ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
เครื่องคำนวณสวิตช์ BJT และตัวต้านทานเบส
เลือกตัวต้านทานเบสสำหรับสวิตช์ NPN หรือ PNP และประมาณกระแสเบสกับกำลังสูญเสียของตัวต้านทานและทรานซิสเตอร์
ค่าที่ป้อน
ผลลัพธ์
- ตัวต้านทานที่แนะนำ
- —
- ความต้านทานอุดมคติ
- —
- กระแสเบสที่ต้องการ
- —
- กระแสเบสพิกัด
- —
| กำลังสูญเสียในตัวต้านทาน | — |
|---|---|
| กำลังสูญเสียทรานซิสเตอร์โดยประมาณ | — |
| อัตราส่วนกระแสพิกัด · Ic/Ib | — |
ค่าความต้านทานมาตรฐานปัดลง (0.1 Ω–1 GΩ) เพื่อให้กระแสเบสพิกัดอย่างน้อยเท่าที่ต้องการ
Ib = Ic / βประมาณค่าตัวต้านทานเบสสำหรับสวิตช์ NPN หรือ PNP
ประมาณกระแสเบสและตัวต้านทานเบสค่ามาตรฐานสำหรับทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์ที่ใช้เป็นสวิตช์ ป้อนกระแสโหลด อัตราขยายกระแสแบบบังคับที่เลือก และแรงดันรอยต่อที่สมมติไว้ ตัวเลือก NPN/PNP เปลี่ยนรูปแบบการต่อในภาพ ส่วนการคำนวณใช้ขนาดแรงดันที่เป็นบวกเทียบกับอิมิตเตอร์ แบบจำลองสถิตนี้ไม่ได้ตรวจสอบการอิ่มตัว ความเร็วในการสวิตช์ ความสามารถของวงจรขับ หรือขีดจำกัดความร้อนของทรานซิสเตอร์เฉพาะรุ่น
ขั้นตอนการใช้งาน
- เลือก NPN หรือ PNP และตรวจสอบแผนภาพ ป้อนขนาดแรงดันขับที่มีอยู่เทียบกับอิมิตเตอร์ กระแสโหลดเป็น mA ค่า VBE ที่สมมติ และค่า VCE(sat) ที่สมมติ
- เลือกอัตราขยายแบบบังคับ Ic/Ib และอนุกรมตัวต้านทาน E12, E24 หรือ E96 ตรวจสอบว่าขนาดแรงดันขับมากกว่าแรงดันเบส–อิมิตเตอร์ที่สมมติ เพื่อให้เหลือแรงดันบวกคร่อมตัวต้านทาน
- ตรวจสอบความต้านทานอุดมคติและที่แนะนำ กระแสเบสที่ต้องการและที่ประมาณได้ อัตราขยายแบบบังคับที่ได้จริง และกำลังสูญเสีย เปรียบเทียบกระแสเบสที่ประมาณได้กับกระแสที่วงจรขับสามารถจ่ายหรือรับได้ แล้วตรวจสอบข้อมูลจำเพาะของทรานซิสเตอร์และตัวต้านทาน
การตั้งค่าและข้อจำกัด
- อัตราขยายแบบบังคับและกระแสเบส
- กระแสเบสที่ต้องการคือ Ib = Ic / β โดยใช้อัตราขยายแบบบังคับที่คุณเลือก อัตราส่วนนี้เป็นสมมติฐานสำหรับการทำงานเป็นสวิตช์ ไม่ใช่ค่าที่อ่านจากอัตราขยายสัญญาณขนาดเล็กของทรานซิสเตอร์โดยอัตโนมัติ ใช้สมมติฐานแรงดันรอยต่อและเงื่อนไขการขับเบสที่เหมาะกับอุปกรณ์และโหลดจริง
- การเลือกตัวต้านทาน
- ความต้านทานอุดมคติคือ Rb = (Vdrive − VBE) / Ib เครื่องมือปัดลงเป็นค่ามาตรฐาน เพื่อให้กระแสเบสที่คำนวณได้ไม่น้อยกว่าที่ต้องการภายใต้สมมติฐานที่ป้อน อนุกรมที่มีค่าถี่ขึ้นอาจลดความต่างได้ ความต้านทานที่ต่ำลงยังเพิ่มกระแสวงจรขับและกำลังสูญเสียในตัวต้านทานด้วย
- การขับ PNP และกำลังสูญเสีย
- สำหรับการสวิตช์ PNP ให้ใช้ขนาดแรงดันที่วงจรขับดึงเบสลงต่ำกว่าอิมิตเตอร์ ไม่ใช่แรงดันของวงจรขับเทียบกับกราวด์ กำลังสูญเสียในตัวต้านทานคำนวณจากแรงดันตกคร่อมและกระแสเบสที่ได้จริง กำลังสูญเสียในทรานซิสเตอร์รวม VCE(sat) × Ic กับ VBE × Ib โดยไม่รวมการสูญเสียขณะสวิตช์
ตัวอย่างการใช้งาน
เลือก NPN ด้วยแรงดันขับ 5 V กระแสโหลด 100 mA, VBE = 0.7 V, VCE(sat) = 0.2 V อัตราขยายแบบบังคับ 10 และค่า E12 กระแสเบสที่ต้องการคือ 10 mA และตัวต้านทานเบสอุดมคติคือ 430 Ω
| Rb* | Rb (E12) | Ib* | Ib | PRb | PQ |
|---|---|---|---|---|---|
| 430 Ω | 390 Ω | 10 mA | 11.0256 mA | 47.4103 mW | 27.7179 mW |
ตัวต้านทานที่แนะนำคือ 390 Ω ให้กระแสเบสประมาณ 11.0256 mA และอัตราขยายแบบบังคับที่ได้จริง 9.06977 กำลังสูญเสียในตัวต้านทานประมาณ 47.4103 mW ส่วนกำลังสูญเสียในทรานซิสเตอร์ที่ประมาณได้คือ 27.7179 mW ตัวเลขเหล่านี้ใช้แรงดันรอยต่อที่สมมติ แทนการคาดการณ์แรงดันดังกล่าวของอุปกรณ์จริง
คำถามและการแก้ปัญหา
ทำไมที่นี่จึงปัดความต้านทานลง แต่เครื่องมือ LED ปัดขึ้น?
ในกรณีนี้ ค่าที่เลือกต้องจ่ายกระแสเบสในแบบจำลองไม่น้อยกว่าที่ต้องการ ตัวต้านทานที่ใหญ่ขึ้นจะลดกระแสนั้น ส่วนเครื่องมือ LED จำกัดกระแส LED ที่ประมาณได้ จึงเลือกค่ามาตรฐานเพื่อจุดประสงค์ต่างกัน
ใช้ตัวต้านทานนี้ต่อกับขาออกไมโครคอนโทรลเลอร์โดยตรงได้หรือไม่?
ตรวจสอบกระแสเบสที่คำนวณได้เทียบกับความสามารถในการจ่ายหรือรับกระแสของขาออก และแรงดันของขาออกขณะมีโหลด ตรวจสอบสภาวะการทำงานและกำลังสูญเสียของทรานซิสเตอร์ด้วย เครื่องคำนวณไม่มีแบบจำลองวงจรขับ จึงยืนยันไม่ได้ว่าแรงดันขับที่ป้อนยังมีให้ใช้งานอยู่
ทำไมจึงแสดงข้อผิดพลาดแรงดันเผื่อไม่เพียงพอ?
ขนาดแรงดันขับต้องมากกว่าค่า VBE ที่สมมติ มิฉะนั้นจะไม่เหลือแรงดันบวกคร่อมตัวต้านทานสำหรับกระแสเบสที่ต้องการ ตรวจสอบจุดอ้างอิงอิมิตเตอร์ ขั้ว และสมมติฐานแรงดัน อย่าชดเชยด้วยการป้อนความต้านทานเป็นลบ