El transistor se satura sin importar el tamaño de la resistencia base

Problema

Tengo un circuito como se muestra a continuación, y después de calcular la resistencia base, quería ver cuándo la corriente base sería demasiado pequeña para saturar el transistor. Seguí aumentando la resistencia, pero incluso en 560 k donde la resistencia había disminuido la corriente a 7.8 m A , el transistor todavía se está saturando. ¿No debería haber un umbral de corriente base?

lo que estoy intentando

Lo que me gustaría poder hacer es encender y apagar un diodo desde un pin de arduino. La tensión de alimentación es de 5 voltios, la caída de tensión directa en el diodo es de 3,4 V y el transistor es un 2N3904.

De acuerdo con esta publicación de blog , debería poder encontrar la base actual por

I B = I C h F mi = 20 metro A 100 = 0.2 metro A
con mínimo h F mi = 100 de la hoja de datos

Y luego el valor de la resistencia base por

R B = V pag o r t − V B mi I B = 4.2 V − 0.7 V 0.2 metro A = 17.5 k Ω

Pero el tamaño de este valor de resistencia parece ser irrelevante.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

¿Cómo estás determinando que el transistor se está saturando?
Pongo el pin de arduino en alto y el LED se enciende
La saturación generalmente se define en una hoja de datos como el punto donde Vce <= 0.2V para su corriente de carga. Entonces use un DVM para determinar ese voltaje y encuentre el Rb en ​​el que resulta ser 0.2V. Como dicen las respuestas, eso es algo muy diferente de cuando el transistor está encendido lo suficiente como para encender el LED.
Lo siento, ¿un DVM?
Aparentemente, un transistor es un dispositivo controlado por voltaje. De: "¿ Cómo funciona un transistor? No, ¿cómo funcionan realmente? " amasci.com/amateur/transis.html
@ fuzzyhair2 Sí, esa vista tiene algo de mérito, pero no es un enfoque tan útil para cambiar circuitos.
DVM= voltímetro digital. Y el control de voltaje de los BJT, eso es si desea conocer la física detrás de ellos, levante el capó y aprenda cómo funcionan los BJT por dentro. Para la mayoría de las tareas de diseño, desea un modelo simplificado que oculte la física: cierre el capó, ignore las partes internas del motor y simplemente conduzca.

Respuestas (3)

La ganancia típica de un 2N3904 es 200-300 con un par de mA de corriente de colector (más a medida que se calienta debido a que no está saturado)

ingrese la descripción de la imagen aquí

Incluso con 560K, eso es medio mA más o menos, lo que dará mucha luz de un LED moderno, pero debería poder ver que no es tan brillante como cuando se usa una resistencia de 10K.

No use el hfe para este cálculo si quiere que el transistor esté saturado, use una beta forzada de algo así como 20 a 50, si el hfe típico es de 200 más o menos y el mínimo de 100 más o menos. Si usa, digamos 30, en su ecuación obtiene un valor de resistencia de 8.8K, por lo que podría usar 10K o 8.2K.

La razón es que probablemente no tendrá una vida útil garantizada para la corriente que está utilizando, y la vida útil disminuye a temperaturas extremas. Todavía solo está "desperdiciando" un pequeño porcentaje de la corriente del LED, por lo que no es gran cosa.

Para comprobarlo, tome un voltímetro y mida la Vce del transistor cuando esté encendido. Si es algo así como 50-100mV, está saturado.

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Hm. Mi respuesta podría ser completamente incorrecta y es posible que tenga una mala interpretación de la saturación. Pensé que un transistor estaba saturado cuando la configuración era tal que un aumento en la corriente base no tenía impacto en la corriente de salida. Es decir, ha saturado la entrada con corriente de alimentación, por así decirlo.
Gracias por tu elaborada respuesta. Entonces, estoy leyendo esto correctamente, ¿no hay una resistencia base "correcta" para elegir? Entonces, al diseñar esto, solo calculo Rc con una beta forzada, como sugirió, y luego encuentro un valor de resistencia para Rb que me dará el Ic correcto. ¿Y para asegurarme de que el transistor esté saturado, entonces mediría Vce?
@Attaque, eso es cierto si desea que el transistor se sature. Básicamente, está asumiendo que la ganancia es mucho menor de lo que realmente es. Usted diseña en torno a este valor de ganancia baja y, en última instancia, el valor de ganancia más alto real obligará al transistor a saturarse. El voltaje del colector al emisor es un derivado de la corriente a través del dispositivo, es decir, la resistencia en estado activo. 200mV o menos es un valor típico.
Ah bien. Medí alrededor de 100mV con las resistencias de 10k y 8k. Pero solo para asegurarme, quiero que el transistor se sature si lo estoy usando como interruptor, ¿verdad? ¿Ahí es cuando el transistor está completamente encendido?
Sí, quieres que esté bien saturado. Si estuviera haciendo prueba y error, diría que verifique que esté saturado con el doble de la resistencia que realmente usará (en condiciones normales de temperatura ambiente, no a -40 ° C).
Ahora que sacó el medidor, es posible que desee verificar la caída de voltaje en el LED y que la corriente sea la esperada (mida el voltaje directamente en la resistencia de 75 ohmios y use la ley de Ohm).
Estaba un poco inseguro acerca de esto. En primer lugar, no pude obtener la resistencia de 8.8k que sugirió. Si voy con el 30 hfe - ib = 20mA/30. Con la saturación Vbe de saturación más alta siendo 0.95 y el voltaje del pin 4.2 obtengo Rb = (4.2-0.95)/ib = 4875 Ohms. En este cálculo he tenido en cuenta la saturación máxima de Vbe y la ganancia mínima. ¿No dirías que esto es mejor que mi ensayo y error?
Funcionará bien con ~5K también. No sugerí 8.8K, ese fue el resultado del cálculo, sugerí valores de la serie E12 de 8.2K o 10K. El Vbe más alto tendrá lugar a la misma temperatura que la ganancia más baja, por lo que tiene sentido. Hay otro gran par de variables: el voltaje mínimo del LED (y el voltaje máximo de la fuente de alimentación).
Ah, sí, por supuesto, lo siento. El voltaje mínimo del LED es de 3 voltios y la fuente de alimentación es de 5v 3A (uno de estos ebay.co.uk/itm/… ). Ahora tengo una resistencia de 80 ohmios en serie con el LED, que me da 18,4 mAh a través del LED. El brillo es muy bueno. gracias por su ayuda

De su comentario, debo decir que el encendido del LED no indica saturación en esta configuración. La saturación del transistor se define como el caso en el que el aumento de la corriente de base no va seguido de un aumento adicional en la corriente del colector (es decir, la corriente del colector se ha saturado al máximo). En realidad, la saturación es un estado del transistor que se usa para caracterizar ciertas configuraciones, pero según mi experiencia, está implícito cuando hablas de la saturación actual. Más formalmente, la siguiente afirmación ya no es cierta

I C = I B β

Depende de su modelo particular de LED, pero algunos pueden funcionar con una corriente tan baja como 5 mA o menos y seguir emitiendo luz.

También tenga en cuenta que solo está asumiendo 100 como su coeficiente de ganancia para ese transistor. Ha citado que de la hoja de datos 100 aparece como el mínimo. Como tal, es muy probable que la ganancia sea mucho mayor que eso.

Ic = Ib/beta nunca es cierto.
@EMFields, tienes razón. Mi error.

Lo más obvio que está haciendo mal es usar el mínimo h[sub]fe[/sub] en sus cálculos. Es decir, a partir de un valor dado de la resistencia base R, encuentra la corriente del LED I resolviendo I = h[sub]fe[/sub] x (V[sub]out[/sub] - V[sub]B [/sub])/R, ¿verdad? Entonces, usar el mínimo h[sub]fe[/sub] solo le indica el mínimo que producirá su resistencia.

De la hoja de datos, la máxima h[sub]fe[/sub] de un 3904 es 300. El uso de su propia ecuación para una resistencia base sugiere una corriente de LED de 2 mA, que sin duda es suficiente para encender el LED.

La segunda cosa más obvia que está haciendo mal es en realidad más grave: parece que no sabe lo que significa "saturación". Mira el segundo gráfico en la respuesta de Spehro. Notará que los voltajes del colector involucrados son muy bajos, menos de 0,15 voltios. De acuerdo, los números particulares involucrados dependen exactamente de qué transistor está usando y exactamente qué corriente le interesa, pero su gráfico es obviamente apropiado para sus preocupaciones.

Una vez que comprenda lo que significan las saturaciones, el gráfico debería sugerir una prueba muy rápida para determinar si su transistor realmente está saturado: cortocircuite y vea qué sucede con el brillo del LED. Si el 2N3904 realmente está saturado, tendrá un voltaje de alrededor de 0,1 voltios y el voltaje a través del LED/resistencia de límite será de alrededor de 4,9 voltios. Cortar el transistor aumentará esto a 5 voltios, con un aumento muy pequeño en la corriente (y por lo tanto un aumento muy pequeño en el brillo del LED). En su caso, verá un gran aumento en el brillo, y esto le indicará que el transistor no estaba realmente saturado; solo estaba produciendo una pequeña cantidad de luz a partir de la corriente apropiadamente pequeña producida por la resistencia base que eligió.

Sin embargo, antes de hacer esto, debe abordar el tercer (posiblemente) problema obvio con su configuración: su resistencia LED. Supongamos, por el momento, que su LED tiene un voltaje directo de 2,5 voltios. Luego, con 5 voltios en la combinación de LED/resistencia, habrá 2,5 voltios en la resistencia. Esto producirá una corriente de 33 mA. Esto no es un asesino en sí mismo, pero usted dijo que esperaba 20 mA. A menos que esté utilizando un LED con un voltaje directo de 3,5 voltios. Esto es ciertamente posible, y ocurre con verdes y azules superbrillantes, pero pensé que notarías la reducción del brillo de tu LED. Si realmente está utilizando un LED con una caída de 3,5 voltios, ignore este comentario.

El transistor se satura sin importar el tamaño de la resistencia base
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