¿Ayuda a comprender las consideraciones prácticas de los transistores?

¿Cómo decido las variables de temporización para la implementación de un circuito? Entiendo su aplicación específica, pero ¿cómo sé si debo elegir componentes con una demora relativamente baja o si puedo permitirme demoras altas? ¿Cómo cuantifico mis requisitos de demora? ¿Quizás empiezo con, digamos, cuál quiero que sea mi rendimiento en la salida del circuito, y trabajo hacia atrás hasta el nivel del transistor?

Dentro de la ingeniería eléctrica, hay muchas subdisciplinas. Algunos de estos pueden abordarse en las clases que toma, algunos de ellos solo tiene que aprenderlos usted mismo a través de la experiencia y/o el autoaprendizaje. Las respuestas a estas preguntas a menudo vienen con conocimientos específicos de la aplicación.

Por ejemplo, una de estas disciplinas es el acondicionamiento de señales analógicas. No todos los buenos EE están bien versados ​​en esto, y algunos son diseñadores analógicos expertos que saben las respuestas a todas sus preguntas cuando trabajan con BJT y amplificadores operacionales, pero no pueden responderlas fácilmente cuando se trata de circuitos digitales de alta velocidad. . La forma en que habla de retrasos parece implicar un contexto digital, pero si tiene demasiado cambio de fase (¡el cambio de fase es un tipo de retraso!) en el circuito de retroalimentación de un amplificador (mientras que la ganancia es> 1), el amplificador oscilar.

Una vez que obtenga un tipo específico de circuito para diseñar, también habrá literatura con "ejemplos de trabajo" disponibles. Mire la hoja de datos de cualquier fuente de alimentación conmutada, por ejemplo. Aquí hay una hoja de datos aleatoria para ver http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/8711f.pdf , tiene muchos circuitos de aplicación que le darán un punto de partida para seleccionar componentes y también consideraciones de diseño de PCB .

En relación con el tiempo, ¿cómo sé qué escala debo usar para mis transistores? Mi suposición es que es una combinación de espacio permitido, costo monetario y las tolerancias de demora necesarias para la aplicación. Eso parece un montón de cosas para hacer malabarismos. ¿Hay alguna regla para determinar esto?

Otro ejemplo. Siguiendo el tema de la fuente de alimentación conmutada, al seleccionar un MOSFET como interruptor para una fuente de alimentación, normalmente desea utilizar un MOSFET que se comercialice específicamente para este propósito, lo que reduce significativamente su búsqueda y lo ayuda en la búsqueda para determinar cuál de las decenas de parámetros que describen el transistor son relevantes para su aplicación.

Finalmente, ¿qué pasa con los efectos no ideales como la capacitancia de entrada? Parece que solo usaría esto como una guía para asegurarme de que mi frecuencia de reloj deseada no sufra una atenuación severa por efectos parásitos. ¿O estos efectos no ideales tienen un papel muy diferente en la elección de parámetros para el circuito?

Nuevamente, este conocimiento viene con la experiencia, hablar con personas más experimentadas que usted, leer hojas de datos, etc.

Para abordar específicamente la capacitancia parásita, aquí hay algunas cosas a considerar:

1. La capacitancia parásita ralentiza los tiempos de conmutación, lo que puede conducir a un aumento innecesario del uso de energía.

2. Cualquier pin de salida que esté impulsando la entrada con la capacitancia parásita debe poder proporcionar suficiente corriente para cargar la capacitancia lo suficientemente rápido. Es por eso que tenemos estas cosas llamadas "controladores de puerta". Porque un pequeño pin MCU GPIO no está equipado para manejar el trabajo de conducir la gran capacitancia de la puerta de un transistor de potencia. Consulte ¿Cuál es el propósito de los circuitos integrados del "controlador MOSFET" ?

3. Las capacitancias (parásitas o de otro tipo) pueden funcionar con inductancias (parásitas o de otro tipo) para hacer que sus interruptores de señal digital "suenen" o "sobrepasen", lo que es malo para la integridad de la señal e incluso puede dañar los componentes. Este tipo de problema a menudo se ve mejor en términos de líneas de transmisión y adaptación de impedancia en lugar de hablar de capacitancias e inductancias.

Bienvenido al mundo real de EE. Mucho de lo que hacemos es a partir de la experiencia basada en las sólidas enseñanzas teóricas.

Como sospecha en su primer punto, el trabajo número uno es precisar EXACTAMENTE lo que quiere que haga su circuito, incluidas las tolerancias que puede aceptar. Tener ese conocimiento a la mano le brinda la oportunidad de seleccionar las tecnologías apropiadas y diseñar sus circuitos para que se ajusten potencialmente a sus especificaciones.

Siempre que sea posible, use herramientas de simulación para verificar que los circuitos realmente hagan lo que espera y, en última instancia, construya prototipos y verifíquelo en la realidad. Cuando sea necesario, cambie o mejore su diseño según corresponda.

Cuando se trata de seleccionar partes particulares, de hecho puede haber muchas pelotas para hacer malabarismos. A veces es fácil, puede que solo haya una parte que haga el trabajo, otras veces las opciones son tan amplias que necesita encontrar una que funcione funcionalmente según sus requisitos y tenga un costo aceptable, etc.

En cuanto a las características más extremas. La cuestión aquí es reconocer cuándo te diriges al territorio de los dragones. Luego, dedique más tiempo a esas áreas y obtenga ayuda de un diseñador más experimentado.

Los retrasos dependen de usted para decidir qué es tolerable.

Esto puede ser segundos para un oscilador de disparo Schmitt CMOS de relajación a picosegundos para un controlador de puente complementario de alta velocidad o lógica de modo actual.

El diseño lógico debe evitar una condición de carrera de entradas de conmutación simultáneas que provoquen una condición metaestable o de falla, por lo que los retrasos mínimos/máximos en el peor de los casos son importantes.

Los retrasos en los controladores de alimentación complementarios deben evitar el cortocircuito de los rieles de suministro, por lo que el control del tiempo muerto es crítico con RdsOn muy bajo en FET o controladores IGBT o Rce bajo en BJT.

Sin embargo, en cada familia CMOS, el voltaje de puerta y RdsOn se controlan con mucho cuidado para limitar la corriente de drenaje de suministro durante la transición de salida, que va desde ~300 ohmios en 4xxx CMOS hasta ~25 ohmios en la serie 74ALCxxx para la impedancia del controlador. Una vez más, los dispositivos N y Pch están diseñados para ser emparejados y con salidas más simétricas.

La impedancia de salida de los drivers anteriores se puede utilizar para estimar los tiempos de subida de las cargas capacitivas ya que son dispositivos lineales durante el intervalo de transición utilizando valores RC para valores asintóticos afectados por la carga C en cables, trazas o cargas definidas. con valores de pF/m, etc.