Transistor de medición beta (hFE): se necesita una explicación de las anomalías de Ib

He estado luchando con los detalles de la construcción precisa ( ± 1 % tolerancia máxima) metro beta. La idea más simple que se me ocurrió fue a un diagrama como se muestra a continuación, con R establecido en un valor que proporciona un 0.01   metro A corriente y un medidor digital ICL7107 puesto a medida I C . Obviamente, con I B ajustado a un valor constante, I C podría transponerse fácilmente como un medidor beta...

PERO

Después de construir este circuito simple en un simulador, me di cuenta de que el verdadero I B cambia un poco en función de la beta dada, con aproximadamente 10 % diferencia entre β → 0 y β → ∞ ; Proporcioné betas de casos de prueba reales a continuación ( β = 10 para un transistor de baja corriente y β = 1 METRO para un par Darlington de alta corriente, la diferencia a continuación es de aproximadamente 8 % ). Por supuesto, podría decir que este cambio es lo suficientemente pequeño como para ignorarlo; lamentablemente, no lo es (al menos no en mi caso).

  • ¿Cuál es el origen de esta diferencia?
  • ¿Los transistores reales se comportan de manera similar (posiblemente al recordar los resultados de las pruebas reales)?

Y sí, llego a la conclusión de que en este caso V C C + R no se puede tratar como una fuente de corriente de base estable. Y soy consciente de que V d r o pag en R cambia con β , y eso V B mi / V B C la distribución cambia también... pero no entiendo cómo afecta esto I B .

Circuitos

El simulador de circuitos que utilicé .

En los comentarios te refieres a hacer que Ib sea constante. ¡Pero la idea no es hacer que la corriente base Ib sea constante! En el modelo simplificado del transistor, es un amplificador de corriente que genera una corriente de colector Ic proporcional a Ib por HFE. Entonces, si construye un circuito muy estable con una polarización rígida y un emisor degenerado, entonces puede sustituir muchos transistores bipolares diferentes y obtener aproximadamente el mismo Ic. Lo que variará es la corriente de base Ib. Los BJT de alto HFE requerirán menos unidad base. Un HFE más bajo requiere más. Entonces, mida Ib, y su recíproco le da HFE (para la temperatura Ic dada).
Entonces, básicamente, Ib no es una cantidad que sea fácil de mantener constante en los circuitos BJT, y no es algo que se haga en los circuitos ordinarios de todos los días. Nos preocupamos por los voltajes en el emisor o el colector, la corriente del colector, la resistencia de entrada de CC o la impedancia de entrada de CA, y las cosas que miran hacia afuera de ese tipo que impactan en los circuitos circundantes. La corriente base es más una cuestión interna en el circuito. (Si alguien tiene un contraejemplo, por favor...). Los amplificadores operacionales BJT exponen sus corrientes base al usuario, pero están en nano o micro amperios. Conducen a pequeñas compensaciones con grandes resistencias.
suspiro Es cierto, pero no importa para esta aplicación específica . La pregunta no era sobre los circuitos T, sino sobre la razón de las fluctuaciones de Ib . La idea de medir beta simplemente es hacer que Ib sea constante . Mi profesor de laboratorio de física (PhD en la Universidad Tecnológica de Gdansk, con unos 10 años de experiencia en electrónica) me dijo cuando se le preguntó que mi idea para la medición es válida y da resultados correctos dentro del umbral de +-10%. Una aplicación real creada ayer demostró estar funcionando según las especificaciones; por lo tanto, lo siento, pero sus comentarios me parecen irrelevantes para el tema en cuestión y engañosos.

Respuestas (3)

No está claro por qué el experimentador espera I B ser constante frente a los transistores cambiantes, incluidas las sustituciones de Darlington por NPN regulares.

Podemos suponer que la fuente de voltaje es ideal (válido: ya que estos resultados son de una simulación), entonces la magnitud de I C no perturba el voltaje. (De hecho, en el circuito de la derecha, tenemos el transistor simulado pasando alegremente 39000 amperios, ¡pero la fuente cumple!)

Incluso dos diodos diferentes no pasarán exactamente la misma corriente si están conectados a la misma fuente de voltaje y la misma resistencia, porque tienen curvas diferentes.

En el caso de una unión base Darlington versus NPN, estamos viendo dos diodos versus uno. Además, Darlington puede incorporar una resistencia de derivación interna.

La corriente base se puede aproximar usando aritmética de diodo simple: reste la corriente directa V B mi baje de 5V y divídalo por la resistencia base de 100 ohmios:

  • PNP normal: ( 5 − 0.7 ) / 100 = 0.043
  • Darlington: ( 5 − 1.4 ) / 100 = 0.036 .

Si usamos exactamente V B mi cifras dadas en el diagrama, obtenemos la exacta I B valores actuales:

  • PNP normal: ( 5 − 0.72945 ) / 100 = 0.0427055 ≈ 0.0427
  • Darlington: ( 5 − 1.01 ) / 100 = 0.0399 .

La corriente base es simplemente eso: la aplicación de la Ley de Ohm a la resistencia base, sujeta al voltaje que permanece cuando V B mi se resta de 5V.

No es una variación de la corriente base con b mi t a . Es decir, por supuesto que varía con beta, pero beta quizás no sea el parámetro relevante a elegir como variable independiente para entender la variación. b mi t a es un resumen de alto nivel de las características de un transistor, conectado con el modelo simplificado.

Si desea mantener I B absolutamente constante, entonces tienes que conducir la base con una fuente de corriente. (Su software de simulación de circuitos seguramente tiene un componente de fuente de corriente ideal que puede plantar inmediatamente en el circuito).

Tome el transistor más sensible que desea medir y elija la corriente base para que este transistor esté apenas saturado. Los transistores menos sensibles reducirán la corriente del colector desde allí. Incluya una resistencia de colector para proteger los transistores y como base para medir la corriente.

0. "No está claro por qué el experimentador espera que IB sea constante frente a los transistores cambiantes, incluidas las sustituciones de Darlington por NPN regulares". No estoy pidiendo que sea constante, estoy preguntando cuál es el principal factor que influye en su cambio . Una vez más, estás viendo cosas que no están allí. 1. El 39kA es solo figurativo. Sube el valor de R y baja a valores razonables, este fue solo para comparar. 2. Sí, conozco la 'solución fuente actual'. Sin embargo, elegí Vcc + R ... ¿todavía no entiendes por qué , a pesar de que un par de miles de caracteres respondieron tu pregunta?
3. El uso de resistencias en C/E solo tiene sentido en los circuitos reales y depende del modo de polarización AFAIK. Los T de "protección" en este caso son homogéneos con el LED verde de 2,1 V de "protección" alimentado por una fuente de 1,6 V con una serie R ... no tiene ningún propósito real. La corriente se ve limitada por beta, no hay necesidad de limitarla más. 4. Las variaciones de Ib ocurrieron en el mismo Vd. Tus cálculos son correctos pero completamente irrelevantes... todavía no lo entiendes, ¿no? 5. "No es una variación de la corriente base con la beta. Es decir, por supuesto que varía con la beta",... etc. no tiene mucho sentido.
<cont> Si Ib cambia con el cambio beta, tenemos Ib(beta), Ib(algo(beta)), o obtenemos Ib = const. 3 opciones lógicas. No hay otra posibilidad. Por último, 6, la aplicación funcionó exactamente como se esperaba, con el medidor A en Ic y R configurado en un rango de decenas de kOhm (YMMV), mostró beta dentro de +-10%, principalmente debido a que el medidor A aún no estaba calibrado lo suficientemente bien ( muy difícil ajustar Vref con esas derivaciones de 10/1/0,1 ohmios). Considero que la pregunta está respondida en ese momento y no necesito más información. (por cierto, "¡Pero la idea no es hacer que la corriente base Ib sea constante!" ... pero esta vez, lo fue).
* sí, sé que el Vd real varía con I, etc. Aún así, si puede encontrar un LED que supere su I permitido con un Vd real más bajo que el Vd real en I permitido, sería un poco sorprendido y divertido y finalmente sería corregido en mi dichosa ignorancia.
El principal factor que influye en el cambio de corriente base es el hecho de que con el Darlington, tiene una mayor caída de VBE debido a que hay dos bases. La corriente base está determinada por la caída de voltaje en R. Su pregunta es, ¿por qué el transistor beta más alto tiene un VBE más grande? La respuesta es que tiene dos bases en serie.
Sí, solo que no era un par real de Darlington T. SUSPIRO PESADO . En la simulación hay una T regular con beta establecida en un rango de Darlington SÓLO COMO REFERENCIA (VALOR FIGURATIVO). Si leyó los valores * debajo del gráfico, probablemente lo entendió. La caída no se acerca al doble... por favor, comience a procesar los datos de entrada correctamente o absténgase de más entradas sobre este tema, ya que puedo ver claramente que no está obteniendo el concepto general ni los detalles exactos proporcionados.
autocita: "4. Las variaciones en Ib ocurrieron en el mismo Vd.". también, vea mi propia respuesta para lo que estaba buscando .
Independientemente de que no sea un Darlington real, tiene un VBE más alto, y obviamente entiendes cómo eso corta la corriente base, ¿verdad? Entonces, sería justo decir que sus preguntas son equivalentes a: ¿por qué VBE aumenta con beta y, por lo tanto, reduce Ib? Creo que la respuesta está enterrada en las ecuaciones de Ebers-Moll y la física detrás de ellas.
Sí, eso es exactamente lo que dije en mi comentario en la publicación anterior, diciendo "gracias por las ecuaciones EM no simplificadas, explicaron el comportamiento no lineal". Así que sí, tienes razón, y ayer ya obtuvimos esta respuesta...

Si entiendo correctamente los datos proporcionados por Danny & Kaz, la medición beta estricta mediante una simple medición de corriente/voltaje no es posible ni sensible debido a cambios en las condiciones de funcionamiento (emisiones térmicas, etc.), ganancia de corriente inversa y otras variables relacionadas con transistores específicos. Ib en sí varía en función de los voltajes Vbe/Vbc y, aunque el coeficiente de cambio es bajo, en realidad no es posible obtener una mayor precisión mediante una medición simple de un punto.

Para resumir, me apegaré a las aproximaciones y aumentaré la tolerancia de error en un orden de magnitud, a +-10 %, dejando un sesgo simple con valores conocidos de Vcc/R como base del cálculo beta.

Por cierto, parece que aumentar Vcc en realidad hace que Ib(beta) sea más constante. Con Vcc en órdenes de decenas de V, Ib ~ const. Sin embargo, la deriva real ocurre en gran medida con voltajes bajos (<5V), al menos en el sim; Sin embargo, supongo que la emisión térmica en voltajes más altos cancelaría esta constancia.

Bienvenido al arte de la electrónica, su diseño deberá tener en cuenta lo no ideal en el mundo real, la mayoría de los circuitos prácticos no dependerán de la ganancia exacta, pero limitarán la aplicación a una ganancia menor que el mínimo esperado de cualquier dado. tipo de transistor y para variaciones de lote a lote. La versión beta del dispositivo no es una preocupación siempre que sea superior al mínimo que necesita. La mejor manera de probar un dispositivo activo es construyendo un conjunto de curvas con una unidad de medida de origen o un trazador de curvas. Dichos datos generalmente se proporcionan en los datos para ahorrarle el esfuerzo. Los transistores son dispositivos activos que son dinámicos (me doy cuenta de que esto es obvio, pero debería indicarse independientemente) y deberían probarse como tales. Si necesita coincidencias para su aplicación, existen dispositivos compatibles que comparten el mismo sustrato.

Formatee su pregunta, también estoy un poco confundido en cuanto a cómo esto responde a las preguntas originales de los carteles. ¿Quizás podría aclarar eso?
Transistor de medición beta (hFE): se necesita una explicación de las anomalías de Ib
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