Aprendizaje de circuitos basados ​​en transistores

Debería poder ver inmediatamente desde la inspección (sin hacer ningún cálculo) que el transistor está saturado. En general, calcula que el voltaje CE de un transistor saturado es de 200 mV o menos, a menos que la corriente sea inusualmente grande, que en este caso obviamente no se debe al tamaño de R1 y R3. La respuesta para cualquier propósito real de ingeniería eléctrica es, por lo tanto, "200 mV o menos", lo que podemos ver inmediatamente en la inspección. Parte del diseño de buenos circuitos es asegurarse de que esta incertidumbre de 200 mV no importe. Si tu profesor quiere una respuesta más precisa, entonces está siendo académico y poco realista, y puedes decirle que yo lo dije.

Ahora hagamos los cálculos para respaldar lo que ya sabemos de la inspección que está sucediendo. Digamos que la caída de BE es de 700 mV, por lo que hay 9,3 V en R2, lo que significa que la corriente base es de 370 µA. R1, R3 y V1 forman una fuente Thevenin de 7,5 V y 5 kΩ. Eso significa que la corriente del colector no puede ser superior a 1,5 mA (CE drop 0 que no puede suceder, pero es útil para garantizar que no se exceda la corriente). (1,5 mA)/(370 µA) = 4, que es la ganancia necesaria para que el transistor se sature. Puede confiar fácilmente en que un 2N3904 tendrá una ganancia mucho mayor que con una corriente de colector de 1,5 mA. El transistor claramente está bien saturado, por lo que fue fácil de ver en la inspección sin tener que ejecutar los números.

Entonces, ahora la pregunta es cuál será la caída de CE para el transistor a una corriente de colector de 1.5 mA y bien saturado. Nuevamente, la respuesta básica de ingeniería eléctrica es "menos de 200 mV". Si necesita una respuesta más precisa, entonces están sucediendo dos cosas. Primero, la robustez del diseño general de su circuito es sospechosa si esto realmente importa.

En segundo lugar, tienes que mirar en la hoja de datos para ver qué detalles te dicen sobre este transistor en particular . Aquí es donde las cosas se ponen un poco complicadas, ya que existen varias variantes del 2N3904, y diferentes fabricantes lo especificarán de manera un poco diferente. Acabo de tomar la hoja de datos de Fairchild para usarla como ejemplo. No asumiría que este nivel de detalle se aplica a 2N3904 de otros fabricantes sin verificar. Esta es otra razón por la que es mejor si su circuito funciona con cualquier cosa en el rango de 0-200 mV. No tiene que preocuparse por qué variante de qué fabricante está utilizando, y la compra puede obtener el 2N3904 genérico más barato que puedan encontrar esa semana.

En la página 2, en realidad hay una especificación para el voltaje de saturación del colector-emisor , que es un máximo de 200 mV para I _C a 10 mA y 300 mV para I _C a 50 mA. Esto es típico de las hojas de datos en el sentido de que no le dicen explícitamente qué hará la pieza en todos los puntos operativos posibles. Sin embargo, dado que nuestra corriente de colector está muy por debajo de 10 mA, podemos contar con seguridad que la caída de CE será de 200 mV o menos. Tenga en cuenta que eso es lo que ya sabíamos de 3 segundos de inspección en primer lugar.

Con este nivel de información en la hoja de datos, "200 mV o menos" es en realidad la única respuesta correcta. Esto es todo lo que el fabricante promete que hará el transistor. Ahora sabemos que, casi con certeza, en nuestro caso particular, el voltaje CE será más bajo, pero la especificación del peor de los casos es de 200 mV. Reclamar algo más bajo es realmente incorrecto , y discutiría fuertemente con cualquiera que aceptara una respuesta más baja específica como correcta en un curso de ingeniería. La segunda suposición de que la hoja de datos es ingeniería irresponsable.

Entonces, si estuviera calificando la prueba, marcaría como incorrecta cualquier respuesta que diera un número específico por debajo de 200 mV. Incluso si construyó el circuito y midió la caída de CE en 89,3 mV, por ejemplo, todavía no lo aceptaría como una respuesta válida a la pregunta porque no se puede contar con variaciones de partes dentro de un lote, y a través de repuestos de varios fabricantes.

Esta es un área donde la teoría y la ingeniería difieren, y es algo que los estudiantes de ingeniería deben aprender. Si su profesor no está de acuerdo con esto, y esto es en un curso de ingeniería, entonces simplemente está equivocado y necesita salir al mundo real. Y sí, puedes (y debes) decirle que lo dije.

Esto no es un amplificador como tal. El transistor está actuando como un interruptor. Echemos un vistazo rápido a los números usando reglas generales. (Supongo que esos voltajes son de CC sin componente de CA)

10V - 0,6V (Vbe) = 9,4V en la base. Divida por 25k = 0,37 mA aproximadamente de corriente base. Si multiplicamos eso por (onda manual) una vida de 100, obtenemos 37 mA en el colector antes de que el transistor pierda la saturación.

Personalmente, voy por 10 veces eso, así que estoy seguro de que el transistor estará completamente saturado a 4 mA en el colector.

Entonces, sin hacer nada demasiado difícil como involucrar la carga de salida, imagine que el transistor está saturado. Eso significa que el colector está casi a 0V. Entonces 15V / 10k = 1.5mA. Eso está muy por debajo de 4 mA, por lo que la salida estará cerca de 0V. Por debajo de 0,2 de todos modos.