Perustoiminta lienee itsestäänselvä, mutta...
Otetaan esimerkiksi vaikkapa 2N3055 (tätähän jotkut haluavat tyrkyttää joka paikkaan).
Linkki 2N3055 datasheet:
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/2N3055A-D.PDF
Miksi valmistajat eivät julkaise (ainakaan datasheetissä ei ole) matemaattista mallia transistorin toiminnalle ?
Esimerkki1:
CE -välillä halutaan säädellä 4A virtaa.
Vaatimus: CE -jännite saa olla enintään 1V. Kuinka suuri kantavirta tarvitaan JA onko edes mahdollista ?
Figure 3 datasheetissä antaa tähän vastauksen:
* On mahdollista
* Kantavirta vähintään 200 mA
JOS välipystyviiva (puolivälissä 100mA ja 200mA) takoittaa 150 mA (epäselvä, mutta en ole aiemmin nähnyt näin piirrettyä kuvaajaa !) niin silloin 150 mA kantavirralla CE-jännite 4A kuormalla olisi ainakin alle 1,1 V.
--------
Esimerkki2:
CE -välillä halutaan säädellä 8A virtaa.
Vaatimus: CE -jännite saa olla enintään 1V. Kuinka suuri kantavirta tarvitaan JA onko edes mahdollista ?
Figure 3 datasheetissä antaa tähän vastauksen:
* EI ole mahdollista, mutta jos hyväksytään 1,15 V C-E jännite, niin sitten on.
* Kantavirta vähintään 1500 mA. Kasvattamalla kantavirta 2A:iin, CE-jännite putoaa vielä hieman, mutta on hieman epäselvää, kannattaako kantavirran kasvatus 2A:iin, vai onko 1,5A parempi. Tässä pitäisi siis minimoida transistorissa tapahtuva sähkön muuttuminen lämmöksi, mutta sillä ei ole väliä, mikä osa lämmöstä syntyy C-E -virran ja mikä osa B-E -virran vaikutuksesta.
Tuollaisesta analogisesta ja logaritmiseksi piirretystä kuvaajasta kun ei mitään tarkkaa arvoa voi lukea, vaan luetut arvot ovat melko epätarkkoja likiarvoja.
Matemaattinen malli olisi parempi, mutta miksi niitä ei julkaista, ainakaan datasheeteissä ?
Jotkut elektroniikan simlointiohjelmistot ilmeisesti hyödyntävät matemaattisia malleja simuloinnissa, mutta mistä ko. ohjelmien tekijät ovat nuo mallit ja niihin liittyvät vakiot saaneet ?
Entä sitten lämpötilan vaikutus ?
Jos kyse on sisätiloista, joissa ei ole jäähdyttävää ilmastointia, niin jo huonelämpötila voi olla 35..40 Celsius -astetta, näin Suomessa heinäkuun helteillä.
Jos oletetaan, etä jostain löytyisi transistori, joka kykenisi siihen, että esim. 10A CE -virralla CE-jännite on enintään 1 voltti, niin jo tuo tarkoittaisi 10W lämmöntuottoa transistorissa. Jäähdytyslevyn kanssa käytettynäkin usein lämpötila nousee esim. 4 C/W. Eli 10W lämmitysteholla lämpötila nousee 40 C. jos huonelämpötila on 40C, niin transistorin lämpötila olisi 80C. Ja jos tuo on transistorin metallikuoren niin ns. junction -lämpötila on vielä kuumempi.
Jos oletamme, että tämä junction -lämpötila on enintään 100 C, niin miten löytää transistori, joka kykenee siis pitämään CE -jännitteen 1V tai alle jos CE -virta on 10A tuossa
junction -lämpötilassa 100 C ?
Tuossahan on se ikävä puoli, että mitä korkeammaksi CE -jännite nousee, sitä pahemmin transistori kuumenee.
Jos joku tietää, mistä matemaattisia malleja transistorin käytökselle löytyy (sisältäen vakioarvot) niin kertokaapa !
Otetaan esimerkiksi vaikkapa 2N3055 (tätähän jotkut haluavat tyrkyttää joka paikkaan).
Linkki 2N3055 datasheet:
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/2N3055A-D.PDF
Miksi valmistajat eivät julkaise (ainakaan datasheetissä ei ole) matemaattista mallia transistorin toiminnalle ?
Esimerkki1:
CE -välillä halutaan säädellä 4A virtaa.
Vaatimus: CE -jännite saa olla enintään 1V. Kuinka suuri kantavirta tarvitaan JA onko edes mahdollista ?
Figure 3 datasheetissä antaa tähän vastauksen:
* On mahdollista
* Kantavirta vähintään 200 mA
JOS välipystyviiva (puolivälissä 100mA ja 200mA) takoittaa 150 mA (epäselvä, mutta en ole aiemmin nähnyt näin piirrettyä kuvaajaa !) niin silloin 150 mA kantavirralla CE-jännite 4A kuormalla olisi ainakin alle 1,1 V.
--------
Esimerkki2:
CE -välillä halutaan säädellä 8A virtaa.
Vaatimus: CE -jännite saa olla enintään 1V. Kuinka suuri kantavirta tarvitaan JA onko edes mahdollista ?
Figure 3 datasheetissä antaa tähän vastauksen:
* EI ole mahdollista, mutta jos hyväksytään 1,15 V C-E jännite, niin sitten on.
* Kantavirta vähintään 1500 mA. Kasvattamalla kantavirta 2A:iin, CE-jännite putoaa vielä hieman, mutta on hieman epäselvää, kannattaako kantavirran kasvatus 2A:iin, vai onko 1,5A parempi. Tässä pitäisi siis minimoida transistorissa tapahtuva sähkön muuttuminen lämmöksi, mutta sillä ei ole väliä, mikä osa lämmöstä syntyy C-E -virran ja mikä osa B-E -virran vaikutuksesta.
Tuollaisesta analogisesta ja logaritmiseksi piirretystä kuvaajasta kun ei mitään tarkkaa arvoa voi lukea, vaan luetut arvot ovat melko epätarkkoja likiarvoja.
Matemaattinen malli olisi parempi, mutta miksi niitä ei julkaista, ainakaan datasheeteissä ?
Jotkut elektroniikan simlointiohjelmistot ilmeisesti hyödyntävät matemaattisia malleja simuloinnissa, mutta mistä ko. ohjelmien tekijät ovat nuo mallit ja niihin liittyvät vakiot saaneet ?
Entä sitten lämpötilan vaikutus ?
Jos kyse on sisätiloista, joissa ei ole jäähdyttävää ilmastointia, niin jo huonelämpötila voi olla 35..40 Celsius -astetta, näin Suomessa heinäkuun helteillä.
Jos oletetaan, etä jostain löytyisi transistori, joka kykenisi siihen, että esim. 10A CE -virralla CE-jännite on enintään 1 voltti, niin jo tuo tarkoittaisi 10W lämmöntuottoa transistorissa. Jäähdytyslevyn kanssa käytettynäkin usein lämpötila nousee esim. 4 C/W. Eli 10W lämmitysteholla lämpötila nousee 40 C. jos huonelämpötila on 40C, niin transistorin lämpötila olisi 80C. Ja jos tuo on transistorin metallikuoren niin ns. junction -lämpötila on vielä kuumempi.
Jos oletamme, että tämä junction -lämpötila on enintään 100 C, niin miten löytää transistori, joka kykenee siis pitämään CE -jännitteen 1V tai alle jos CE -virta on 10A tuossa
junction -lämpötilassa 100 C ?
Tuossahan on se ikävä puoli, että mitä korkeammaksi CE -jännite nousee, sitä pahemmin transistori kuumenee.
Jos joku tietää, mistä matemaattisia malleja transistorin käytökselle löytyy (sisältäen vakioarvot) niin kertokaapa !
Vastaukset 6
Vanhimmat
Onko Spice-malli sama kuin mitä tarkoitat matemaattisella mallilla?
http://www.seas.upenn.edu/~jan/spice/PSpice_LibraryguideOrCAD.pdf
Kannattaa käyttää FET:iä.
Tällä voi simuloida toimintaa:
http://www.linear.com/designtools/software/
Löytyy 2N3055 ja lukuisa määrä FET:tejä
Siitävaan kirjoittamaan matemaattistamallia. Vakiot ovat saatavilla eikä niissä pitäisi olla mitään kummallista. Sitten vain tuo valmistuksessa tuleva hajonta ja eri valmistajilla poikkeava valmistustekniikka. Kotelon rakenne ja mahdolliset lisävinkeet käyttötilanteessa.
Noita 2N3055 on käytössä kolmessa laitteessa ja kalteen valikoin virtavahvistus yli 35 ja yhteen version jonka saturaatiojännite oli hyvin alhainen (ei tarvinnut jäähdytylevyä).
Lisänä vielä feikkitransistorit, joissa piilastun pinta-alassa on säästetty. Tuo 2N3055 on melko yleinen piraattituote, joka ei täytä speksejä.
No jos käsin välttämättä haluat laskea, niin itse olen joskus Ebers-Moll:ia käyttänyt. Myöskin Gummel-Poon kuulostaa tutulta, joten sitä voi kai kanssa vilasta. Hyvä puoli käsin laskiessahan on, että jos ei jotain ymmärrä, niin jättää sen sitten mallista pois. Kyllä se sitten sieltä alkaa valo kajastaa, mistä olikaan kysymys.
Perus malli on tietysti se, jossa Ic = beta*Ib. Eli tulossa mallissa kantavirta ja lähdössä kollektorilla vahvistuksella kerrottuna kenties tulo ja lähtövastukset.. tämän avullahan aukeaa monet kytkennät jo siihen asti kun on tarvis, eli kytkennän toimintaperiaatteen selville saamiseen asti..