В современном цифровом мире микроконтроллерам часто требуется выполнять какие-то действия в физическом мире людей с помощью различных механических, оптических, акустических и других внешних устройств. Транзисторы призваны согласовать микроконтроллер с исполнительными устройствами. В статье рассмотрим применение биполярных транзисторов в ключевых режимах.
Биполярный транзистор является по сути токовым прибором, током управляется и током управляет. По типу проводимости биполярные транзисторы бывают pnp и npn типа.
Наиболее часто используется схема включения с общим эмиттером. В этой схеме управление подается на базу через токоограничивающий резистор относительно эмиттера. Нагрузка подключается в цепь коллектора.
Схема управления светодиодом с рабочим током 50 мА
Светодиодом с рабочим током 50 мА нельзя управлять непосредственно от микроконтроллера, так как допустимый выходной ток с ножки обычно ограничен значением 10 мА – 20 мА.
Например, нам нужно включать/выключать инфракрасный светодиод BL-L513IRBC которым мы планируем управлять кондиционером.
Резистор R1 задает ток базы транзистора при включении и при выключении. Транзистор BC847C довольно маломощный и при токе 50 мА на коллекторе в режиме насыщения будет падать около 200 мВ. Падение на светодиоде составит 2.0 В. Резистор R2 нужно выбрать таким, чтобы ток через светодиод был равен 50 мА. При питании 12 В, и суммарном падении напряжения на транзисторе и светодиоде 2.2 В на резисторе будет напряжение 9.8 В. Чтобы получить ток 50 мА сопротивление резистора R2 должно быть 196 Ом.
Если взять более мощный транзистор, например, BC817-25, то напряжение насыщения коллектора у него будет меньше, около 40 мВ при токе коллектора 50 мА, но у более мощных транзисторов, как правило, меньше коэффициент усиления.
При питании коллекторной цепи от 12 В мы можем соединить несколько светодиодов последовательно и управлять ими одновременно (например, чтобы увеличить дальность работы нашего пульта управления) соответственным образом пересчитав токоограничивающий резистор R2.
Как выбрать резистор в базе транзистора? Транзистор BC847C имеет коэффициент передачи по току hFE = 400 – 800. В линейном режиме это будет означать что ток базы (управляющий ток) во столько раз меньше тока коллектора (управляемый ток). Так как схема у нас работает в ключевом режиме, то ток базы необходимо установить больше. Чем больше ток базы, тем быстрей транзистор включится. Коэффициент во сколько раз ток базы превышает минимальный называется коэффициентом насыщения. Минимальный ток базы (с коэффициентом насыщения единица) который полностью откроет транзистор будет 50 мА / 400 = 0.125 мА. Так как характеристики транзистора меняются со временем, при изменении температуры, при изменении тока коллектора, от партии к партии, у разных производителей, правильным решением будет задавать коэффициент насыщения больше единицы, иначе может возникнуть ситуация при которой транзистор будет открываться не полностью и схема будет работать при этом не верно. Верхнее значение тока базы ограничено либо максимальным током базы по документации на транзистор, либо максимально допустимым током который может выдать выход микроконтроллера. Пусть максимальный ток базы у нас будет 10 мА.
Рассчитаем базовый резистор для схемы на рисунке 1. Напряжение на базе при насыщении принято считать 0.7 В. При питании микроконтроллера 3.3 В на базовом резисторе будет напряжение 2.6 В. Минимальный базовый ток 0.125 мА будет обеспечен сопротивлением 20800 Ом. Максимальный базовый ток 10 мА будет обеспечен сопротивлением 260 Ом. В данном случае у нас довольно широкий диапазон выбора сопротивления, можем взять 1 кОм.
Рассмотрим схему с другой нагрузкой
Нам нужно включать мотор с рабочим током 0.7 А. Для включения нам потребуется более мощный транзистор. Возьмем транзистор SS8050 с максимально допустимым током коллектора 1.5 А. У этого транзистора минимальный коэффициент передачи тока 120. При токе коллектора 0.7 А, нам необходимо обеспечить минимальный ток базы 5.8 мА. С учетом того что необходимо реализовать коэффициент насыщения больше единицы, у нас остается рабочий вариант для тока базы 10 мА. При заданном токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения базы этого транзистора составит около 1.2 В (по документации на транзистор). Напряжение на базовом резисторе получится 2.1 В, Минимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.010 А = 210 Ом. Максимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.0058 А = 360 Ом. Если мы поставим базовый резистор больше 360 Ом, транзистор заведомо не будет открываться полностью и не обеспечит ток на выходе в 0.7 А.
При токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения коллектора составит около 0.2 В. Мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора составит около 0.14 Вт, транзистор при этом будет заметно теплым.
Дополнительно отмечу, что электродвигатель постоянного тока является индуктивной нагрузкой и параллельно ему обязательно нужно ставить защитный диод который защитит транзистор от ЭДС самоиндукции при выключении транзистора. Номинальный ток этого диода должен быть равен или больше рабочего тока индуктивной нагрузки. Рабочее напряжение диода должно быть больше напряжения питания нагрузки.
Нужно указать на важный момент. Чем больше ток базы, тем быстрей включится транзистор, тем больше коэффициент насыщения. Чем больше коэффициент насыщения, там медленней транзистор будет выключаться. Задержка выключения может достигать нескольких сотен наносекунд. На первый взгляд эта величина кажется слишком маленькой чтобы обращать на нее внимание. Фактически, если вы станете управлять током через нагрузку с помощью ШИМ, или постараетесь увеличить скорость передачи данных через инфракрасный канал, вы увидите что задержка выключения транзистора будет очень сильно искажать сигнал.
Например, возьмем ШИМ частотой 20 кГц с разрешением 8 бит. Период ШИМ-а будет 50 микросекунд, разрешение одного шага составит около 200 наносекунд. Задержка выключения транзистора на 400 наносекунд поглотит разрешение двух младших бит и оставит от разрешения 8 бит всего 6 бит динамического диапазона.
Для увеличения скорости выключения транзистора есть способы которые мы рассмотрим позже.
Рассмотрим еще одну схему, которая обладает рядом интересных свойств
Эта схема также с общим эмиттером. В ней отсутствует резистор в цепи базы, и ток базы задается сопротивлением резистора в цепи эмиттера. Через этот резистор течет ток базы и ток коллектора (ток управления и ток нагрузки). Получается отрицательная обратная связь: при увеличении тока нагрузки, будет увеличиваться ток через эмиттерный резистор и при этом будет увеличиваться падение напряжения на эмиттерном резисторе. Так как напряжение на базе у нас фиксированное, 3.3 В, то при увеличении напряжения на эмиттерном резисторе напряжение на эмиттерном переходе транзистора будет уменьшаться, при этом будет уменьшаться ток базы и транзистор будет закрываться. Таким образом, будет стабилизироваться эмиттерный ток транзистора. Так как базовый ток в коэффициент усиления раз меньше коллекторного, то его влияние на напряжение эмиттерного резистора незначительное и, при первом приближении, его можно не учитывать при расчете и считать что ток эмиттера приблизительно равен току коллектора .
Сопротивление эмиттерного резистора рассчитать довольно просто. При управляющем напряжении 3.3 В, и падении на эмиттерном переходе 0.7 В напряжение на эмиттерном резисторе получается 2.6 В. При целевом токе в нагрузке 50 мА, сопротивление эмиттерного резистора должно быть около 52 Ом.
Эта схема позволяет стабилизировать ток нагрузки, то есть, при изменении напряжения питания нагрузки (или при изменении сопротивления нагрузки) ток через нагрузку останется постоянным. Мы можем поставить один светодиод, два или три при этом эмиттерный резистор менять не придется и ток через светодиоды будет один и тот же. При этом нужно отметить, что в этой схеме избыточное напряжение падает на транзисторе и нужно учитывать мощность рассеиваемую на транзисторе.
Транзистор в этой схеме работает в линейном режиме и не входит в насыщение. Это позволяет транзистору быстро открываться и быстро закрываться.
В этой схеме только один резистор вместо двух, что так же может иметь важное значение в практическом применении.
Важно чтобы напряжение управления базы было стабильным, так как оно является опорным для стабилизации тока.
Для питания коллекторной цепи этой схемы требуется напряжение большее чем напряжение управляющего сигнала.
Способы сократить время выключения транзистора
Если у нас стоит базовый резистор и мы управляем транзистором от вывода микроконтроллера с питанием 3.3 В, то получается что мы включаем транзистор током с 3.3 В , а выключаем транзистор током через тот же резистор, но током с напряжения 0.7 В, то есть ток базы на выключение транзистора получится меньше.
Это одна из причин почему выключается транзистор медленней. Для увеличения скорости выключения транзистора мы можем применить такую схему.
В схеме на рисунке 5, при выключении, когда выходной сигнал с микроконтроллера становится равным 0 В, получается что оба резистора 300 Ом и 200 Ом соединяются параллельно и суммарное сопротивление становится меньше, что приводит к увеличению тока базы транзистора при выключении. Это увеличивает скорость выключения транзистора.
Еще один способ увеличить скорость выключения транзистора, это сократить глубину насыщения транзистора при включении. Диод подключенный от базы на коллектор уменьшит глубину насыщения. Вначале включения на коллекторе высокое напряжение, диод закрыт и весь ток базового резистора течет через эмиттерный переход транзистора. Когда напряжение на коллекторе станет ниже напряжения базы, этот диод начнет шунтировать эмиттерный переход и часть тока базового резистора потечет через диод при этом ток через эмиттерный переход уменьшится и это сократит глубину насыщения транзистора.
Каскад увеличения выходного тока на биполярных транзисторах.
Эта схема позволяет увеличить ток на выходе. Это полумостовая схема. В ней используется два транзистора различной проводимости, комплементарная пара транзисторов. Оба транзистора, и верхний и нижний, в этой схеме включены по схеме с общим коллектором. Включение с общим коллектором обладает такой особенностью, что выходное напряжение не может быть больше входного напряжения, при этом происходит усиление тока.
При построении полумоста на полевых транзисторах нужно особым образом проектировать схему управления, и если оба транзистора управлять от одного сигнала, то в момент переключения будет течь сквозной ток с питания на землю, так как один транзистор уже включился, а другой еще не успел выключиться.
Сквозной ток плох тем, что он будет увеличивать потребление, сквозной ток будет создавать мощную помеху и может вывести транзисторы из строя. Для устранения этого для управления полумостом полевых транзисторов используют два сигнала, на один транзистор подается сигнал отключения, затем пауза на время отключения транзистора (мертвое время, deadtime), затем подается сигнал на включение второго транзистора. Такой способ заметно усложняет схему управления и требует два различных сигнала управления. Полумостовая схема на биполярных транзисторах включенных с общим эмиттером тоже требует мертвое время при переключении для исключения сквозного тока.
Схема изображенная на рисунке 7 с биполярными транзисторами включенными по схеме с общим коллектором лишена такого недостатка, и полумост может управляться одним сигналом. То есть сквозной ток через оба транзистора при переключении в схеме на рисунке 7 отсутствует.
Дополнительным достоинством этой схемы, является отсутствие резисторов.
Так же, транзисторы в этой схеме работают без насыщения, то есть максимально быстро включаются и отключаются, что позволяет применять эту схему как усилитель ШИМ.
Недостатком этой схемы является падение на транзисторах. На примере нижнего транзистора. Когда мы переводим сигнал управления на базе с 3.3 В на 0 В, нижний транзистор начинает включаться. При этом напряжение на эмиттере транзистора не может стать равным нулю, так как в этом случае через эмиттерный переход будет отсутствовать ток открывающий транзистор. Таким образом минимальное напряжение на выходе этого каскада составит около 0.7 В. Аналогичная ситуация и с верхним транзистором, максимальное напряжение на выходе каскада не может быть больше чем напряжение питания минус 0.7 В.
Как можно использовать каскад усиления тока
Если взять два таких полумоста с питанием равным напряжению питания микроконтроллера, сделать сигнал ШИМ и его инверсию (либо отдельным инвертором, либо конфигурацией выходов в микроконтроллере) и подать каждый сигнал на свой полумост, то получится довольно мощный усилитель, например для генерации звука.
При питании усилителя от 3.3 В Размах напряжения на выходе составит 3.3 В — 2 * 0.7 В = 1.9 В. При использовании динамической головки сопротивлением 4 Ом ток через нее составит около 0.4 А и максимальная мощность на нагрузке получится чуть больше половины Ватта. Что довольно таки хорошо для такого простейшего усилителя ШИМ. Питание этой схемы усилителя нужно качественно фильтровать, так как любое изменение напряжения питания будет отражаться на изменении тока через нагрузку.
При применении микроконтроллера с питанием 5 В так же можно увеличить напряжение питания усилителя до 5 В, при этом выходная мощность на нагрузке сопротивлением 4 Ом получится около 3 Вт. При этом нужно взять транзисторы с большим допустимым током коллектора, например комплементарную пару SS8550 (pnp) и SS8050 (npn), они допускают ток коллектора до 1.5 А, транзисторы придется дополнительно охлаждать.
Эту же схему можно использовать для управления коллекторными моторами с применением ШИМ. Схема позволяет менять направление вращения электромотора. При использовании более высокого напряжения питания этого усилителя тока требуется также увеличить напряжение управляющего сигнала.
Для приведения уровня управляющего сигнала с 3.3 В до 15 В применен транзистор.
В этой схеме для управления каждым полумостом используется логическая микросхема 4069 (CD4069UB). В этой микросхеме шесть логических инверторов, питание микросхемы может осуществляться от 3 В до 18 В. Для управления мостом необходимо подать питание на эту микросхему от того же напряжения питания что и мост. Эта же микросхема используется для формирования инверсного сигнала для второго полумоста. Для того чтобы на нагрузку можно было подать максимальное напряжение 12 В с учетом падения на транзисторах, увеличено напряжение питания моста до 15 В. В этой схеме реализован режим управления током нагрузки fast decay. Для реализации режима slow decay потребуется отдельное управление для каждого полумоста.
Для упрощения понимания в статье рассматриваются только основные параметры, и характеристики реальных каскадов будут несколько отличаться. Все схемы приведенные в статье промоделированы в LTspice
Раз вы дочитали до этого момента – значит статья вас заинтересовала. Поддержите автора донатом!
Комментарии (77)
johnfound
12.11.2021 23:06+4Биполярный транзистор является по сути токовым прибором, током управляется и током управляет.
Хоть это и популярное упрощение для совсем начинающих, но по сути это утверждение не верно. Ток коллектора у биполярного транзистора зависит от напряжения база-эмиттер.
Так что, используя представления о транзисторе как усилителя тока, не надо забывать как обстоят дела на самом деле. Это поможет не наступить на некоторые грабли. ;)
SergeyMax
13.11.2021 01:50+5Ток коллектора зависит от напряжения базы сильно нелинейно. А от тока базы - гораздо более линейно. Поэтому автор более прав, чем вы.
johnfound
13.11.2021 02:18+5С каких пор линейность стала критерий правильности??? Ток базы следствие. А причина, напряжение БЭ.
AndriAnoBoTS
13.11.2021 09:18+1А вы знаете про такой параметр β как одну из характеристик биполярного тразистора?
johnfound
13.11.2021 12:49+3Параметр β вторичен и введен для удобства некоторых расчетов «на коленке». Он меняется сильно и в зависимости от режима работы и с температуры и просто так от экземпляра к экземпляру. И вообще, больше используется h21e (что не совсем то же самое как β) и только в линеаризованных моделей малых сигналов. А линеаризованные модели строятся от уравнениях которых я привел выше и где никакой β нет.
Den4558
14.11.2021 16:58+3при всем уважении - не лезьте в дебри. Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ), называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α = 0,9—0,999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α/(1 − α), от 10 до 1000. Таким образом, малый ток базы управляет значительно бо́льшим током коллектора.
SergeyMax
13.11.2021 10:19+3Напряжение - это тоже не причина. Причина - тепловая энергия газа/нефти/атома. Поэтому исходя из вашей логики, максимально правильно ток коллектора ставить в зависимость от джоулей))
nixtonixto
13.11.2021 14:54+2Ток базы следствие. А причина, напряжение БЭ.
Заблуждение. Напряжение база-эмиттер не имеет вообще никакого значения и изменяется при изменении температуры на 2 мВ на каждый градус. НО если при этом ток базы поддерживается стабильным, то и ток коллектора будет почти неизменным, потому что h21э зависит и от температуры. Биполярные транзисторы, как светодиоды и все остальные диодные приборы в прямом смещении, управляются током.
da-nie
13.11.2021 16:03+4Хоровиц обманул? (см. со слов «Следует запомнить...»). И это правильно. Приложенное напряжение управляет инжекцией носителей из эмиттера в коллектор (попутно часть из них перехватывается базой и формирует базовый ток). Уравнение Эберса-Молла как раз и описывает этот процесс с учётом температуры.
nixtonixto
13.11.2021 16:59Уравнения Эберса — Молла являются упрощённой математической моделью транзистора (и вообще любого p-n перехода) и служат основой для анализа его статических режимов, а также для построения статических вольт-амперных характеристик. Но они не превращают биполярный транзистор в полевой, который управляется напряжением. Вы рискуете сжечь биполярный транзистор, если будете подавать ему в базу напряжение без ограничения тока.
Модель Эберса — Молла построена на интерпретации работы транзистора как прибора на взаимодействующих p-n-переходах и основывается на уравнениях ВАХ диода.
При разработке модели были приняты следующие упрощения:
1. Модель одномерна.
2. Площадь поперечного сечения транзистора постоянна в любом месте.
3. Концентрация примесей считается постоянной в каждой области, и поэтому p-n-переходы являются резкими.
4. Уровень инжекции является низким.
5. Процессы генерации и рекомбинации носителей заряда происходят только в нейтральных областях p- и n-слоев.
6. Толщина области базы постоянна.
7. Толщина базы мала по сравнению с диффузионной длиной неосновных носителей заряда.
8. Электрические поля в областях транзистора пренебрежимо малы.
9. Протяженность коллекторной и эмиттерной областей значительно больше, чем диффузионная длина неосновных носителей заряда в этих областях.
10. Токи Ie, Ib и Ik — обычные токи, поступающие на выводы транзистора.da-nie
13.11.2021 17:14+2Все уравнения лишь модели.
Но они не превращают биполярный транзистор в полевой, который управляется напряжением.
И тем не менее, в биполярном транзисторе первично именно напряжение база-эмиттер. Именно из-за него и происходит «проскок» носителей в коллектор (со всеми зависимостями от температуры).Вы рискуете сжечь биполярный транзистор, если будете подавать ему в базу напряжение без ограничения тока.
Так сожжёт-то транзистор не напряжение, а превышение тока базы, вызванное этим напряжением. Ток коллектора, кстати, при этом может вообще быть ноль — коллектор можно не подключать вовсе (т.е. от тока базы он не зависит вообще в данном случае).
johnfound
13.11.2021 17:17+3Вы рискуете сжечь биполярный транзистор, если будете подавать ему в базу напряжение без ограничения тока.
Поймите, ток и напряжение, это по сути проявления одной и той же сущности. Вы точно так же можете сжечь транзистора и если подавать ему тока, хоть сто раз ограниченный – дело не в ограничениях, а в количестве.
Я понимаю, что все это нужно сначала понять и потом осознать. Поэтому и написал, что для совсем начинающих (а это в эпохе микроконтроллеров, практически 99% электронщиков) представление о транзисторе как о токового усилителя хорошее приближение. Но если хотим (а мы хотим?) стать более продвинутым, то надо держать в уме, что это просто удобное представление, а суть несколько другая.
p07a1330
14.11.2021 18:40+1ток и напряжение, это по сути проявления одной и той же сущности
Не совсем. Самый тривиальный пример - заряженный конденсатор. Напряжение есть, тока (если закрыть глаза на паразитный) - нет
johnfound
14.11.2021 22:28И??? То что существует ток без напряжении и напряжение без тока очевидно. И как это опровергает то что я написал???
unsignedchar
12.11.2021 23:11+1В схеме на рисунке 5, при выключении, когда выходной сигнал с микроконтроллера становится равным 0 В, получается что оба резистора 300 Ом и 200 Ом соединяются параллельно и суммарное сопротивление становится меньше, что приводит к увеличению тока базы транзистора при выключении
С другой стороны, в микроконтроллере сопротивление выходного каскада сколько ом?
amartology
13.11.2021 01:13+1Порядка единиц Ом обычно.
hw_store
13.11.2021 14:19А не подтянут ли сток выходного транзистора к плюсу питания через 4.7...10кОм? Во всяком случае, именно такое впечатление сложилось у меня при попытке взять сигнал ШИМ с разъёма процессорного кулера на мат.плате. В итоге вместо биполярного транзистора пришлось поставить триггер Шмитта (74LVC1G17)
amartology
14.11.2021 01:01GPIO микроконтроллеров в подавляющем большинстве случаев конфигурируемые. Вариант «open drain с подтяжкой» тоже можно сделать, но если вам нужно что-то драйвить, то его выбирать не стоит, а нужно сделать КМОП-драйвер с низкоомными ключами и на землю, и на питание.
hw_store
14.11.2021 01:43В нашем случае это был мультиконтроллер мат.платы - в одном случае ITE (M/B Gigabyte), в другом Nuvoton ( M/B Fujitsu), притом вели они себя по-разному. Как я понимаю, они препрограммируются до пайки на плату, поиск средств внутрисхемного программирования не производился (слишком жирно для такого проекта)
Mike-M
14.11.2021 02:49+1У микроконтроллеров ATmega сопротивление выходного каскада составляет около 20 Ом, судя по документации на Transistor Tester (Chapter 5).
latonita
13.11.2021 01:51+7Спасибо, статья хорошая. Но, если говорить по применение в режиме ключа.. .. Не поймите меня неправильно, но для цифровых схем, а уж тем более для тех, что живут на батарейном питании, я предпочёл перейти на полевики. Как-то все намного проще) И не нужны никакие резисторы и на порядок меньше потребление. Ну и благо полевиков море, и с логическим уровнем, если вдруг надо. Да и драйверов много, если опять же вдруг надо ускориться) .
masai
13.11.2021 04:33+5Всё равно нужен резистор, чтоб паразитную ёмкость затвор-подложка разряжать. А чтоб это делать быстро, можно ещё пару транзисторов поставить (а лучше драйвер). :)
Я когда-то в бложике про это писал, может кому-то пригодится.
latonita
13.11.2021 10:55+2Ну про отсутствие резисторов, это я, конечно, загнул) все равно надо подтягивать гейт либо вверх либо вниз, но особо рассчитывать ничего не надо)
iliar
13.11.2021 13:31+2Большинство выходов МК могут быть настроены для работы в режиме пуш-пул. Никакой дополнительный подтягикующий резистор им не нужен. Единственный резистор который нужен это токоограничивающий, чтобы ток заряда/разряда затвора не превышал рекомендуемый ток для порта МК.
По поводу драйвера. Для работы с маленькими транзисторами драйвер не нужен. Драйвер нужен только для могучих транзисторов с большой ёмкостью и напряжением затвора. Однако мощный полевой транзистор МК в одиночку тоже не раскачает. Так что...
hw_store
13.11.2021 15:56Более того, даже через BC847 не очень раскачает. На частоте порядка 10кГц фронты получаются слишком пологие. Через LVC-элемент нормально получается.
katzen
13.11.2021 17:11+5Никакой дополнительный подтягикующий резистор им не нужен.
Для момента подачи напряжения на схему, когда выходы микроконтроллера не сконфигурированы и выходные ключи находятся в непредсказуемом состоянии, ваше утверждение неверно. Собственно, в любом устройстве промавтоматики вы обнаружите либо подтягивающие резисторы, либо логические транзисторы, у которых эти резисторы уже внутри корпуса.
Mike-M
14.11.2021 03:05мощный полевой транзистор МК в одиночку тоже не раскачает.
При 100 Гц — легко: МК ATmega16, полевик 2SK2545, нагрузка 60W, 220V.amartology
14.11.2021 12:06У вас там в устройстве гальванической развязки от сети 220 В нет, так что его можно сразу с производства на свалку выкидывать, из соображений безопасности.
Что же касается конкретно управления транзисторами от микроконтроллера, да ещё и через 10 кОм последовательного резистора — попробуйте посчитать дополнительные потери из-за больших времён включений и выключений транзисторов, и все сразу встанет на свои места. Драйверы не просто так были придуманы.Mike-M
14.11.2021 21:42+1Автор поста однозначно утверждает, что управлять мощным полевиком напрямую от МК нельзя. Я на конкретном примере показал, что в некоторых случаях можно.
Остальное — оффтопик. Но один раз я всё же отвечу. Если есть желание продолжить дискуссию, добро пожаловать в ЛК.
Что касается потерь и прочего, попробуйте сначала прочитать обоснование. Высоокомные резисторы в цепи затвора не просто так были придуманы )
Число промышленных изделий бытового назначения без гальванической развязки исчисляется миллионами по всему миру. И выбрасывать их на свалку не торопятся, в т.ч. по соображениям безопасности.
Для справки: схема, которая вам так не понравилась, работает в режиме 24х7х365 с 2008 года по сей день без единого сбоя.amartology
14.11.2021 21:57+1Я на конкретном примере показал, что в некоторых случаях можно.
Не показали, что можно. Показали плохую практику дизайна.Для справки: схема, которая вам так не понравилась, работает в режиме 24х7х365 с 2008 года по сей день без единого сбоя.
На скольких сотнях тысяч экземпляров собирается статистика бессбойной работы?Mike-M
18.11.2021 23:20+2Не показали, что можно. Показали плохую практику дизайна.
После длительного обсуждения в ЛК мы сошлись на том, что для ответственных применений такая практика дизайна действительно не подходит.
Однако для бытовых изделий данная практика допустима, если соблюдены следующие условия:
1) Учтены замечания в описании схемы (см. ссылку выше).
2) На выходы микроконтроллера установлены суппрессоры с напряжением ограничения 6 В.На скольких сотнях тысяч экземпляров собирается статистика бессбойной работы?
Никому не известно, сколько устройств было собрано по данной схеме или с применением данной практики дизайна.
Но одно могу утверждать совершенно точно: как минимум один экземпляр имеет бессбойную наработку более 100 000 часов.
Хотя по ходу обсуждения в некоторых моментах мы друг с другом не согласились, я благодарю amartology за проявленное терпение и конструктивный диалог.
Gordon01
13.11.2021 11:45+2Соглашусь. Полевики управляются напряжением, а не током и схемы потребляют только в момент переключения.
Там, где батарейное питание выбора нет.
А резисторы можно не ставить. Если транзистором управляет микроконтроллер и питание потребителя и микроконтроллера общее — микроконтроллер всегда своим низкоомным выходом будет устанавливать логическое состояние. При работе на батарейках лишнее сопротивление (даже 1 мегаом) — лишнее потребление и сокращение срока службы на месяцы.
akhkmed
13.11.2021 07:56+1Спасибо за статью. Две последние схемы простые и надёжные, но будет уходить в тепло 2*Ube от и без того небольшого напряжения питания. Вот бы кто подсказал, как их модифицировать чтобы: и тока базы хватало, и чтобы открывать транзисторы полностью (не тратить Ube), и чтобы не тратить лишний ток базы если нагрузка сейчас отключена (мотор на холостую).
nixtonixto
13.11.2021 09:11+1Поставить пары полевиков с общим истоком, затворы можно соединить вместе, если питание не выше 12 В, или использовать высоковольтные драйверы полумоста. На биполярных выполнить все ваши хотелки невозможно.
В последней схеме последовательно с С1 надо добавить резистор на десятки Ом, чтобы снизить добротность LC-контура.akhkmed
13.11.2021 13:59+1Ну как невозможно. Вот в недорогих БП полумост кормят током через трансформатор. И включение нагрузки через отвод в его вторичной обмотке (см. T2.2) даёт больше тока на базы при большем токе нагрузки.
http://radio-hobby.org/uploads/schemes/pc/jnc_200-atx.gif
И схема ниже показывает, что не всё так безнадёжно.
nixtonixto
13.11.2021 14:43В АТХ не полумост, а двухтактный прямоходовый преобразователь, мотор через такой не запитать, хотя бы потому, что через развязывающий трансформатор не пройдёт постоянный ток.
akhkmed
13.11.2021 18:21+1Мы точно говорим об одной и той же схеме говорим? Если по ссылке не полумост, то как должен выглядеть полумост? Проблемы с постоянкой понятны, для неё не годятся трансформаторы, нужно что-то другое.
nixtonixto
13.11.2021 18:35Извиняюсь — там полумост, подумал совсем про другую схему. От проблемы больших управляющих токов при отсутствии нагрузки можно уйти, только перейдя на каскад с общим коллектором, но тогда вылезет падение напряжения на p-n переходе…
nixtonixto
13.11.2021 09:06+6Возьмем транзистор SS8050 с максимально допустимым током коллектора 1.5 А. У этого транзистора минимальный коэффициент передачи тока 120. При токе коллектора 0.7 А, нам необходимо обеспечить минимальный ток базы 5.8 мА.
Автор забыл, что h21э зависит от тока коллектора, и при 700 мА у этого транзистора может снижаться до 40. Поэтому ток базы должен быть от 35 мА, а в документации вообще рекомендуют 80 мА для выходных 800 мА.
И в статье не хватает описания каскада с общей базой, который в цифровой технике используется для двунаправленного согласования уровней сигналов, например, 3,3 В контроллера и 5 В периферии.
12val12
13.11.2021 10:08+3
Вот еще прикольная схема.. когда не было досупа к микрохемам могла быть полезной
делитель можно заменить на более высокоомный с комплиментарным повторителем но тогда уже 6 штук транзисторов
redsh0927
13.11.2021 11:35+1Не сказано откуда взяты сопротивления 300 и 200 ом на рис.5… Базу лучше питать от делителя, посчитанного так, чтобы пороговое напряжение достигалось при половине «логической единицы» на входе (т.е. резисторы 2:1 для 5в-логики и 1:1 для 3.3в-логики). Ток базы я обычно беру из расчёта hfe/4.
Хак с диодом интересный…
PKav
13.11.2021 16:42Вообще не представляю зачем биполярный транзистор в цифровой электронике. Он создаёт кучу проблем и ни одной не решает. Единственное применение, которое я вижу - это совместно с ЦАП микроконтроллера. Но, опять же, если использовать полевой транзистор + ШИМ + сглаживающую индуктивность + сглаживающий конденсатор, то вполне реально получить близкий результат, но с более высоким КПД.
И, кстати, токоограничительный резистор затвора, зачастую, вообще не нужен. На небольших полевых транзисторах ёмкость затвора настолько мала, что ею можно пренебречь.
courser
14.11.2021 01:03+4Далеко не всегда доступны полевики на низкие затворные напряжения.
По поводу резистора в затворе - всегда ставлю на случай пробоя, для защиты от стокового напряжения.
jogick
14.11.2021 12:18+1ШИМ не даст такого чистого выхода как ЦАП, как ни старайся. Бывают ситуации когда это критично. Поэтому комплект ЦАП + Биполярник ещё долго будет актуален. По сути была схема 3 статьи с последовательным резистором в базе.
А вообще статья хорошая, для начинающих. Если бы молодые инженеры, последние курсы ВУЗов и выпускники, обладали хотя бы такими знаниями и представлениями - с ними можно было бы работать и давать какую-то работу. Надеюсь, что только мне везёт на таких "специалистов" и в других местах всё лучше.
PKav
14.11.2021 12:28Специалисты со знаниями требуют нормальных зарплат. Даже начинающие. Если инженеры видят вакансии с зарплатой ниже, чем у таксистов, то тут нечему удивляться.
jogick
14.11.2021 12:33По Вашему, сколько в Москве должен получать молодой специалист со знаниями
на уровне этой статьи?
VolodjaT
15.11.2021 17:03+1ну погуглите, например в соседней отрасли - айти,
Junior Javascript developer
Например, для Киева или Львова это будет в районе 1000 USD для младшего разработчика (примерно год опыта)
В Москве конечно же больше - там все дороже
Если будете меньше платить - понятно что никто способный не будет идти в отрасль - проще и надежнее перейти в веб разработку
katzen
13.11.2021 17:14Ток ИК-светодиода смело принят за максимально возможный по документации. Диод подогреется, напряжение спадёт немного и ток возрастёт. Всё, диоду кранты.
courser
14.11.2021 01:09Примерно нулевая вероятность такого развития событий. Слишком малый уход по току. Не дохнут СД от 10% перегруза. Хотя для мощных учитывать стоит.
katzen
16.11.2021 22:23-1Светодиоды дохнут не от процентов, а от перегрева. И очень-очень быстро. Где пролегает порог этого самого перегрева для каждого конкретного диода — знает только его кристалл и тот дядюшка Ляо, который писал даташит для него.
courser
17.11.2021 12:25От перегрева? Смеётесь что ли? Типичная макс. рабочая температура СД - от 85грС и выше. 10% перегруза по току даже 2 градуса добавки вряд ли даст.
jogick
14.11.2021 12:21Подросший ток прикроет транзистор, за счёт падения на эмиттером резисторе - ток уменьшится. Это при условии постоянного напряжения на базе.
katzen
16.11.2021 22:21-2Транзисторы для ключевого режима вводят в насыщение.
Это при условии постоянного напряжения на базе.
Транзистор — токовый прибор. О напряжении на базе можно говорить лишь как о следствии сочетания тока и температуры.
katzen
18.11.2021 15:13Меня умиляют молчаливые минусаторы хабра, которые не справились с чтением учебника по полупроводниковым приборам. Читаешь им практически со страницы прописную истину — ответить не могут, но анонимно поставить минус есть возможность. Прелестно, просто прелестно.
mx-yh Автор
14.11.2021 18:28Указано применение схемы как пульт управления, то есть ток импульсный. Импульсный ток у этого светодиода до 250 мА по документации. Это обычный режим работы такого светодиода в различных пультах управления
katzen
16.11.2021 22:24-1Тогда почему в расчёте применяется максимальный постоянный, а не импульсный ток? А?
katzen
18.11.2021 15:15-1Вы так и не ответили на буквально напрашивавшийся вопрос. Вам повторить вопрос или вы, поняв свою неправоту, не нашли сил на ответ?
Make_Pic
14.11.2021 12:24Статья - отвергаем все инженерные технические расчеты, не читаем Титце и Шенка, считаем по-дилетански.
jogick
14.11.2021 12:43+2Давайте честно, для большинства неответственных или не очень ответственных изделий этого вполне хватит.
Rainer
14.11.2021 19:40-1Давайте честно, статья была бы актуальна максимум лет 20 назад. Сейчас биполярные транзисторы для решения предложенных задач никто не использует.
jogick
14.11.2021 20:07+3А эти НИКТО в курсе? По-моему нет, и вполне используем.А ещё можете посмотреть на структурки многих широко используемых микросхем, там биполярников хватает и как раз в описанных применениях. Если можно в микросхемах, почему нельзя в дискретке?
putyavka
15.11.2021 18:19+3Хорошая статья, но рассчитана видимо на тех, кто почти "шарит в теме". Скажем:
...то получается что мы включаем транзистор током с 3.3 В , а выключаем транзистор током через тот же резистор, но током с напряжения 0.7 В, то есть ток базы на выключение транзистора получится меньше.
затем
Это одна из причин почему выключается транзистор медленней. Для увеличения скорости выключения транзистора мы можем применить такую схему
Я конечно извиняюсь, но мне, как неспециалисту, этот момент совсем не ясен. Что такое вообще "выключение током"? На сколько я знаю задержки сигнала обусловлены наличием реактивного сопротивления, т.е. присутствием в цепи ёмкости или индуктивности. Видимо тут виновата ёмкость P-N перехода транзистора, которая похожа на RC-цепочку... мне кажется это звучит понятнее. А так для меня лично это звучит как магия
redsh0927
16.11.2021 07:40+2Задержка вызвана зарядами, которые набились в базу транзистора и пока их не высосать обратно, транзистор не выключится…
gremsta
08.12.2021 00:16+1Вопрос немного чайниковский - в чем смысл в совеменной схемотехнике использовать биполярные транзисторы? В чем их преимущество перед полевыми?
amartology
08.12.2021 11:57+3Например, в том, что они более стойки к электростатике, что может быть полезно, если вы хоббиист-чайник и не очень аккуратны.
masai
09.12.2021 00:12По ссылке есть неплохая табличка со сравнением: https://www.eetimes.com/mosfet-or-bipolar-which-should-you-use/
Timnet
Отличная статья! Не являюсь специалистом в данной области, но хочу видеть такой материал как можно больше!
GospodinKolhoznik
Читайте Искусство Схемотехники Хоровица и Хилла. Там такого материала на 3 тома и как раз для не специалистов, а любителей.
user2010
И зачем вам это нужно? Это элементарные истины из учебника! Примитив для любого инженера или грамотного техника!
amartology
На Хабре полно любителей, для которых электроника — хобби. Им такие статьи вполне могут быть полезны