Значения для расчета базового резистора PN2222A

Переключение на нижнюю сторону нагрузки, требующей более высокого напряжения (чем$V_{CC}$) повсеместно распространена и, вероятно, является одной из первых проблем проектирования, с которыми может столкнуться (и преуспеть) каждый, кто только изучает электронику. Здесь (или где-либо еще) нет «несколько» сообщений на эту тему. Их тысячи.

---

Одна из проблем, которую поднимает ваш вопрос, - это «нахождение значения»$\beta$или$h_{FE}$.

Я предполагаю, что рефлекторный ответ на это заключается в том, что вы не должны проектировать свою схему на основе определенного значения, поэтому найти его не имеет смысла. Однако вам нужно иметь представление о наихудшем значении, которое можно ожидать на практике, если вы покупаете и используете определенный номер детали у поставщика. Это может потребовать от вас просмотреть таблицы данных от нескольких поставщиков, чтобы убедиться, что вы рассмотрели свои базы здесь.

Значение может варьироваться не только от производителя к производителю (хотя есть тенденция к некоторому постоянству, на которое вы вправе рассчитывать), но и в зависимости от температуры (иногда довольно сильно), а также в зависимости от стоимости коллектора. ток (или базовый ток, в зависимости от точки зрения, которую вы хотите применить). Это означает, что вы будете часто проверять диаграмму, показывающую изменения температуры и тока коллектора. Или, по крайней мере, проверьте таблицу значений и найдите запись, в которой конкретно указано значение, охватывающее весь диапазон температур.

Вышесказанное больше относится к случаю, когда биполярный транзистор используется в аналоговой схеме, управляющей биполярным транзистором в его активной области. Не так много об использовании его в качестве переключателя (в насыщении). Значения, приведенные в таблице данных, будут в основном теми, которые нужны тому, кто ищет его для схемы активного режима, чтобы убедиться, что он может правильно управлять частью. В вашем случае вы заботитесь о поведении переключателя. Это может быть проще, так как в основном это означает, что вы игнорируете все значения и выбираете одно из своей шляпы.

---

Для работы BJT в качестве переключателя общепринятой практикой (техническое описание недоступно) является принятие значения$\beta=10$. За этим выбором стоит опыт . Такое низкое значение означает, что базовый ток будет довольно высоким, а это означает, что ваша управляющая схема (которая может быть выводом ввода-вывода и резистором) почти наверняка приведет BJT в состояние насыщения, чтобы он работал как переключатель. Так это на самом деле или нет, зависит от биполярного транзистора, тока коллектора, температуры и т. д. Но в наши дни это обычно верный выбор, по крайней мере, для слабосигнальных биполярных транзисторов. Мощные биполярные транзисторы (которые все еще редко можно найти в небольших корпусах TO-92, таких как PHD13003C), например, в корпусах TO-220, часто будут иметь более низкие значения активной области$\beta$. Но, как выясняется, они также будут иметь тенденцию обеспечивать поведение при переключении, так что$\beta=10$.

Но даже в этих случаях использования BJT в качестве переключателя все же стоит взять техническое описание, чтобы убедиться. Некоторые силовые биполярные транзисторы, например, могут иметь довольно высокие требования к базовому току в процентах от их токов коллектора. Так что пока$\beta=10$может почти всегда работать для вас, но будут случаи, когда это не сработает, и вы можете корить себя за то, что не проверили.

---

я говорил о$\beta$как будто это вещь какая-то. Это больше похоже на разговор об автомобилях с механической коробкой передач и обсуждение того, следует ли водить машину на 4-й или 1-й передаче. Это выбор. Машина едет в любую сторону, при правильных обстоятельствах. Но если вы буксируете груз, вы можете «переключиться» на более низкую передачу. Ваша экономия топлива будет ужасной. Но он потянет нагрузку (наверное). Так что, вроде как, вы делаете выбор, как эксплуатировать BJT. И меньше о неотъемлемом свойстве BJT, которое заставляет вас что-то делать.

Если вы работаете с BJT в его активной области (что НЕ относится к вашему случаю), то вы часто хотите, чтобы значение$\beta\to\infty$потому что вы бы предпочли, чтобы в базе вообще не было паразитного тока привода. Таким образом, вы можете смотреть на значение больше, чтобы выяснить, насколько BJT нагрузит предыдущую схему привода, чтобы убедиться, что она может работать правильно. В аналогии с автомобилем это может быть больше похоже на желание ехать быстро и просто желание знать самую высокую передачу, которая у вас есть, и каково ваше сопротивление ветру, чтобы вы могли рассчитать экономию топлива. Вы надеетесь на бесконечную экономию топлива, но знаете, что это невозможно, поэтому вы читаете техническое описание, чтобы увидеть, насколько это может быть хорошо. Обычно другие параметры BJT имеют большее значение, и поэтому вы выбираете один из них.

Но если использовать BJT в режиме насыщения (ваш случай), то вы уже знаете, что экономия топлива будет ужасной. Вы будете работать на самой низкой передаче, потому что вам нужно буксировать тяжелый груз. Это данность. Итак, здесь вы выбираете низкую передачу, которая, по вашему мнению, работает, и обычно другие параметры BJT не имеют большого значения. В основном вы хотите убедиться, что BJT может выдерживать необходимый вам ток коллектора и что он может рассеивать мощность, которая, как ожидается, будет страдать при работе в качестве переключателя. (Спасением здесь является то, что если он действительно работает близко к тому, как работает переключатель, напряжение на коллекторе и эмиттере будет довольно низким, и это хорошо, что очень помогает снизить рассеивание.)

Поэтому всегда стоит смотреть на техническое описание (не только для того, чтобы убедиться в правильности выбора$\beta$.) Техническое описание расскажет вам об ограничениях тока коллектора, ограничениях рассеяния, а также (конечно) вероятно предоставит вам "стандартное предположение" для$\beta$, относительно использования его в качестве переключателя.

---

Вот несколько таблиц данных для NPN BJT (выключатели с низкой стороной):

1. PN2222A
2. PHD13003C
3. СОВЕТ41

Я пройду через первый. Надеюсь, вы сможете применить аналогичные идеи и самостоятельно пройтись по остальным. Так загрузите его.

На первой странице вы можете увидеть:

Для устройства «А»$V_{CEO}=40\:\textrm{V}$. Это максимальное значение, и это означает, что вы не можете использовать его для коммутации нагрузки, требующей большего напряжения. Вы должны оставаться (хорошо) ниже этого значения, если это возможно. В вашем случае без проблем. Вы говорите только о$12\:\textrm{V}$, что просто отлично.

Также обратите внимание:

Максимальный ток коллектора$600\:\textrm{mA}$. Ваша ценность меньше. Это хорошо. Но это еще не значит, что вы в безопасности. Это всего лишь беглая проверка, чтобы убедиться, что вы не превысили максимальную спецификацию.

Теперь перейдите к рисунку 11.

Выше вы можете увидеть примечание, в котором говорится$V_{BE(sat)}@\frac{I_C}{I_B}=10$. Это огромная подсказка для вас в использовании этого устройства в качестве переключателя. Они нашли время, чтобы нарисовать кривую с$\beta=\frac{I_C}{I_B}=10$и также пометил его "(sat)". Это можно считать подтверждением того, что использование$\beta=10$является «нормальным» для этого устройства и поддерживает такое предположение при использовании этого устройства в качестве коммутатора. Это подсказка №1.

Теперь перейдите к рисунку 4.

Какое удобство! Они фактически включают кривую для$I_C=150\:\textrm{mA}$, что очень близко к нужному значению. Это очень мило. Теперь посмотрите на форму кривой. По оси x отложен базовый ток. По оси Y отложено значение$V_{CE}$. Более низкие значения$V_{CE}$то, что вы хотите в коммутаторе. Вы можете видеть, что это своего рода плато около$100\:\textrm{mV}$? Это означает, что если вы работаете с базовым током$5\:\textrm{mA}$к$10\:\textrm{mA}$, то он будет работать как переключатель. Имейте в виду, однако, что это будут типичные значения, и они будут применяться только при$25^\circ\textrm{C}$. Если вы перейдете к рисунку 3, не включенному в мой ответ здесь, вы увидите, что значение$\beta$понижается при более низких температурах (примерно вдвое меньше, чем при$-55^\circ\textrm{C}$.) Так что это означает, что вы, вероятно, должны использовать по крайней мере$I_B=10\:\textrm{mA}$. Если вы разберетесь с этим, это$\beta=\frac{150\:\textrm{mA}}{10\:\textrm{mA}}=15$.

И теперь вы можете понять, почему$\beta=10$обычно принимается как безопасная ставка здесь.

---

Как только вы установили уровень комфорта в отношении некоторой ценности$\beta$, вы можете легко определить необходимый ток возбуждения для вашего коммутатора, а затем приступить к его достижению.

В первом случае, используя PN2222A, мы уже установили некоторые возможные параметры. Вам нужно будет предоставить как минимум$10\:\textrm{mA}$к базе. Теперь вы должны убедиться, что ваш вывод ввода-вывода может предоставить столько. И если да, то каково вероятное выходное напряжение при высоком уровне подачи этого тока. Скажем, что он может, но он может только выводить$4\:\textrm{V}$. (Вам действительно нужно научиться читать таблицы данных на ЦП, чтобы найти это.) Я случайно знаю, что с помощью оценочного$100\:\Omega$для выходного сопротивления может быть разумным. Если так, то$10\:\textrm{mA}\cdot 100\:\Omega=1\:\textrm{V}$по мере падения напряжения. И это заставляет меня$4\:\textrm{V}$. Из приведенного выше рисунка 11 я также вижу, что$V_{BE}\ge 860\:\textrm{mV}$, как правило. округлый, это$V_{BE}= 900\:\textrm{mV}$. Так что это означает, что мне придется заскочить$3.1\:\textrm{V}$через резистор. Таким образом, номинал резистора$\frac{3.1\:\textrm{V}}{10\:\textrm{mA}}=310\:\Omega$. Ближайшее, более низкое значение будет$270\:\Omega$. Итак, опять же, если ваш ввод-вывод может справиться с этим, вы можете попробовать это значение резистора.

Еще кое-что. Власть. Мощность, рассеиваемая PN2222A, будет$900\:\textrm{mV}\cdot 10\:\textrm{mA}+100\:\textrm{mV}\cdot 160\:\textrm{mA}=25\:\textrm{mW}$.

Вернувшись на первую страницу таблицы данных PN2222A, найдите это:

Умножьте это тепловое сопротивление корпуса ТО-92 на$200\:\frac{^\circ\textrm{C}}{\textrm{W}}$приведенным выше рассеянием, и вы обнаружите, что повышение температуры будет$5^\circ\textrm{C}$. Что хорошо.

---

Теперь примените эти идеи к двум другим таблицам данных, которые я включил выше, и посмотрите, как все это работает.

Все нужные номера указаны. VBE указан с двумя условиями тестирования. HFe имеет несколько тестовых условий. Вы просто выбираете ближайший к вашему приложению, и числа должны быть похожими.

В этом случае ток 150 мА через коллектор-эмиттерный переход будет иметь VCE 1 В, коэффициент усиления HFe или тока от 100 до 300 и VBE от 0,6 В до 1 В.

Конечно, ваш фактический транзистор будет иметь свои собственные значения. Те, что на листе, типичны и варьируются. Для большинства транзисторов с малым сигналом, используемых в качестве переключателя для небольших нагрузок, вы можете использовать 0,7 В VBE для кремниевых транзисторов и игнорировать падение VCE.