Grundlagen von Transistoren

Etwas hat mich eine Weile gestört. Wenn ich einen Schaltkreis betrachte, der komplizierter ist als RLC-Komponenten (und vielleicht Operationsverstärker), kann ich nur schwer herausfinden, was er tut, es sei denn, es handelt sich um eine Konfiguration, die ich zuvor gesehen habe.

Im Gegensatz dazu bin ich ziemlich zuversichtlich, dass ich es irgendwann herausfinden kann, egal wie komplex eine RLC-Schaltung ist.

Wenn ich jetzt eine RLC-Schaltung analysiere, sind meine Werkzeuge im Grunde genommen

• $V = IR$

• $I = C \frac{dv}{dt}$

• $V = L\frac{di}{dt}$

• Parallele und serielle Kombinationen dieser Komponenten (Ich denke, das ist nicht wirklich von Kirchoffs Gesetzen getrennt, aber ...)

• Kirchoffsche Gesetze

Was ich also frage, sind die Werkzeuge, die mir fehlen, um komplexere Schaltungen zu analysieren? Ich möchte vor allem wissen, wie man Schaltungen mit BJTs und FETs analysiert. Es scheint so, als gäbe es so viele Betriebsarten für Transistoren, dass es schwierig ist, sie alle gerade zu halten. Kennt jemand eine gute Website, auf der alles aufgeführt ist?

Vielen Dank

EDIT Ich möchte auch erwähnen, dass es in der Praxis Dinge wie wenn sich die Temperatur ändert. Das ist mir im Moment noch egal, ich stimme stevenvh zu, dass eine Simulation erforderlich ist, aber ich möchte in der Lage sein, die Konzepte gut genug zu beschreiben, um eine Schaltung zu entwerfen, die ich dann mit einer Simulation usw. optimieren kann.$V \neq IR$

Transistoren sind auf den ersten Blick nicht schwer zu verstehen, und das ist gut genug, um zumindest zu verstehen, was in vielen Schaltungen vor sich geht.

Stellen Sie sich einen NPN-Transistor folgendermaßen vor: Sie legen einen kleinen Strom durch BE, und das lässt viel Strom durch CE zu. Das Verhältnis von viel zu wenig ist die Transistorverstärkung, manchmal als Beta und manchmal als hFE bekannt. Eine kleine Falte ist, dass der BE-Pfad wie eine Siliziumdiode aussieht und daher normalerweise zwischen 500 und 700 mV abfällt. Der CE-Pfad kann auf ca. 200 mV abfallen, wenn mehr Strom als der externe Stromkreis liefert. Die Details gehen weiter und weiter, aber mit dieser einfachen Ansicht eines NPN-Transistors können Sie viel erreichen.

Ein PNP ist dasselbe mit umgedrehten Polaritäten. Der Emitter hat die hohe Spannung anstelle der niedrigen. Der Steuerstrom fließt nicht in den Sockel, sondern aus dem Kollektor.

Bleiben wir noch ein bisschen bei den Bipolartransistoren und verstehen sie zuerst, denn das scheint das zu sein, wonach Sie mehr fragen. FETs sind auf den ersten Blick ebenso einfach zu verstehen, aber ich möchte die Dinge an dieser Stelle nicht verwirren.

Während das obige Modell zum Verständnis der meisten Transistorschaltungen nützlich ist, schlägt es eine Vielzahl von Möglichkeiten vor, wie Transistoren verwendet werden können, die möglicherweise nicht offensichtlich sind. Die konzeptionell naheliegende Art, ein NPN zu verwenden, besteht darin, den Emitter mit Masse und den Kollektor mit der positiven Versorgung über einen Widerstand in Reihe zu verbinden. Jetzt kann eine kleine Änderung des Basisstroms eine große Änderung der Kollektorspannung verursachen.

Das Knifflige dabei ist, nicht zu verstehen, wie der Transistor funktioniert, sondern sich vorzustellen, was für coole Dinge man mit einem Gerät machen kann, das so funktioniert. In all das hineinzukommen wäre viel zu viel für einen Beitrag hier. Ich schlage vor, Sie denken über das oben beschriebene einfache Modell nach, schlagen dann einige gängige Transistorschaltungstopologien nach und überlegen, wie die einfachen Eigenschaften des Transistors verwendet werden, um nützliche Dinge zu tun.

Dinge, die speziell nach dem einfachen Modell nachgeschlagen und analysiert werden müssen, sind:

• Gemeinsame Emitterkonfiguration. Dies ist der Grundverstärker. Ein besonderes Problem besteht darin, den Transistor in der Mitte seines Bereichs zu halten, um seine Verstärkungsfähigkeit effektiv zu nutzen. Dies wird als "Vorspannung" bezeichnet.

• Emitterfolger. Gewinn macht nicht nur eine höhere Spannung. In diesem Fall erhalten Sie etwas weniger Spannung, aber einen höheren Strom und eine niedrigere Impedanz.

• Schauen Sie sich nun einige Multitransistor-Schaltkreise an und versuchen Sie zu verfolgen, was sie tun, wie der Transistor vorteilhaft eingesetzt wird, aber auch welche Schwierigkeiten der Entwickler hatte, um den Transitor so zu betreiben, dass er nützlich war.

• Wenn Sie sich wohler fühlen, schauen Sie sich ungewöhnlichere Konfigurationen an, z. B. eine gemeinsame Basis. Es wird nicht oft verwendet, hat aber spezifische Vorteile.

Was die Arbeit mit Transistoren schwierig macht, ist, dass Sie sich vieler verschiedener Parameter bewusst sein müssen, die sich gegenseitig beeinflussen und von denen keiner linear ist. Daher ist es nicht einfach, ihr Verhalten genau zu modellieren. Deshalb verwenden wir Simulationswerkzeuge wie SPICE. Sie müssen noch wissen, was Sie tun, um eine Schaltung zu entwerfen, aber SPICE hilft Ihnen dabei, Ihre Entwürfe / Berechnungen zu überprüfen, bei denen Sie manchmal vereinfachen müssen.
Ich bin mir nicht sicher, ob Websites diesbezüglich umfassend sein werden. Ich denke, ein gutes Lehrbuch wird Ihnen bessere Informationen geben. Vielleicht können andere einige empfehlen.

Aus wiederholter Exposition zu lernen ist kein schlechter Weg, um Dinge zu lernen. Sie erhalten echtes praktisches Wissen und lernen typische Schaltkreise zur Lösung typischer Probleme kennen.

Die Sache mit Transistoren ist, dass sie keine linearen Bauelemente sind. Es gibt also keine einfachen Gleichungen, die unter praktisch allen Bedingungen gelten, wie sie für passive Bauelemente gelten. Der übliche Ansatz besteht darin, zu erkennen, dass ein Transistor zu einem bestimmten Zeitpunkt auf eine der wenigen charakteristischen Arten arbeitet - abgeschaltet, aktiv, gesättigt. In jedem dieser Modi können Sie einige Näherungen anwenden, um Transistorschaltungen zu analysieren, aber es muss verstanden werden, dass die Näherungen nur innerhalb von Grenzen gelten.

Wenn Sie beispielsweise zuerst feststellen, dass ein Transistor in seinem aktiven Modus arbeitet, können Sie die Kleinsignal-Wechselstrom-Ersatzschaltung erstellen, in der der Transistor (im einfachsten Modell) durch einen Widerstand und einen Strom ersetzt wird. abhängige Stromquelle. Sie können dann Ihre linearen Gleichungen verwenden, um eine gute Wirkung auf die Ersatzschaltung zu erzielen. Warum heißt es das kleine Signal AC Äquivalent obwohl? Denn wenn Sie ein ausreichend großes Signal anlegen, überschreiten Sie die Grenzen des Modells. Große Signaleingänge können dazu führen, dass der Transistor abgeschaltet oder gesättigt wird, wodurch das Modell ungültig wird.

Je ausgefeilter das Modell ist, desto genauer ist die von Ihnen berechnete Antwort. Bleiben Sie jedoch beim Basis-Common-Emitter-NPN:

1. Zwei Widerstände an der Basis wirken als Spannungsteiler. Im Allgemeinen haben sie ungefähr den gleichen Wert, sodass die Basis ungefähr die Hälfte der Versorgungsspannung beträgt.

2. Der Emitter befindet sich ca. 0,6 V unterhalb der Basis. Befindet sich am Emitter ein Widerstand, können Sie jetzt den Strom durch diesen ermitteln.

3. Der Emitterstrom fließt auch durch den Kollektor. Befindet sich am Kollektor ein Widerstand, können Sie jetzt die Spannung über diesem ermitteln.

Das war's für DC.

Bei Wechselstrom kann eine Änderung von einigen Millivolt an der Basis zu mehreren Volt am Kollektor führen. Wenn der Emitterstrom (und / oder der Kollektorwiderstand) zu groß ist oder die Basisvorspannung ungerade ist, tritt eine Sättigung oder ein Cutoff auf, der das eingespeiste Signal verzerrt. Dies ist nicht immer eine schlechte Sache (man denke an Gitarrenverzerrungseffekte). .

Sie können den Transistor nur als ein Gerät betrachten, das Ihnen bei der Steuerung der Parameter hilft, oder zum Beispiel als Schaltung 2 mit Hilfe von Schaltung 1 (nur eine grobe Schätzung), wenn der Transistor die beiden Schaltkreise verbindet. Zum Beispiel. Da es in der Digitalelektronik einen Takt gibt und Sie sagen, dass Sie etwas tun möchten, wenn sich die Uhr auf einem bestimmten Pegel befindet, ähnlich wie bei einem Transistor, können Sie den Transistor so modellieren, dass er im Betriebspunkt die Spannung an der Basis erreicht Ab einem bestimmten Pegel können Sie das Gerät einschalten und so kann der Strom im ckt2 fließen, oder Sie können es sich als Relais oder als Schalter vorstellen, nicht nur dieser Transistor ist ein Verstärker.

Denken Sie beim Entwerfen nur daran, dass der Transistor Ihnen bei der Steuerung der Parameter der Schaltung 2 mit Hilfe von ckt 1 hilft. Zur Bestimmung des Arbeitspunkts können Sie also ein beliebiges Modell verwenden. Lassen Sie sich nicht mit den verschiedenen Modellen verwechseln, die zum Lösen von Transistoren zur Verfügung stehen. Diese Modelle sind nur zu Ihrer Sicherheit gedacht. Die Verwendung des re-Modells ist einfacher, da es eine einfache Berechnung ermöglicht am besten bei der Lösung eines Transistors, aber T-Modell ist auch gut. Um ein grundlegendes Gefühl dafür zu bekommen, was eine Schaltung tut, können Sie eine Approximation wie Vbe = 0,7 verwenden, und all diese Approximationen führen zu einer einfachen Berechnung.

Ich kenne zwei sehr gute Bücher über das Studium von Transistoren. 1) Electronic Devices and Circuits, Boylestad, ein sehr gutes Buch, aber es verwendet viel Approximation und ist gut für eine etwas ungefähre Analyse, aber wenn Sie den Transistor im Detail modellieren möchten, wie Sie möchten um die genauen parameter zu kennen und dann gibt es ein besseres buch 2) mikroelektronik schaltungen, sedra smith. das kann man eine bibel nennen, super buch, aber ich würde raten, erst buch 1 zu lesen, dann buch 2 zu machen, sonst kann man nicht viel lernen und sich nur in komplexe mathematik vertiefen.

Um zu lernen, wie man die Analyse von Schaltkreisen löst, studieren Sie so viele Schaltkreise wie möglich. Im Laufe der Zeit lernen Sie, wie Sie Transistoren auf viele verschiedene Arten einsetzen können

Um dies zu lernen, können Sie sich auf Bücher beziehen, die von forest m geschrieben wurden. mims sie enthalten nur schaltungen. und Sie können sie analysieren.

FET unterscheidet sich nicht wesentlich von BJT, seine reinen FETs werden hauptsächlich zur Herstellung von Verstärkern verwendet, da sie eine sehr hohe Eingangsimpedanz aufweisen. Die Ausgangsimpedanz ist jedoch nahezu vergleichbar. Sie ist ebenfalls klein, hat aber im Gegensatz dazu eine hohe Schaltleistung Wenn Ihre Anwendung etwas mit dem Umschalten von BJT zu tun hat, ist dies eine gute Wahl.

Endlich würde ich nochmal sagen, wenn du Transistor lernen willst, dann studiere viel Schaltung. Vielleicht kannst du dir den Aufbau des Operationsverstärkers ansehen, da sie nichts als 4-stufiger Differenzverstärker sind und dadurch kannst du auch lernen.

Viel Spaß beim Lernen von TRANSISTOR !!!