Чи підходять BJT для перемикачів рівнів? Здається, БНТ є більш поширеними, як вони порівнюються?

16

Я хобіст і ніколи не оминув таблиці / підручники для транзисторів FET; Я людина BJT. Я ніколи не знаходив обговорень щодо BJT проти FET та конкретних програм, які найкраще підходять для кожного типу. Мої проекти - це дуже прості схеми комутації та логічного типу воріт. Отож, як тільки я отримав BJT, щоб задовольнити вимоги проекту, я просто залишився з тим, що працював. Я провів у другій половині дня, досліджуючи це на EE-SE і знайшов багато хороших речей. Я виявив, що БНТ здався більш популярним вибором для перемикачів рівнів. Я сподівався, що хтось може надати пояснення "для муляжів" щодо сильних / слабких сторін та компромісів, пов'язаних із ПНТ та БЖТ у деяких загальних програмах.

Я вибрав цей перемикач рівнів для свого проекту: я хочу керувати 5В реле за допомогою ESP8266, який має 3,3 В GPIO. Я виміряв струм котушки реле до правильного приблизно 100 мА. Я хочу використовувати S8050 і мінімум деталей, вимоги невисокі. Я просто використовую ESP8266 для читання штифта на PIR-датчику, а також для читання деяких перемикачів для керування світлом за допомогою реле. Чи є вищевказаний контур хорошим вибором? Я створив власну схему, але не збираюся її використовувати. І все-таки це допоможе моєму розумінню, якщо хтось люб’язно надасть аналіз моєї конструкції, в основі якої лежали якісь хижі, здогади, а може, і трохи вуду.

Коротко кажучи, я міркував, що мій базовий струм (GPIO вихід 3,3 В - 0,7 В база Q1) / 1 К Ом R2 = 2,6 мА не сильно вплине на струм в дільниці напруги R1 / R3, який, на мою думку, становить 5 / (100K + 100K) = 25uA. Я не знаю, як буде працювати з'єднання R1, R2, R3 та U1; Я здогадувався, що база U1 потягне 2,5 В дільника до 0,7 В, але не була впевнена, як це вплине на 2,6 мА джерел GPIO. Тому я пішов із ланцюгом, який я пов’язав.

relay gpio level-shifting

— JRE
джерело

1

Що R1 робить?

— перицинтіон

Ось тут входить вуду: це просто щось, що виглядає знайомим з різних веб-сайтів схем. Порадившись із своїм чарівним 8-бальним, я подумав, що спробую "змістити" схему. В основному, я просто хотів, щоб штифт GPIO не перевищував 3,3 В. Як я вже сказав, "вуду" (а може, забобони ... що завгодно).

5

Я підозрюю, що частина популярності FET полягає в тому, що, будучи напруженими, а не приведеними в струм, і більшість людей, які використовують комутаційні програми, їх зрозуміти багато в чому. Доводиться думати в течіях з BJT, може бути трохи головно. Іронічним недоліком іноді при FETS є те, що вам потрібна напруга для подачі на ворота, і у вас немає зайвих вольт над позитивною рейкою тощо.

— Ian Bland

17

Промінь. Так, є сотні, якщо не тисячі хороших сторінок використання BJT для майже будь-якого виду комутації, який ви можете собі уявити. Вони також чудово працюють як перемикачі рівнів , хоча, незважаючи на те, що ви використовуєте цю фразу, я насправді не думаю, що тут у вас ситуація. Якщо ви хочете подивитися приклад зміни рівня за допомогою BJT, ви можете побачити мою відповідь тут .

Нижче, ніж дам вам рибу, я спробую і навчу вас ловити рибу.

У ситуаціях, що передбачають відповідність поточному струму, що перевищує ваш штифт вводу / виводу (як реле), а також інша, більш висока напруга, ніж може працювати ваш контакт вводу / виводу (знову ж, як ваше реле), а також там, де вам потрібен певний захист від індуктивних Відкат (ще раз, як і ваше реле), ймовірно, ви хочете використовувати зовнішній BJT або FET як комутатор.

Ви можете розташувати речі так, щоб перемикач був:

На низькій стороні (біля землі), або
На високій стороні (біля напруги приводу для вашого реле чи іншого пристрою), або
З обох боків (Н-міст, мостовий вантаж тощо)

Але вам справді потрібно мати вагомі причини для вибору (2) або (3) вище. Вони включають в себе більшу частину і часто непотрібно складні, якщо у вас немає вагомих причин. Таким чином, низькобічний вимикач - це перший вибір, щоб вивчити щось подібне.

Щоб спроектувати будь-який вимикач, ви почнете із специфікацій того, що вам потрібно керувати, та специфікацій того, що ви маєте для його керування.

Давайте розглянемо таблицю даних ESP8266 :

Тут ви бачите, що поточне відповідність для вводу-виводу є максимальним значенням . Це означає, що ви плануєте добре триматися під цією цінністю. Мені подобається триматися нижче половини максимуму, але все ще менше, якщо я можу це впоратися. Менше краще, тому що якщо ви використовуєте кілька різних штифтів вводу / виводу, як цей одночасно, завантаження збільшується, і для всього порту та для всього пристрою також існують обмеження розсіювання. Навіть якщо вони не вказані, вони існують. Тому тримайте речі якомога нижче. $I_{MAX}=12\:\textrm{mA}$

Також врахуйте обмеження напруги. Якщо припустити, що ви працюєте на , то вони гарантують високу вихідну напругу 80% від цього, або $V_{CC}=3.3\:\textrm{V}$ (Це означає, що джерело) Вони також гарантують низьку вихідну напругу 80% від цього, або

\begin{matrix} (Voh Min) & V_{O H} \geq 2.64 V \end{matrix}

$V_{OH}\ge 2.64\:\textrm{V}\label{voh}\tag{Voh Min}$

I_{M A X}

$I_{MAX}$

(Це означає, що при зануренні

)

\begin{matrix} (Vol Max) & V_{O L} \leq 330 mV \end{matrix}

$V_{OL}\le 330\:\textrm{mV}\label{vol}\tag{Vol Max}$

I_{M A X}

$I_{MAX}$

Давайте тепер розглянемо типову таблицю реле даних :

Звідси видно, що опір і необхідний струм $125\:\Omega$ . $40\:\textrm{mA}$

$V_{CE}$ $V_{CE}$ $V_{CE}$ $\beta$

Наведені вище біти даних говорять про те, що вам дійсно потрібен зовнішній комутатор з усіх причин, згаданих раніше. Він потрібен тому, що він вимагає більш точного відповідності, то ваш контакт вводу / виводу може забезпечити, тому що ви хочете захистити свій штифт вводу / виводу від зворотного виходу від індуктивності реле і тому, що реле вимагає більш високої напруги, ніж ваш введення / виведення штифт може надати. Навіть не думайте безпосередньо використовувати введення / виведення!

Ви також можете використовувати практично будь-який BJT через низький струм, необхідний реле.

$100\:\textrm{mA}$

У цьому випадку я б використав те, що у мене є багато: пристрої OnSemi PN2222A . Почнемо з вивчення рисунка 11:

$\beta=\frac{I_C}{I_B}=10$ $V_{CE}$ $\frac{I_C}{I_B}=10$

\begin{matrix} (Ib) & I_{B} = 4 mA \end{matrix}

$I_B=4\:\textrm{mA}\label{ib}\tag{Ib}$

\begin{matrix} (Vbe) & V_{B E} \approx 800 mV \end{matrix}

$V_{BE}\approx 800\:\textrm{mV}\label{vbe}\tag{Vbe}$

Час для підготовки схеми:

схематичний

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

$R_1$ $\ref{voh}$ $\ref{vbe}$ $\ref{ib}$

\begin{matrix} (R1) & R_{1} = \frac{2.64 V - 800 mV}{4 mA} = 460 Ω \end{matrix}

$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{4\:\textrm{mA}}=460\:\Omega\label{r1}\tag{R1}$

$470\:\Omega$

$3.3\:\textrm{V}$ $\frac{3.3\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{470\:\Omega}\approx 4.4\:\textrm{mA}$

$R_1$

$100\:\textrm{mA}$ $\beta$

$150\:\textrm{mA}$ $I_B$ $V_{CE}$ $V_{CE}$ $100\:\textrm{mV}$ $I_B\approx 8\:textrm{mA}$ $10\:\textrm{mA}$ $\beta$

$100\:\textrm{mA}$ $I_B=4\:\textrm{mA}$ $I_B=5\:\textrm{mA}$ $I_B=6.7\:\textrm{mA}$

$\ref{r1}$

\begin{matrix} (R1 redo 1) & R_{1} = \frac{2.64 V - 800 mV}{5 mA} = 368 Ω \end{matrix}

$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{5\:\textrm{mA}}=368\:\Omega\label{r1x}\tag{R1 redo 1}$

\begin{matrix} (R1 redo 2) & R_{1} = \frac{2.64 V - 800 mV}{6.7 mA} = 275 Ω \end{matrix}

$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{6.7\:\textrm{mA}}=275\:\Omega\label{r1y}\tag{R1 redo 2}$

$R_1=330\:\Omega$ $7.5\:\textrm{mA}$ $12\:\textrm{mA}$

— жарт
джерело

Відмінна відповідь! Це буде схема, яку я використовую, у мене вже є якийсь 2N2222A, який я пробив. Я подумав, що я маю цей матеріал погладжувати, але я радий, що ти розібрався з деталями, які ти робив, бо бачу, що я трохи хитнувся щодо деяких речей: По-перше, я зверну увагу на гарантовані значення для високих рівень вихідної напруги та коефіцієнта в 80% (або в будь-якому випадку), а не просто використовувати повний 100% в моїх розрахунках. Що мене дійсно здивувало, це те, що ти використовуєш бета-параметр струму колектора / базовий струм. Я весь цей час використовую hFE. Я

Розрахунки в моєму питанні, так: я виміряв 100 мА через реле за допомогою 5В живлення (я не можу отримати аркуш, тому що я наклеїв на друк). Я помножив це на запропоновану норму безпеки 2X- 5X, тому я зупинився на 260mA. Це не те, що я використовую для колекторного струму? Я розділив це на hFE 100, щоб отримати базовий струм 2,6 мА. Тож ось де я все плутаю: думав, що hFE - це поточне посилення бази для колектора. Перестановка бета = Icollector / Ibase дає базовий струм X beta = струм колектора. Куди я ковзнув? Мене також спантеличує графік на рис. 11,

V_{C E} = 10 V

$V_{CE}=10\:\textrm{V}$

β

$\beta$

100 mA

$100\:\textrm{mA}$

β = 15

$\beta=15$

Вгорі - 3 ділянки, 2 з яких добре позначені, але третій просто говорить: «1,0 В». Навіть незважаючи на те, що я використовував позначку "Vbe (sat) @ Ic / Ib = 10", мені цікаво "1.0V". Для діода захисту я звикла використовувати їх у діапазоні 1N4001-1N4007 Скільки це має значення. Знову ж таки, з необізнаності я подумав, що бути "кращим", ніж делікатний вигляд 1N4148 означає, що це більше "тяжкий обов'язок". Я зараз на борту з 1N4148, просто цікаво Я відрізняю від поведінки схематично, що катод діода повинен підключатися до

V_{C E}

$V_{CE}$

V_{C E}

$V_{CE}$

V_{C E} = 1 V

$V_{CE}=1\:\textrm{V}$

V_{C E} = 10 V

$V_{CE}=10\:\textrm{V}$

10

Вам не потрібен цей "вуду". І R1, і R3 тут непотрібні. Біполярний транзистор працює на струми, а не на напруги. Ці резистори потрібні лише для зміщення транзистора в його лінійну область для лінійних підсилювачів. Ви не хочете лінійного підсилення, ви хочете, щоб комутатор високої ефективності.

схематичний

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

$U_{BE}$

Використовуйте комутаційний транзистор, вони мають високу бета-величину і переходять у насичення при дуже низьких вхідних струмах. Ви також можете розглянути тип Дарлінгтона для більших навантажень. Насичення призводить до зниження падіння напруги та менше виробництва тепла в транзисторі.

— Янка
джерело

4

БНТ не насичують. Таким чином, виграш великої швидкості.

А біполярний Vbe в значній мірі встановлений на 0,5--0,7 вольт для корисних струмів.

Тоді як FET із задоволенням дозволяє 1 або 2 або 5 або 10 вольт між затвором і каналом. Таким чином великий виграш за гнучкість роботи.

— analogsystemsrf
джерело

2

Загальне порівняння BJT та FET:

BJT: - Пристрій з керуванням струмом - Носіями заряду є як електрони, так і дірки (отже, біполярні) - Фізично більший - Дуже мала вхідна ємність (може дати підвищену швидкість / більшу частоту посилення) - Більш лінійне посилення, оскільки посилення не залежить від напруги зміщення - Може мати менший вихідний опір, а отже, легше керувати навантаженнями з низьким опором - В основному більше споживання електроенергії за рахунок управління струмом

FET: - Пристрій, керований напругою (менша витрата енергії, енергія лише при перемиканні стану, - носії заряду або електрони, або отвори (залежно від типу, отже, однополярні) розмір) - як правило, більша вхідна ємність і ефект Міллера означає, що в міру збільшення коефіцієнта посилення збільшується вхідна ємність. - Не можна дуже добре керувати низьким імпедансом (зазвичай потрібна ступінь буфера)

Це аж ніяк не повний перелік відмінностей, але, сподіваємось, відповідає на ваше запитання щодо відмінностей двох типів транзисторів. З мого досвіду освіти, здається, що 95% часу для проектів-любителів, BJT - це шлях, але для масштабних проектів з високою щільністю CMOS є основним вибором, оскільки більшість цифрових мікросхем є CMOS, а тому дешевше виробляти як аналоговий, так і цифровий в одному процесі.

— К.Еффінгер
джерело

0

У деяких програмах енергоефективність дуже важлива. Незважаючи на те, що існує багато застосунків, де це насправді не має значення, багатьом людям не подобається обмежувати дизайн останніх додатків.

Якщо потрібно мати схему на базі одного BJT, здатну перемикати 100 мА, то, мабуть, потрібно буде провести десь між 2-10 мА, коли це має бути включено, чи справді струм навантаження насправді 100 мА чи нуль . Якщо навантаження фактично складе 100 мА щоразу, коли воно ввімкнеться, додавання навіть 10 мА до енергоспоживання системи в цей час лише збільшить загальне енергоспоживання на 10%. Якщо, однак, навантаження часто призводить до того, що займає лише 1 мА, додавання навіть 2 мА до виходу енергії, коли він увімкнено, втричі збільшить споживання електроенергії, пов'язане з керуванням цим навантаженням. Якщо навантаження буде перемикатися більшу частину часу (але просто вивести дуже мало струму), це може бути дуже марно.

BJT широко доступні довше, ніж MOSFET, і багато схем розроблені навколо цієї доступності. Я не знаю, що якийсь конкретний MOSFET є настільки ж всюдисущим, як 2N3904 та 2N3906. Ці частини ніде не є найкращими транзисторами на планеті, але вони є скрізь. Я не знаю жодної MOSFET, про яку можна сказати те саме.

— суперкат
джерело