Das 2N2222-Experiment zeigt falsche Verstärkungen an

Okay, also habe ich einen 20-kΩ-Widerstand zwischen eine 5-V-Versorgung und die Basis eines 2N2222 gelegt, wobei der Kollektor direkt mit der 5-V-Schiene und der Emitter mit Masse verbunden ist. Was ich erwarten würde, ist, dass ungefähr 220 μA (dh (5 V - 0,6 V) / 20 kΩ) in die Basis gehen und weniger als 22 mA (dh 220 μA * 100) aus dem Emitter kommen. Das passiert überhaupt nicht. Ich neige dazu, über 45 mA aus dem Emitter zu bekommen.

Zuerst dachte ich, es wäre meine Widerstandspräzision. Ich habe nachgesehen und der tatsächliche Widerstandswert beträgt 20,2 kΩ (0,1 Ω Auflösung).

Ich dachte, es könnte der spezifische Transistor sein, aber ich habe zwei andere 2N2222 ausprobiert. Der erste war von Mouser und die zweiten beiden aus China. Alle geben ungefähr das gleiche Ergebnis.

Ich dachte dann, vielleicht liegt es daran, dass ich einen lauten Abwärtswandler verwende. Ich habe zu einem Linearregler gewechselt, der 4,999 V stabil für einige Volt über +1,6 V liefert.

Ich habe die Schaltung in CircuitLab mit den genauen Werten meiner Konfiguration überprüft und sie gibt mir das, was Sie erwarten würden: 215,0 μA in die Basis und 23,17 mA aus dem Emitter.

Was ist los? Geschieht dies, weil ich keine Last habe? Liegt es daran, dass ich das auf einem Brotbrett mache? Benötige ich eine kapazitive Entkopplung/Bypass? Oder habe ich ernsthaft 3 kaputte / gefälschte Transistoren, von denen einer von Mouser stammt? Wenn ja, warum geben sie alle die gleiche Ausgabe?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Welcher Teil von „irgendwo zwischen 35 und 300“ passt nicht zu Ihren Beobachtungen?
Woher haben Sie den Eindruck, dass die Verstärkung eines echten physischen 2N2222 genau und wiederholbar 100 beträgt?
Herzlichen Glückwunsch, Anthony, Sie messen die tatsächliche Verstärkung (unter diesen Bedingungen) jedes einzelnen 2N2222. Beachten Sie, dass das Datenblatt nur eine Mindestverstärkung und die Bedingungen angibt, unter denen es getestet wurde.
@brhans : aus der Simulation ;-)
Ich dachte nicht, dass es genau 100 sein würde, aber ich dachte, es würde um oder darunter liegen. Ich habe das Datenblatt falsch gelesen und Ic mit Ib umgeschaltet (siehe die erste Zeile für hfe: Ich dachte, dass etwa 0,1 mA auf Ib eine Verstärkung von 35 erzeugen würden.) Darüber hinaus vertraute ich darauf, dass die Simulation es besser wusste, und es machte Sinn für mich (denken "es ist niedriger, also macht das Sinn", basierend auf meinem falschen Lesen des Datenblatts.)
Angenommen, die Simulation hätte es "besser gewusst". Wie würde sich das äußern? Es wäre eine Art "Produktionssimulationsmodus" erforderlich, bei dem eine bestimmte Anzahl von Instanzen der Schaltung mit randomisierten Parametern für alle Komponenten innerhalb ihrer Bereiche simuliert wird. "Simulations-Fuzzing". Dies wäre nützlich, um Konstruktionen zu erkennen, die zu empfindlich auf Komponentenwerte reagieren.
@Kaz: Monte-Carlo-Analysen wie die von Ihnen beschriebene lassen sich in LTSpice ziemlich einfach einrichten: k6jca.blogspot.ca/2012/07/… . Die Standardverteilung ist flach, aber die Kommentare zu diesem Blogbeitrag beschreiben die Einrichtung für Gaussian.
In einem realen Design ist das minimale Beta wahrscheinlich der schlimmste Fall, daher möchten Sie dies normalerweise simulieren. In einer praktischen Schaltung können Sie die Verstärkung durch negative Rückkopplung leicht auf einen genau definierten Wert reduzieren, aber Sie können keine Verstärkung erhöhen , die nicht vorhanden ist!
Danke alephzero. Das ist die richtige Antwort, wie ich später gestern Abend herausfand.

Antworten (2)

Hier ist ein Ausschnitt aus dem Fairchild-Datenblatt für den 2N2222.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wie Sie sehen können, ist h_FE (beta) sehr variabel und reicht von 35 (bei niedriger Temperatur) bis zu einem Maximum von 300. Die von Ihnen gemessene Verstärkung ist also durchaus in Grenzen.

Dies ist für einen BJT nicht ungewöhnlich - die Stromverstärkung dieser Geräte variiert stark von Charge zu Charge und mit der Temperatur. Aus diesem Grund implementieren die meisten BJT-basierten Verstärker eine Art Rückkopplung, um die Abhängigkeit von h_fe auf Kosten der Verstärkung zu beseitigen.

(+1) Besonders zum Hervorheben der wilden Variation von Partie zu Partie. Selbst in Universitätskursen und Büchern wird dies oft unterschätzt. Sie führen fast immer BJTs ein, die den klassischen Verstärker mit gemeinsamem Emitter ohne Rückkopplung darstellen, was in den meisten Situationen praktisch eine nutzlose Schaltung ist. Das einzige Buch, das ich gelesen habe und das tatsächlich von Anfang an auf diese Tatsache hinweist, ist The Art of Electronics von Horowitz and Hill .

Hfe oder Beta wird mit einem Bereich von max:min über einen Bereich von 4:1 hergestellt und oft in Bereiche von 2:1 mit Suffixbuchstaben eingeteilt. Dies gilt nur für eine Testbedingung und ist nicht auf die dynamischen Änderungen von hFe mit anderen Parametern beschränkt.

Es ist unrealistisch, 200 hFE zu bekommen, wenn Sie 100 erwartet haben. Lesen Sie das Datenblatt und suchen Sie nach Min Typ und Max 200 ist normal.

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Das 2N2222-Experiment zeigt falsche Verstärkungen an
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