Kunst der Elektronik: Transistorschalter

Ich studiere Transistoren aus dem Buch „Arts of Electronics“ von Paul Horowitz und Winfield Hill (zweite Auflage).

Im Text gibt es folgende Schaltung (unter Titel - Transistor Switch) auf Seite 63:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ich verstehe, dass der Transistor im Sättigungszustand arbeiten würde, da sonst die Kollektorspannung -84 V betragen würde, dh weniger als die Emitterspannung (die in diesem Fall Null ist).

Der Text erwähnt jedoch,

Das Übersteuern der Basis (wir haben 9,4 mA verwendet, wenn 1,0 mA kaum ausgereicht hätten) macht die Schaltung konservativ.

Übrigens würden Sie in einer realen Schaltung wahrscheinlich einen Widerstand von der Basis zur Masse legen (in diesem Fall vielleicht 10 k), um sicherzustellen, dass die Basis bei geöffnetem Schalter auf Masse liegt.

Meine Fragen: 1) Was bedeutet die erste Zeile (aus dem Text)? Was bedeutet es, wenn eine Schaltung konservativ wird?

2) Warum müssten wir einen Widerstand von der Basis zur Masse legen? Wie bestimmen wir die Basisspannung in Abwesenheit von Strom, dh Schalter ist offen? Da in diesem Fall die Kollektorspannung 10 V und die Emitterspannung 0 V betragen würde, wie bestimmen wir die Basisspannung?

Wie haben Sie eine Kollektorspannung von -84 Volt erhalten?
@PeterBennett, Ic = (beta)Ib. Daher ist Ic = 940 mA. R_lamp = 100 Ohm, daher Spannungsabfall über der Lampe = 940 mA * 100 Ohm = 94 V. Wenn also die positive Seite 10 V beträgt, muss der negative Anschluss -84 V betragen. (Entschuldigung für die späte Antwort :)
@MohammedArshaan - 1. Die 0,1 A an der Lampe sind eine Maximalangabe, keine Aussage darüber, was gerade fließt. 2. Da der Schalter geöffnet ist und kein Strom fließt, ist v = ir = (0) (100) = 0, sodass die Spannung an LAMP1 null ist und nicht 84 V. 3. Wenn Sie eine 10-Volt-Quelle haben, sollte das Erhalten von 84 Volt eine Warnflagge auslösen. 4. Die vollen 10 Volt liegen tatsächlich an Q1 an. 5. Weitermachen. Es dauert eine Weile, um eine Intuition für diese Dinge zu entwickeln. Durchsetzen!

Antworten (3)

Eine Schaltung wird konservativ berechnet, wenn Sie ohne Änderung der Betriebsart einen anderen Transistortyp oder eine andere Last einbauen könnten.

Wenn Ihre Last beispielsweise etwas höher war und Ihr Transistor ein etwas kleineres Beta hatte, könnten Sie immer noch denselben Basisstrom verwenden, wenn die ursprünglich berechneten Werte konservativ gewesen wären – nicht auf dem neuesten Stand.

Jeder Transistor mit offener Basis ist anfällig für Streuströme. Berühren Sie die Basisklemme an einer EMV-belasteten Stelle und Sie haben eine schöne Antenne für 50/60Hz-Ströme. Sie müssen Darlington-Typen nicht einmal anfassen, es reicht aus, sich dem Basisterminal zu nähern. Das Platzieren eines Widerstands oder Kondensators auf GND schließt diese Streuströme kurz.

Was meinst du mit - Bleeding Edge ?
Es ist das Gegenteil, alles zu berechnen, um Fälle dünn wie ein Rasiermesser zu machen, damit Sie sich leicht verletzen können.

Jankas Antwort ist gut, aber ich wollte mich auf die Sache mit der Transistorstromverstärkung konzentrieren. Das gesamte Kapitel geht von einem typischen Beta von 100 aus. Das folgende Diagramm aus dem Datenblatt eines gewöhnlichen 3904 zeigt jedoch eine ziemlich große (normalisierte) Beta-Variation in Abhängigkeit von Temperatur und Kollektorstrom: -

Beta

Im Grunde kann es sich ändern. Und wenn Sie dachten, dass Sie es einfach mit einem DMM auf hFE-Einstellung messen könnten, bedenken Sie, dass es sich ändert, so dass der von Ihrem Messgerät verwendete Ic möglicherweise nicht in der Nähe des Betriebs-Ic Ihres Stromkreises liegt. Sie nehmen also eine konservative Schätzung für Ic und daher Ib vor. Nur um sicherzustellen, dass alles richtig funktioniert.

@MohammedArshaan - Um es noch einmal zu wiederholen, konservativ bedeutet, dass es einen großen Spielraum gibt, um nahezu jede Kombination aus Temperatur und Kollektorstrom sowie Schwankungen des hFE zu bewältigen.

Um Frage Nr. 2 direkter zu beantworten: Da der Stromkreis gezeichnet ist, können Sie nicht wirklich wissen, wie hoch die Spannung an der Basis ist, wenn der Schalter geöffnet ist. Wie im Buch erwähnt, würden Sie in einem tatsächlichen Design einen Widerstand von der Basis an Masse anbringen, um sicherzustellen, dass Sie bei geöffnetem Schalter wissen, dass der Transistor "aus" ist, es sei denn, Sie möchten, dass sich Ihre Schaltung unregelmäßig verhält. Der Widerstand wäre so bemessen, dass er "groß" genug ist, um den normalen Betrieb der Schaltung nicht zu beeinträchtigen, aber "klein" genug, damit Sie sicher sein können, dass die Basis geerdet ist, wenn der Schalter geöffnet ist. (1k - 10k sind ziemlich standardmäßige Pull-Up/Pull-Down-Widerstandswerte)

https://en.wikipedia.org/wiki/Pull-up_resistor

@MohammedArshaan - Um Kevins Antwort zu ergänzen, können Sie unter bestimmten Umständen eine nicht verbundene Basis mit Ihrem Finger berühren und Strom fließen lassen. Der Pull-down-Widerstand würde als Senke für eventuell vorhandene Streuspannungen wirken. Dinge, die Streuspannungen verursachen können – ein Gewitter, ein Radiosender in der Nähe, eine WLAN-Sendung, ein Mobiltelefon, EMI von einem fehlerhaften Gerät, die allgegenwärtige Netzspannung und das elektrische System, das Ihr Herz zum Schlagen bringt und Nerven leiten - für den Anfang.
Kunst der Elektronik: Transistorschalter
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