистора пришлось поставить триггер Шмитта (74LVC1G17)
В нашем случае это был мультиконтроллер мат.платы - в одном случае ITE (M/B Gigabyte), в другом Nuvoton ( M/B Fujitsu), притом вели они себя по-разному. Как я понимаю, они препрограммируются до пайки на плату, поиск средств внутрисхемного программирования не производился (слишком жирно для такого проекта)
Спасибо, статья хорошая. Но, если говорить по применение в режиме ключа.. .. Не поймите меня неправильно, но для цифровых схем, а уж тем более для тех, что живут на батарейном питании, я предпочёл перейти на полевики. Как-то все намного проще) И не нужны никакие резисторы и на порядок меньше потребление. Ну и благо полевиков море, и с логическим уровнем, если вдруг надо. Да и драйверов много, если опять же вдруг надо ускориться) .
Всё равно нужен резистор, чтоб паразитную ёмкость затвор-подложка разряжать. А чтоб это делать быстро, можно ещё пару транзисторов поставить (а лучше драйвер). :)
Я когда-то в бложике про это писал, может кому-то пригодится.
Ну про отсутствие резисторов, это я, конечно, загнул) все равно надо подтягивать гейт либо вверх либо вниз, но особо рассчитывать ничего не надо)
Большинство выходов МК могут быть настроены для работы в режиме пуш-пул. Никакой дополнительный подтягикующий резистор им не нужен. Единственный резистор который нужен это токоограничивающий, чтобы ток заряда/разряда затвора не превышал рекомендуемый ток для порта МК.
По поводу драйвера. Для работы с маленькими транзисторами драйвер не нужен. Драйвер нужен только для могучих транзисторов с большой ёмкостью и напряжением затвора. Однако мощный полевой транзистор МК в одиночку тоже не раскачает. Так что...
Более того, даже через BC847 не очень раскачает. На частоте порядка 10кГц фронты получаются слишком пологие. Через LVC-элемент нормально получается.
мощный полевой транзистор МК в одиночку тоже не раскачает.При 100 Гц — легко: МК ATmega16, полевик 2SK2545, нагрузка 60W, 220V.
Что же касается конкретно управления транзисторами от микроконтроллера, да ещё и через 10 кОм последовательного резистора — попробуйте посчитать дополнительные потери из-за больших времён включений и выключений транзисторов, и все сразу встанет на свои места. Драйверы не просто так были придуманы.
Остальное — оффтопик. Но один раз я всё же отвечу. Если есть желание продолжить дискуссию, добро пожаловать в ЛК.
Что касается потерь и прочего, попробуйте сначала прочитать обоснование. Высоокомные резисторы в цепи затвора не просто так были придуманы )
Число промышленных изделий бытового назначения без гальванической развязки исчисляется миллионами по всему миру. И выбрасывать их на свалку не торопятся, в т.ч. по соображениям безопасности.
Для справки: схема, которая вам так не понравилась, работает в режиме 24х7х365 с 2008 года по сей день без единого сбоя.
Я на конкретном примере показал, что в некоторых случаях можно.Не показали, что можно. Показали плохую практику дизайна.
Для справки: схема, которая вам так не понравилась, работает в режиме 24х7х365 с 2008 года по сей день без единого сбоя.На скольких сотнях тысяч экземпляров собирается статистика бессбойной работы?
Не показали, что можно. Показали плохую практику дизайна.После длительного обсуждения в ЛК мы сошлись на том, что для ответственных применений такая практика дизайна действительно не подходит.
Однако для бытовых изделий данная практика допустима, если соблюдены следующие условия:
1) Учтены замечания в описании схемы (см. ссылку выше).
2) На выходы микроконтроллера установлены суппрессоры с напряжением ограничения 6 В.
На скольких сотнях тысяч экземпляров собирается статистика бессбойной работы?Никому не известно, сколько устройств было собрано по данной схеме или с применением данной практики дизайна.
Но одно могу утверждать совершенно точно: как минимум один экземпляр имеет бессбойную наработку более 100 000 часов.
Хотя по ходу обсуждения в некоторых моментах мы друг с другом не согласились, я благодарю amartology за проявленное терпение и конструктивный диалог.
Соглашусь. Полевики управляются напряжением, а не током и схемы потребляют только в момент переключения.
Там, где батарейное питание выбора нет.
А резисторы можно не ставить. Если транзистором управляет микроконтроллер и питание потребителя и микроконтроллера общее — микроконтроллер всегда своим низкоомным выходом будет устанавливать логическое состояние. При работе на батарейках лишнее сопротивление (даже 1 мегаом) — лишнее потребление и сокращение срока службы на месяцы.
Спасибо за статью. Две последние схемы простые и надёжные, но будет уходить в тепло 2*Ube от и без того небольшого напряжения питания. Вот бы кто подсказал, как их модифицировать чтобы: и тока базы хватало, и чтобы открывать транзисторы полностью (не тратить Ube), и чтобы не тратить лишний ток базы если нагрузка сейчас отключена (мотор на холостую).
В последней схеме последовательно с С1 надо добавить резистор на десятки Ом, чтобы снизить добротность LC-контура.
Ну как невозможно. Вот в недорогих БП полумост кормят током через трансформатор. И включение нагрузки через отвод в его вторичной обмотке (см. T2.2) даёт больше тока на базы при большем токе нагрузки.
http://radio-hobby.org/uploads/schemes/pc/jnc_200-atx.gif
И схема ниже показывает, что не всё так безнадёжно.
Возьмем транзистор SS8050 с максимально допустимым током коллектора 1.5 А. У этого транзистора минимальный коэффициент передачи тока 120. При токе коллектора 0.7 А, нам необходимо обеспечить минимальный ток базы 5.8 мА.
Автор забыл, что h21э зависит от тока коллектора, и при 700 мА у этого транзистора может снижаться до 40. Поэтому ток базы должен быть от 35 мА, а в документации вообще рекомендуют 80 мА для выходных 800 мА.
И в статье не хватает описания каскада с общей базой, который в цифровой технике используется для двунаправленного согласования уровней сигналов, например, 3,3 В контроллера и 5 В периферии.
Вот еще прикольная схема.. когда не было досупа к микрохемам могла быть полезной
делитель можно заменить на более высокоомный с комплиментарным повторителем но тогда уже 6 штук транзисторов
Хак с диодом интересный…
Вообще не представляю зачем биполярный транзистор в цифровой электронике. Он создаёт кучу проблем и ни одной не решает. Единственное применение, которое я вижу - это совместно с ЦАП микроконтроллера. Но, опять же, если использовать полевой транзистор + ШИМ + сглаживающую индуктивность + сглаживающий конденсатор, то вполне реально получить близкий результат, но с более высоким КПД.
И, кстати, токоограничительный резистор затвора, зачастую, вообще не нужен. На небольших полевых транзисторах ёмкость затвора настолько мала, что ею можно пренебречь.
Далеко не всегда доступны полевики на низкие затворные напряжения.
По поводу резистора в затворе - всегда ставлю на случай пробоя, для защиты от стокового напряжения.
ШИМ не даст такого чистого выхода как ЦАП, как ни старайся. Бывают ситуации когда это критично. Поэтому комплект ЦАП + Биполярник ещё долго будет актуален. По сути была схема 3 статьи с последовательным резистором в базе.
А вообще статья хорошая, для начинающих. Если бы молодые инженеры, последние курсы ВУЗов и выпускники, обладали хотя бы такими знаниями и представлениями - с ними можно было бы работать и давать какую-то работу. Надеюсь, что только мне везёт на таких "специалистов" и в других местах всё лучше.
Примерно нулевая вероятность такого развития событий. Слишком малый уход по току. Не дохнут СД от 10% перегруза. Хотя для мощных учитывать стоит.
Подросший ток прикроет транзистор, за счёт падения на эмиттером резисторе - ток уменьшится. Это при условии постоянного напряжения на базе.
Указано применение схемы как пульт управления, то есть ток импульсный. Импульсный ток у этого светодиода до 250 мА по документации. Это обычный режим работы такого светодиода в различных пультах управления
Статья - отвергаем все инженерные технические расчеты, не читаем Титце и Шенка, считаем по-дилетански.
Давайте честно, для большинства неответственных или не очень ответственных изделий этого вполне хватит.
Давайте честно, статья была бы актуальна максимум лет 20 назад. Сейчас биполярные транзисторы для решения предложенных задач никто не использует.
Хорошая статья, но рассчитана видимо на тех, кто почти "шарит в теме". Скажем:
...то получается что мы включаем транзистор током с 3.3 В , а выключаем транзистор током через тот же резистор, но током с напряжения 0.7 В, то есть ток базы на выключение транзистора получится меньше.
затем
Это одна из причин почему выключается транзистор медленней. Для увеличения скорости выключения транзистора мы можем применить такую схему
Я конечно извиняюсь, но мне, как неспециалисту, этот момент совсем не ясен. Что такое вообще "выключение током"? На сколько я знаю задержки сигнала обусловлены наличием реактивного сопротивления, т.е. присутствием в цепи ёмкости или индуктивности. Видимо тут виновата ёмкость P-N перехода транзистора, которая похожа на RC-цепочку... мне кажется это звучит понятнее. А так для меня лично это звучит как магия
Вопрос немного чайниковский - в чем смысл в совеменной схемотехнике использовать биполярные транзисторы? В чем их преимущество перед полевыми?
Применение биполярных транзисторов с микроконтроллерами