Mi objetivo es aprender cómo predecir la salida a una hoja de datos de onda cuadrada dado R1, R2, R3 y Q1 (no específicamente el 2N3904) sin usar SPICE o cualquier otro software
Estaba buscando en Google una buena fuente, pero no pude encontrar algo suficientemente específico que se refiera a los parámetros del transistor para ese circuito específico y esperé que ustedes lo entendieran
PS: la fuente de entrada es 1 ohm
La mayor parte de la información se puede encontrar en "The Art of Electronics" de Horowitz y Hill
Para entender el tiempo de respuesta del transistor, se requiere entender lo siguiente:
Tiempo de almacenamiento (ts): el tiempo que requiere el transistor para salir de la saturación. es decir, cuando el transistor está saturado, contiene un cierto depósito de carga que lleva tiempo para agotarse. Si coloca un osciloscopio comparando una caída de paso en la entrada con su salida, notará que la salida ni siquiera comienza a subir, es decir, principalmente cuando el transistor está agotando su carga (ts)
Ccb: capacitancia entre el colector y la base. Aunque hay otra capacitancia parásita en el transistor, esta es la más influyente. Debe encontrar este valor en todas las hojas de datos de los transistores. Cuanto menor sea el valor, mejor será el tiempo de respuesta del transistor.
Ignorar los ts por un segundo permite asumir que R3, Ccb y Cl (capacidad de carga que no incluyó en su esquema) es relativamente grande. el aumento del colector se verá exponencial debido a esta combinación de componentes y el tiempo de aumento (10-90%) será aproximadamente:
2.2 * R3 * (Cl + Ccb)
Si, por otro lado, estos valores son bastante pequeños, eso no significa que el aumento sea un paso. En ese caso, el fenómeno que dominará el aumento será que la corriente a través de Ccb actuará como una retroalimentación negativa a la base que limitará el aumento y en lugar de un aumento exponencial obtendrá una rampa.
En esencia, muchas respuestas de onda cuadrada comenzarán como una rampa y terminarán como exponenciales. La manera de hacer una predicción sobre el tiempo de subida es primero determinar el punto donde la subida está cambiando de una rampa a exponencial a través de la siguiente fórmula:
VX = Vcc - Rc * ((Vbe - Vin (bajo) / Rs) + Cl * (dVc / dt))
mientras:
dVc / dt = (Vbe - Vin (bajo)) / (Ccb * Rs)
En tu circuito:
Rs = R1 || R2
Vbe = 0.7V (básicamente)
Vin = si no es 0V usa Thevenin para calcular
Si ese valor es negativo, el aumento es completamente exponencial y el tiempo de aumento (10-90%) se puede derivar de:
2.2 * R3 * (Cl + Ccb)
De lo contrario, calcule el tiempo que la rampa (dVc / dt) alcanzará Vx y añada el tiempo de Vx al 90% utilizando la fórmula exponencial
En cuanto al tiempo de caída, puede utilizar las siguientes fórmulas:
-dVc / dt = (1 / (Cl + (Hfe + 1) * Ccb) * (Hfe * ((Vin (alto) - Vbe) / Rs) - (Vcc - Vc) / Rc)
Tf = 0.8 * Vcc / (dVc / dt)
Tenga en cuenta que, en la primera fórmula, Vc puede ser a veces despreciable y puede descartarse; de lo contrario, deberá calcularlo en varios pasos para obtener una buena estimación
Otras notas:
Hfe es relativo a su frecuencia de señal y debe obtener el valor correcto de la hoja de datos
Tiempo de almacenamiento: aunque este es un valor que está relacionado con el transistor, existen métodos para reducir su efecto. Busque "pinza de panadero" y "condensador de aceleración" en eso.
Estas son estimaciones crudas y se deben respaldar (gráficos de hoja de datos, SPICE y pruebas reales)
Lea otras preguntas en las etiquetas npn