Transistor - Anstiegszeit für Schaltanwendungen

Ich habe mir die grundlegende Theorie des Bipolar Junction Transistors angesehen.

Beim Entwurf von Schaltanwendungen ist es oft erforderlich, einen geeigneten Wert des Basisstroms zu finden, um einen gesättigten Transistor zu haben. Wenn man sich die zu diesem Thema beantworteten Fragen ansieht, neigen die Leute dazu, ein Verhältnis zu verwenden, das Ic/Ibviel kleiner ist als der Parameter h _{FE,min, der} auf dem spezifischen Transistor-Datenblatt zu finden ist. Einige Antworten raten davon ab, einen sehr niedrigen Wert des raio zu verwenden, Ic/Ibwenn es um schnelle Schaltanwendungen geht, da der Transistor sonst möglicherweise nicht rechtzeitig den vollständig eingeschalteten Zustand erreicht.

Nach einem kurzen Blick auf Wikipedia scheint es viele Modelle für BJT zu geben. Ich suchte nach einigen Gleichungen oder Diagrammen, die die Anstiegs- und Abfallzeit eines Transistors für ein bestimmtes Icund in Beziehung setzen Vbe; Bisher habe ich "nichts" gefunden (eher viel Verwirrung in meinem Kopf). Dies wäre sehr hilfreich, da ich den Transistor mit einem PWM-Signal steuern möchte, das von einem Mikrocontroller kommt (in meinem Fall ein Raspberry, bei dem das PWM-Signal durch eine Frequenz und ein Tastverhältnis gekennzeichnet ist).

BEARBEITEN:

Ich habe die Frage allgemein gehalten, um ein grundlegendes Verständnis des Körpers hinter BJT zu bekommen, wie auch immer, wie einige von Ihnen betont haben, wäre es hilfreich, wenn ich mehr Informationen liefern könnte.

Ich möchte einen 12V 0,4A Lüfter mit Raspberry Pi 3 antreiben (Anwendung: Thermal Control). Durch den direkten Anschluss des Lüfters an die 12-V-Stromversorgung habe ich die maximale Stromaufnahme gemessen, die (nicht überraschend) 0,4 A beträgt. Also nahm ich an Ic=0.4A. Ich habe nur drei Transistortypen: TIP120, BC517, BC337. Letzteres ist aufgrund des geringen Gains definitiv keine gute Wahl. Ich hasste die Idee, einen TIP120 zu verwenden, um nur 0,4 A zu steuern, also entschied ich mich für BC517 (ich mache mir keine Sorgen über die Wärmeableitung: Der Lüfter bläst direkt Luft über den Stromkreis).

Dann habe ich mir angesehen, welchen Widerstand ich als Basiswiderstand verwenden könnte. Um es kurz zu machen, ich war faul und in meiner Nähe gab es nur 1k Widerstände. Mal sehen, ob ich in der Sättigung lande. Angenommen Rb = 1k, aus dem Datenblatt, das ich gefunden habe Vbe(on) = 1.4V, ist der Raspberry GPIO-Pin-Ausgang Vpin = 3.3Vdann: Ib = (Vpin - Vbe(on))/ Rb = 1.9 mA(was weit unter dem maximalen Ausgangsstrom der GPIO-Pins liegt, also bin ich gut). Das Verhältnis Ic/Ib = 210; aus Datenblatt$h_{FE,min} = 30000$. Ich würde sagen, der BC517 ist gesättigt.

Nun zum praktischen Teil: Dies ist die Schaltung, die ich verwende.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Bei einem ductycycle = 100%muss ich mir keine Gedanken über die Frequenz des PWM-Signals machen. Ich bin mir nicht sicher, ob ich mich richtig erinnere, aber ich glaube, ich habe gemessen Vce = 0.85V. Angesichts dessen hatte ich erwartet, einen fließenden Strom von zu sehen (12V - Vce)/12V*0.4A = 0.37A. Stattdessen beträgt die maximale Stromaufnahme des Lüfters 0,355 A. Es müssen einige andere dissipative Faktoren vorhanden sein.

Mit dutycycle < 100%der Frequenz des PWM-Signals wird definitiv die Schaltleistung beeinflusst. Nachdem ich einige Frequenzen eingestellt dutycycle = 95%und getestet habe, habe ich Folgendes erhalten (ich habe nur 4 Frequenzen getestet, dann ist die Batterie meines Multimeters unter das sichere Niveau gefallen, sodass ich aufgehört habe, Maßnahmen zu ergreifen):

Wie Sie sehen können, nimmt der Kollektorstrom stark ab, wenn Sie die Frequenz erhöhen. Meine Vermutung: Durch Erhöhen der Frequenz wird die Periode von Ib immer kleiner. Schließlich kann die Anstiegszeit des Transistors länger als das Tastverhältnis sein, daher wird es keine geben$t_{on}$Zeit.

Das hat meine ursprüngliche Frage ausgelöst. Es wäre schön, wenn es einen mathematischen Weg gäbe, die Anstiegszeit, Abfallzeit, Einschaltzeit des Transistors mit Vbe und der Frequenz des Schaltsignals in Beziehung zu setzen.