Basiselektronik: Transistorschalter

Ich bin neu in der Elektronik. Ich lese gerade dieses Buch mit dem Titel „ Practical Electronics for Inventors“ .

Dies ist ein Abschnitt über Bipolartransistoren aus dem Buch:

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Es gibt zwei Dinge, die ich davon nicht verstehe:

  1. Wenn der Schalter in die "Ein"-Position geworfen wird, denke ich ICH B sollte sein:

ICH B = ICH R 1 = v C C − v B R 1 = v C C − 0,6 R 1

Angenommen v B E = 0,6 V. Warum hat der Autor ICH B = 0,6 / R 1 ?

  1. Wenn der Schalter in die "Aus"-Position geworfen wird, warum brauchen wir dann R2? Wie wäre es damit:

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Wenn der Autor R2 haben muss, habe ich noch eine Frage: Wie geht der Strom vom Kollektor zur Basis zu R2 zur Erde? Schau dir das an:

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Ich denke, der Strom hätte Probleme, wenn er vom Kollektor zur Basis folgen möchte, da zwischen Kollektor und Basis ein NP-Übergang besteht. Wie fließt der Strom, wenn der Schalter mit R2 im Stromkreis "aus" ist?

1.falsche Formel. 2. Der Schalter könnte die Basis ohne R2 erden. Wie angemerkt, kann eine schwimmende Basis in einigen Situationen ein Leck ermöglichen, um den Transistor einzuschalten.
Denken Sie auch nicht wirklich, dass Strom den Kollektor zur Basis hinunterfließt (zumindest in dieser Schaltungskonfiguration und mit einem funktionierenden Transistor).
Außerdem beträgt Vce etwa 0,2 V, wenn der Transistor vollständig eingeschaltet ist, sodass Vc 0,2 V über Ve liegt und nicht 0,6 V, wie im Buch angegeben.
Dat - Als FYI empfehle ich Ihnen, online zu suchen und "practical electronics for inventors" "errata"dann die relevanten Bücher für die jeweilige Ausgabe des Buches herunterzuladen. Mehrere sind verfügbar (kostenlos).
Wow, das ist ein abgrundtiefer Fehler in einem so beliebten Buch. Vielleicht verwenden Sie eine alte Edition? R2 wird hier als schwacher Pulldown verwendet. Es schadet nie, es zu haben, falls ein versehentlicher Kurzschluss passiert.
@LorenzoMarcantonio Ich habe diese Idee vom Autor des Buches, er sagte: "R2 sollte groß sein, damit sehr wenig Strom zur Erde fließt". Ich denke, diese Aussage bedeutet: Wenn R2 mit der Basis verbunden ist, der Transistor ausgeschaltet ist und Strom durch R2 zur Erde fließt, sollte R2 groß sein, damit sehr wenig Strom zur Erde fließt. Aber woher kommt in diesem Fall der Strom, wenn der Transistor ausgeschaltet ist ??? Ist es nicht von Vcc zum Kollektor zu R2 zur Masse?
Der einzige Strom, der von der Basis durch R2 zur Erde fließt, ist der Kollektorverlust und die verbleibende, größtenteils übertragbare Ladung des Basis-Emitter-Übergangs. Wir sprechen normalerweise von Strömen auf nA-Ebene. Ein Kurzschluss wäre im Beispiel des Wurfschalters in Ordnung. Die eigentliche Arbeit von R2 ist, wenn die Basis mit einem externen Signal vorgespannt ist (in diesem Fall ist der Wert ziemlich signifikant).
Nur um anzumerken, dass der Titel dieses Buches nicht seinem Inhalt entspricht. Es ist zweifellos nützlich ... aber für Techniker, Amateure und Designer; Erfinder sind etwas anderes. Wenn dies wirklich ein Buch für Erfinder wäre, würde es die Ideen enthüllen, auf denen diese Schaltungen aufgebaut sind ... Prinzipien für den Bau solcher Schaltungen ... clevere Schaltungstricks ... kurz gesagt, die Philosophie hinter Schaltungen. Aus diesem Grund habe ich dieses Buch vor vielen Jahren gekauft und war enttäuscht...
Hallo, in Ihrem zweiten Diagramm mit dem roten Strom müssen Sie beachten, dass der Kollektor-Basis-Übergang in diesem Fall in Sperrrichtung vorgespannt ist, sodass ein sehr kleiner Leckstrom fließt.
@TomGeorge ja, warum sagt der Autor dann, dass R2 groß sein sollte?
Weil Sie nicht möchten, dass ein Leckstrom durch R2 einen Spannungsabfall erzeugt, der groß genug ist, um einen Basisstrom zum Fließen zu bringen und den BJT zu leiten. Je größer R2, desto geringer der Spannungsabfall.

Antworten (4)

  1. Du hast Recht. Das Buch ist falsch, schlag eins.

  2. Auch hier machen Sie einen guten Punkt - Strom kann nicht aus der Basis fließen (OK, das kann es, aber es sind Picoamps, schlimmstenfalls Nanoamps, nur Leckstrom). Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass ein großer Strom fließt, wenn die Basis eines Bipolartransistors nicht verbunden bleibt (entweder in die Basis oder vom Kollektor zum Emitter), ist es möglich. Die Basis hat eine relativ hohe Impedanz und es ist einfach, Strom kapazitiv (von Ihrem eigenen Körper in seiner Nähe) oder elektromagnetisch (wie eine Antenne) einzukoppeln. Wenn die angesteuerte Last weniger schwer wäre, z. B. eine LED, könnten Sie die LED wahrscheinlich einschalten, indem Sie einfach die Basis mit Ihrem Finger berühren und Strom in die Basis einspeisen (wodurch auch ihr Potenzial erhöht wird), Strom, der kapazitiv gekoppelt wird zu Ihrem Körper von den Stromkabeln um Sie herum. ICH' Ich hatte Spaß daran, Berührungssensoren auf diese Weise herzustellen. Der Autor verwendet R2, um dies zu verhindern, aber eigentlich ist das eine zusätzliche, unnötige Komponente. Das direkte Anschließen der Basis an Masse hätte den gleichen Effekt, wenn das Basispotential auf Null gehalten würde. Ich denke, das ist der zweite Schlag für dieses Buch.

  3. Ich weiß, es gibt keine Frage drei, aber ich werde sie trotzdem beantworten. Der Autor gibt an, dass die Beziehung Ic = hfe × Ib gilt, es sei denn, Vc fällt unter 0,6 V über Ve. Auch das ist falsch. Dies gilt bis zur Sättigung, an diesem Punkt ist die Kollektorspannung nur 0,2 V höher als die Emitterspannung (oder irgendwo in dieser Nähe, je nach Transistor - einige Transistoren sind in dieser Hinsicht besser als andere). Das ist Streik drei. Es ist definitiv aus.

Witzige Antwort ... Zusätzlich zu diesen AC-Sensorschaltern würde ich einen DC-Sensorschalter hinzufügen - berühren Sie mit einer Hand Vcc und mit der anderen die Transistorbasis :-)
@Circuitfantasist Als Junge habe ich eine "Schalttafel" gebaut, indem ich abwechselnd Streifen eines Veroboards verbunden und mit dem Finger darauf gedrückt habe, um die Streifen zu überbrücken und Transistoren auf diese "DC" -Weise einzuschalten. Ach, Nostalgie.
Der Autor verwirrt mich, er sagte: "R2 sollte groß sein, damit sehr wenig Strom zur Erde fließt". Bedeutet das aus Sicht des Autors, wenn wir die Basis über einen Draht mit Masse verbinden (R2 ist klein), dann fließt ein größerer Strom nach Masse, woher kommt dann dieser größere Strom?
@Dat: Sie haben die Behauptung des Autors gut verstanden, aber der Autor liegt falsch. Es fließt kein Strom zur Erde (außer einem winzigen, winzigen Leckstrom), da die Basis keinen Strom liefern kann. Mit anderen Worten, es kann kein Strom die Basis verlassen und nach unten zur Erde fließen, weil der Transistor nicht so arbeitet. Strom kann in die Basis eintreten, aber nicht verlassen, da es sich effektiv um eine Diode handelt. Ignorieren Sie hier die Meinung des Autors, sie ist falsch.
@SimonFitch großartig, jetzt verstehe ich
@Dat, Der Autor denkt an die in Lorenzos Antwort gezeigte Schaltung und insbesondere an den Fall, wenn der Transistor eingeschaltet ist. Dann ist der Eingangsschalter eingeschaltet und die Eingangsquelle muss genug Strom durch den Basis-Emitter-Übergang leiten, um den Transistor einzuschalten, damit R2 keinen signifikanten Teil des Stroms umleiten darf (R2 stört in diesem Fall). R2 wird für den Fall benötigt, wenn der Schalter offen ist und wir den Transistor ausschalten möchten. Dann muss es die unerwünschten (kapazitiv oder elektromagnetisch induzierten) Ströme umleiten, von denen Simon oben spricht. Sie kommen aus der äußeren Umgebung.
Ein weiterer Grund für die Einbeziehung von R2 ist der unerwünschte Strom, der durch den offenen Schalter fließen kann, wenn er nicht ideal ist (Durchgangstransistor). Jetzt sollte R2 niedrig genug sein, um den gesamten Basisstrom abzuleiten und den Transistor ausgeschaltet zu halten. Wie Sie sehen können, gibt es widersprüchliche Anforderungen für den Wert von R2, und seine Wahl ist eine Frage des Kompromisses.

Für den Punkt 1) ist die Stromschleife VCC, R1 und der VBE-Übergang, der für die meisten praktischen Zwecke mehr oder weniger eine 0,6-V-Diode ist.

Sie haben also VCC=I*R1+VBE und das Buch hat einen schwerwiegenden Fehler …

Für den zweiten Punkt ist Ihr Stromdiagramm falsch: Sie können keinen Kollektorstrom von der Basis ziehen (im üblichen Vorspannungsmodus!). Wenn Sie einen NPN-Transistor schalten, leiten Sie Strom durch den VBE-Übergang und erhalten eine Kollektorverstärkung.

Das Ausschalten entleert den VBE-Übergang von der verbleibenden Ladung und stoppt den Kollektorfluss. In der Praxis hätten Sie mit einer offenen Basis nur den Kollektor-Abschaltstrom (etwa 100 nA, normalerweise übertragbar), aber aufgrund von Parasiten könnte etwas Strom in die Basis fließen und den Transistor einschalten.

Wenn Sie den Transistor tatsächlich mit einem mechanischen Schalter wie in der Abbildung geschaltet haben, können Sie die Basis problemlos erden. In der Praxis ist die Verwendung eines Wurfschalters nicht sinnvoll und das "übliche" Transistor-Setup ist so

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

(Widerstandswerte und Spannungen sind nicht korrekt, es soll nur die Form der Schaltung zeigen)

Dies ist normalerweise als gemeinsamer Emitterschalter bekannt. Gemeinsamer Emitter, da der Steuerstrom von der Basis zum Emitter (Basisstrom) und der Laststrom vom Kollektor zum Emitter (Kollektorstrom) fließt.

In dieser Schaltung können Sie sehen, warum der Basis-Erde-Widerstand etwas groß sein sollte: sonst würde der gesamte Steuerstrom durch ihn fließen!

Die Berechnung der beiden Widerstandswerte wird als Vorspannung des Transistors bezeichnet: Sie würden im Wesentlichen einige mA Basisstrom benötigen, wenn der Schalter geschlossen ist, und weniger als 0,6 V VBE bei geöffnetem Schalter. Hoffentlich wird Ihr Buch das ein paar Seiten später erklären.

"ca. 100 nA, normalerweise trascurable" - ich denke, das Wort, das Sie wollen, ist "vernachlässigbar".
"Für den zweiten Punkt ist Ihr Stromdiagramm falsch: Sie können keinen Kollektorstrom von der Basis ziehen (im üblichen Vorspannungsmodus!)" Meinen Sie, der Vorspannungsmodus ist der "Ein" -Modus des Transistors? Nein, mein Stromdiagramm ist, wenn der Transistor ausgeschaltet ist
Ich würde die "Reihenfolge" von R1 und R2 in dieser Schaltung tauschen - da sie jetzt gezeichnet ist, wird die Auswahl von R2 unnötig kompliziert, da Sie den Strom berücksichtigen müssen, der zusätzlich zu dem, was in die BJT-Basis fließt, in R1 fließt.
Obwohl möglich, wird diese Eingangskonfiguration (eine "ideale" Spannungsquelle und ein Schalter in Reihe) in herkömmlichen digitalen Schaltungen selten verwendet. Sein Hauptnachteil besteht darin, dass er den Eingang der gesteuerten Stufe erdfrei lässt und dies die Einbeziehung von R2 erfordert, aber dies ist nicht wünschenswert. Die übliche Lösung ist eine echte Spannungsquelle (mit einem Widerstand in Reihe) und einem Schalter parallel (wie @Vladimir sagte). Diese Konfiguration wird durch eine Transistorstufe in Emitterschaltung (dh denselben Transistorschalter) implementiert. In diesem Fall kann die Transistorbasis direkt mit dem Stufenausgang verbunden werden...
... Die anspruchsvollere Lösung ist die komplementäre Stufe (z. B. CMOS), die den SPDT-Schalter implementiert. In diesem Fall muss die Basis des Transistors über einen Basiswiderstand mit dem Stufenausgang verbunden werden.

  1. Ja, Sie haben Recht, das Buch hat einen Fehler.

  2. Unter Berücksichtigung der Leckage beträgt der Kollektorstrom Ic = β ICH B + ( β + 1 ) ICH C B Ö Das Hinzufügen des Widerstands in Abwesenheit von Ib reduziert den Kollektorstrom auf ICH C B Ö . Der Widerstand muss niedrig genug sein, dass der höchste Wert von ICH C B Ö an der Basis nur höchstens einige hundert mV aufweist. Ein Kurzschluss ist ein akzeptabler Wert, obwohl Sie in einigen Fällen möglicherweise einen Widerstand bevorzugen, wenn mögliche Fehlermodi berücksichtigt werden (über den Rahmen dieser Antwort hinaus).

Der Unterschied zwischen ICH C B Ö Und ( β + 1 ) ICH C B Ö kann unter günstigen Bedingungen (Raumtemperatur) da nicht so toll sein β ist bei einem Kollektorstrom von nA sehr niedrig (es ist keine Konstante, da die vereinfachte Ansicht gilt - es nimmt sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Kollektorströmen ab).

Besonders bei hohen Sperrschichttemperaturen (oder bei Lecktransistoren wie den alten Germanium-Typen) ICH C B Ö ist exponentiell höher und die gesamte Kollektorleckage kann auf ein zu beanstandendes Niveau ansteigen. Beispielsweise könnte eine LED mit nur wenigen uA Strom sichtbar beleuchtet erscheinen. Oder eine Batterieversorgung könnte im Standby-Zustand vorzeitig entleert werden.

Also könnte ich R2 durch einen Draht ersetzen?
Nein, dann wird die Basis auf 0V gezwungen und kann nicht mit R1 eingeschaltet werden.
@JakobHalskov Es gibt einen SPDT-Schalter, also ist ein Draht in Ordnung.
@SpehroPefhany ein Draht ist in Ordnung, warum sollte R2 dann groß sein? Bitte antworten Sie kurz und leicht verständlich, ich bin neu in der Elektronik. Diese Antworten hier sind für mich ziemlich schwer zu lesen :(
@Dat Wie gesagt, es würde den Rahmen dieser Antwort sprengen. Stellen Sie sich vor, der Transistor fällt auf eine Weise aus, die den Laststrom durch den Schalter leitet und das ausreicht, um den Schalter zu beschädigen.
β ICH B + ( β + 1 ) ICH C B Ö , könnten Sie diese Gleichung erklären? Was ist ICH C B Ö ?
Es ist eine Transistorkennlinie - Kollektor-Basis-Abschaltstrom. Icbo ist der Leckstrom (I) vom Kollektor (c) zur Basis (b), wobei der verbleibende Pin der Emitter offen ist (o). Es wird auf dem Datenblatt (falls angegeben) bei einer bestimmten Spannung und Temperatur angegeben. Im Allgemeinen verdoppelt sie sich etwa pro 10 °C Anstieg. Es ändert sich nicht stark mit einer Spannung um die angegebene Spannung herum. Z.B. 2N4401 Icbo beträgt maximal 50 nA bei 60 V und 25 °C
Die Gleichung sagt uns, dass der Kollektorstrom Beta * extern angelegter Basisstrom plus Kollektor-Basis-Leckstrom plus Beta * Leckstrom ist (da der Transistor sowohl den Leckstrom als auch den extern angelegten Basisstrom verstärkt).
Die Schaltung ist konzeptionell falsch und es lohnt sich nicht, nach einem Grund zu suchen, R2 einzufügen (OP errät dies intuitiv). Beide Widerstände sind redundant. Es wird nur ein (Basis-)Widerstand benötigt, um zwischen Vcc und Masse umzuschalten. Dies entspricht einer CMOS-Transistor-Implementierung des SPDT-Schalters, der einen klassischen BJT-Schalter mit nur einem Basiswiderstand steuert.

  1. Es sollte ein Tippfehler sein. I = (Vdd – 0,6)/R1.

  2. Wenn wir R2 nicht haben, könnte die Basis schweben. Wir brauchen etwas zum Herunterziehen. Im BJT kann ein gewisser Leckstrom auftreten.

Warum sollte R2 groß sein? Kann ich R2 durch einen Draht ersetzen?
Auch wenn Sie "echte" logische Signale anlegen (die nicht wirklich auf 0 V gehen), hilft der Pulldown-Widerstand, wenn die Gefahr besteht, dass die Spannung in die Nähe von 0,6 V geht und den Transistor einschaltet. Wie auch immer, machen Sie sich einfach die Gewohnheit zu, denn wenn Sie zu MOSFETs wechseln, ist der Pulldown absolut obligatorisch
@LorenzoMarcantonio hat Ihre Frage beantwortet. Es könnte hilfreich sein, zu erfahren, warum wir Pulldown-Widerstände benötigen. Sie können viele Websites finden, die dasselbe erklären. Wenn Sie immer noch Zweifel haben, dann fragen Sie hier.
1) Ist ein bisschen mehr als ein Tippfehler, es hat völlig falsch geklappt.
Ja, es ist ein Fehler @Finbarr
Basiselektronik: Transistorschalter
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