Изучение схем на основе транзисторов

Вы должны быть в состоянии сразу увидеть при осмотре (без выполнения каких-либо расчетов), что транзистор насыщен. Обычно вы полагаете, что напряжение CE насыщенного транзистора составляет 200 мВ или меньше, если только ток не является необычно большим, что в данном случае, очевидно, не связано с размером R1 и R3. Таким образом, для любой реальной электротехнической задачи ответом является «200 мВ или меньше», что мы можем сразу увидеть при осмотре. Часть разработки хороших схем состоит в том, чтобы убедиться, что эта погрешность в 200 мВ не имеет значения. Если ваш профессор хочет получить более точный ответ, то он ведет себя академично и нереалистично, и вы можете сказать ему, что я так сказал.

Теперь давайте посчитаем, чтобы подтвердить то, что мы уже знаем из проверки. Допустим, падение BE составляет 700 мВ, поэтому на R2 есть 9,3 В, что означает, что базовый ток составляет 370 мкА. R1, R3 и V1 образуют источник Thevenin 7,5 В и 5 кОм. Это означает, что ток коллектора не может быть более 1,5 мА (падение CE 0, что не может произойти, но полезно для гарантированного непревышения тока). (1,5 мА)/(370 мкА) = 4, что является коэффициентом усиления, необходимым для насыщения транзистора. Вы можете легко положиться на то, что 2N3904 имеет гораздо больший коэффициент усиления, чем при токе коллектора 1,5 мА. Транзистор явно находится в состоянии насыщения, поэтому это было легко увидеть при осмотре без фактического подсчета цифр.

Итак, теперь вопрос заключается в том, каким будет падение CE для транзистора при токе коллектора 1,5 мА и в состоянии насыщения. Опять же, основной ответ инженера-электрика - «менее 200 мВ». Если вам нужен более точный ответ, то происходит две вещи. Во-первых, надежность вашей общей схемы сомнительна, если это действительно имеет значение.

Во-вторых, вы должны заглянуть в таблицу данных, чтобы увидеть, какие подробности они сообщают вам об этом конкретном транзисторе . Здесь все становится немного сложнее, поскольку существуют различные варианты 2N3904, и разные производители будут указывать его немного по-разному. Я только что взял техпаспорт Fairchild, чтобы использовать его в качестве примера. Я бы не стал предполагать, что этот уровень детализации применим к 2N3904 от других производителей без проверки. Это еще одна причина, по которой лучше, если ваша схема работает с чем-то в диапазоне 0-200 мВ. Вам не нужно беспокоиться о том, какой вариант от какого производителя вы используете, и при покупке вы можете получить самый дешевый универсальный 2N3904, который они могут найти на этой неделе.

На странице 2 на самом деле есть спецификация для напряжения насыщения коллектор-эмиттер , которое составляет максимум 200 мВ для IC _при 10 мА и 300 мВ для IC _при 50 мА. Это типично для таблиц данных, поскольку они не говорят вам явно, что деталь будет делать во всех возможных рабочих точках. Однако, поскольку ток нашего коллектора значительно ниже 10 мА, мы можем с уверенностью рассчитывать на то, что падение CE составит 200 мВ или меньше. Обратите внимание, что это то, что мы уже знали за 3 секунды осмотра.

При таком уровне информации в таблице данных «200 мВ или меньше» на самом деле является единственным правильным ответом. Это все, что производитель обещает транзистору. Теперь мы знаем, что почти наверняка в нашем конкретном случае напряжение CE будет ниже, но абсолютная характеристика наихудшего случая составляет 200 мВ. Утверждать, что что-то ниже, на самом деле неправильно , и я бы решительно поспорил с любым, кто принял конкретный более низкий ответ как правильный в инженерном курсе. Второе предположение, что таблица данных - безответственная инженерия.

Поэтому, если бы я оценивал тест, я бы пометил любой ответ, который давал конкретное число ниже 200 мВ, как неправильный. Даже если вы построили схему и измерили, например, падение CE, равное 89,3 мВ, я бы все равно не принял это как правильный ответ на вопрос, потому что его нельзя подсчитать по вариациям деталей в партии и по всем вариациям. запчасти разных производителей.

Это область, в которой теория и инженерия различаются, и это то, чему должны научиться студенты инженерных специальностей. Если ваш профессор не согласен с этим, и это в инженерном курсе, то он просто ошибается и должен выйти в реальный мир. И да, вы можете (и должны) сказать ему, что я так сказал.

Это не усилитель как таковой. Транзистор работает как переключатель. Давайте быстро взглянем на числа, используя эмпирические правила. (Я предполагаю, что эти напряжения являются постоянными без составляющей переменного тока)

10В - 0,6В (Vbe) = 9,4В на базе. Разделите на 25k = 0,37 мА примерно базовый ток. Если мы умножим это на (ручная волна) hfe, равное 100, мы получим 37 мА в коллекторе, прежде чем транзистор выйдет из состояния насыщения.

Я лично использую в 10 раз больше, поэтому я уверен, что транзистор будет полностью насыщен при 4 мА на коллекторе.

Итак, не делая ничего слишком сложного, например, подключая выходную нагрузку, представьте, что транзистор насыщается. Это означает, что на коллекторе почти 0 В. Итак, 15 В / 10 кОм = 1,5 мА. Это значительно ниже 4 мА, поэтому выходное напряжение будет близко к 0 В. Во всяком случае, ниже 0,2.