Medición del transistor beta (hFE) - Se necesita una explicación de las anomalías Ib

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He estado luchando con los detalles para construir un medidor beta preciso (\ $ \ pm1 \% \ $ tolerancia máxima). La idea más simple con la que vine fue a un diagrama como se muestra a continuación, con R establecido en un valor que proporciona un \ $ 0.01 \ \ mathrm {mA} \ $ actual y un digital ICL7107 medidor puesto a medida \ $ I_C \ $. Obviamente, con \ $ I_B \ $ establecido en un valor constante, \ $ I_C \ $ podría ser fácilmente transpuesto como un medidor beta ...

PERO

Después de construir este simple circuito en un simulador, he notado que el \ $ I_B \ $ real cambia un poco como una función de beta dada, con aproximadamente \ $ 10 \% \ $ diferencia entre \ $ \ beta \ rightarrow 0 \ $ y \ $ \ beta \ rightarrow \ infty \ $; Proporcioné las betas de los casos de prueba reales a continuación (\ $ \ beta = 10 \ $ para un transistor de baja corriente y \ $ \ beta = 1 \ mathrm {M} \ $ para un par de 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 ser ignorado. Lamentablemente, no lo es (al menos no en mi caso).

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

Y sí, estoy llegando a la conclusión de que en este caso \ $ V_ {CC} + R \ $ no se puede tratar como una fuente de base actual estable. Y soy consciente de que \ $ V_ {drop} \ $ en \ $ R \ $ cambia con \ $ \ beta \ $, y que \ $ V_ {BE} \ mathbin {/} V_ {BC} \ $ cambios en la distribución también ... pero no entiendo cómo afecta esto \ $ I_B \ $.

El simulador de circuito que usé .

    
pregunta vaxquis

2 respuestas

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

Para resumir, seguiré con las aproximaciones y aumentaré la tolerancia al error en un orden de magnitud, hasta el + -10%, dejando un simple sesgo con valores conocidos de Vcc / R como base de cálculo beta. >

Por cierto, parece que el aumento de 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 en voltajes bajos (< 5V), al menos en el simulador; Supongo que la emisión térmica en voltajes más altos cancelaría esta consternación.

    
respondido por el vaxquis
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No está claro por qué el experimentador espera que \ $ I_B \ $ sea constante frente a los transistores cambiantes, incluidas las sustituciones de Darlington por NPN normales.

Podemos suponer que la fuente de voltaje es ideal (válida: dado que estos resultados son de una simulación), entonces la magnitud de \ $ I_C \ $ no altera el voltaje. (De hecho, en el circuito de la derecha, tenemos el transistor simulado que pasa alegremente a 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 de base Darlington versus NPN, estamos viendo dos diodos versus uno. Además, el Darlington puede incorporar una resistencia de derivación interna.

La corriente de base se puede aproximar utilizando aritmética simple de diodos: reste la caída \ $ V_ {BE} \ $ de 5V, y divídala por la resistencia de base de 100 ohmios:

  • NPN regular: \ $ (5 - 0.7) / 100 = 0.043 \ $
  • Darlington: \ $ (5 - 1.4) / 100 = 0.036 \ $.

Si usamos las cifras exactas de \ $ V_ {BE} \ $ dadas en el diagrama, obtenemos los valores actuales exactos de \ $ I_B \ $:

  • NPN regular: \ $ (5 - 0.72945) / 100 = 0.0427055 \ approx 0.0427 \ $
  • Darlington: \ $ (5 - 1.01) / 100 = 0.0399 \ $.

La corriente de base es simplemente eso: la aplicación de la Ley de Ohm a la resistencia de base, sujeta a un voltaje que permanece cuando \ $ V_ {BE} \ $ se resta de 5V.

No es una variación de la corriente base con \ $ beta \ $. Es decir, por supuesto que varía con la versión beta, pero tal vez la beta no sea el parámetro relevante para elegir como una variable independiente para comprender la variación. \ $ beta \ $ 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 debe manejar la base con una fuente actual. (Su software de simulación de circuitos seguramente tiene un componente ideal de fuente de corriente que puede plantar inmediatamente en el circuito).

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

    
respondido por el Kaz

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