Industriewerte für Beta (β) in der BJT-Stromverstärkung

Als allgemeine Antwort darauf, welche Werte von B bei allen derzeit allgemein verfügbaren BJTs üblich sind; Ein schneller Weg, um herauszufinden, was üblich ist, wäre, nach dem zu suchen, was bei den großen Distributoren (Mouser, Digikey, Avnet, Arrow usw.) auf Lager ist.

Eine Suche auf Digikey nach allen derzeit auf Lager befindlichen BJTs in aktiver Produktion ergibt 3723 eindeutige Hersteller-Teilenummern. Wenn B für jede dieser Teilenummern gegeben ist, haben wir die folgenden Statistiken.

Minimum B = 3 (niedrigster Wert)
Maximum B = 1000 (höchster Wert)
Durchschnitt B = 559 (arithmetisches Mittel)
Median B = 100 (Mitte der Liste)
Modus B = 100 (häufigster Wert)
90 % der B-Werte fallen im Bereich von 25 bis 750.
80 % des B-Werts liegen im Bereich von 40 bis 270.

Ich habe die Werte von B in der Digikey-Datenbank verwendet, um die obigen Statistiken zu erstellen. Die Werte von B in der Digikey-Datenbank stimmen normalerweise mit den typischen Werten überein, die in der Tabelle im Datenblatt des Herstellers für jeden Transistor angegeben sind. Der Wert von B wird normalerweise für einen bestimmten Betriebspunkt angegeben, den der Hersteller für relevant hielt.

Im Allgemeinen ist B für jede hergestellte Einheit unterschiedlich und kann sich auch ändern, wenn sich die Betriebsbedingungen ändern (Temperatur, Kollektorstrom, Kollektor-Emitter-Spannung usw.). Daher sollte meine Antwort nur als grobe Schätzung dessen verstanden werden, was da draußen ist.

Überprüfen Sie das Datenblatt, aber erwarten Sie auch keinen bestimmten Wert von einem bestimmten Transistor!

Die Antwort auf diese Frage lautet RTFDS – Read The Friendly DataSheet. Die meisten Transistor-Datenblätter geben Mindest-Betas für ausgewählte Arbeitspunkte sowie einen typischen oder maximalen Beta-Wert für einen oder zwei davon an. Einige Datenblätter können auch eine Kurve des typischen Beta-Kollektorstroms enthalten, dies kann jedoch nicht garantiert werden.

Für Ihren Transistor, den allgegenwärtigen 2N3904, gibt das Datenblatt von Fairchild ein minimales Beta von 100 und ein typisches von 300 bei 10 mA Kollektorstrom und 1 V vom Kollektor zum Emitter an. Ich würde also ein Beta von 100 für Berechnungen für den vorwärtsaktiven Bereich verwenden, während ich die Schaltung so beta-unabhängig wie möglich entwerfe - Transistor-Beta ist kein streng kontrollierter Parameter!

Um den Wert der Verstärkung für einen Transistor zu erhalten, schauen Sie in etwas, das als Datenblatt bezeichnet wird . Diese geben in der Regel die minimale Verstärkung an wenigen Arbeitspunkten an. Manchmal geben sie auch typische Werte an, aber damit kann man wenig anfangen.

Die obere Gewinngrenze wird selten angegeben und kann das 10-fache oder mehr des Minimums betragen. Gute Schaltungen arbeiten mit der Transistorverstärkung vom garantierten Minimum bis unendlich. Das ist eigentlich nicht so schwer zu entwerfen, wie es sich anhört.

Wie @dim betonte,$\beta$ist dasselbe wie hFE, und es wird als letzteres auf einem Datenblatt bei einigen Strömen und bei einigen beträchtlichen Vce aufgeführt.

Hier ein Beispiel aus dem Datenblatt von Fairchild:

Bei 10 mA und 1 V Vce und 25 Grad C wird die Gleichstromverstärkung also garantiert zwischen 100 und 300 liegen. Wenn Sie es während der Messung in den Fingern halten, wird es durch die Erwärmung erhöht!

Um zu sehen, wie es sich mit Temperatur und Strom ändert, können Sie sich normalerweise auf das Diagramm beziehen:

(Gepulste Verstärkung wird angegeben, weil sie die Auswirkungen der Eigenerwärmung vernachlässigen wollen)

Sie können die garantierten Zahlen verwenden und die Auswirkungen der Temperatur extrapolieren oder für unterschiedliche Ströme interpolieren.

Wenn Sie den Transistor als einfachen Schalter verwenden, interessiert Sie hFE (direkt) möglicherweise überhaupt nicht, nur der Strom, der zum Sättigen des Transistors erforderlich ist, der viel höher ist als hFE für eine Vce von 1 V vorhersagen würde. Sie können sich um die maximale Verstärkung kümmern, wenn ein bisschen Basisstrom vorhanden sein kann, aber normalerweise können Sie sagen, dass der resultierende Kollektorstrom über einen normalen Temperaturbereich vernachlässigbar ist, wenn Vbe kleiner als (z. B. 300 mV) ist (diese Spannung ist geringer). wenn Sie bei sehr hohen Temperaturen arbeiten müssen, weil hFE ansteigt und die Vbe für einen gegebenen Basisstrom abnimmt – ein Doppelschlag). Wenn Sie nur eine Basis mit einem CMOS-Gate oder einer MCU ansteuern, beträgt die Spannung normalerweise < 100 mV und der resultierende Strom kann ignoriert werden.

Transistoren, die auf analoge Anwendungen ausgerichtet sind, haben oft hFE-Bins, die relativ eng sind (typischerweise ein Bereich von etwa 2:1) – ein SS8050C beispielsweise hat unter bestimmten Bedingungen hFE zwischen 120 und 200. Wird häufig in kostensensiblen Anwendungen eingesetzt.

Sie sollten besonders auf die hFE-Änderungen mit der Temperatur achten, wenn Sie Verstärker mit geringer Verzerrung bauen möchten, da die hFE-Änderungen mit der Temperatur große thermische „Schwänze“ in der Open-Loop-Reaktion verursachen können.

Es ist am besten, so zu entwerfen, dass Ihre Schaltung über alle möglichen Variationen von hFE (mit Ihrem angegebenen Teil) ohne manuelle Anpassungen funktioniert.