Analisi circuiti con transistor

[cronos80]

Buongiorno,
Vorrei capire come fare a risolvere un circuito con dei transistor, BJT ad esempio. Potete darmi un aiuto, dei riferimenti, o anche dei termini da ricercare in rete?
Esempio: vorrei conoscere le correnti che circolano nel circuito che segue e dimensionare i componenti:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

- Per il led devo inserire un resistore di:
Per R come ragiono?

[raffamaiden]

Ma quindi vuoi 6 volt sull'emettitore del BJT?

In prima approssimazione la tensione base-emettitore del BJT è 0.7V per qualunque corrente. Se tra collettore ed emettitore scorrono 20mA, in prima approssimazione devi dividere per il beta del BJT per trovare la corrente che entra nella base.

[claudiocedrone]

Ragioni... male, perché quel circuito che hai disegnato è concettualmente errato.
(il carico, in questo caso il LED+resistore di limitazione va inserito sul collettore, non sull'emettitore.)

[cronos80]

il carico, in questo caso il LED+resistore di limitazione va inserito sul collettore, non sull'emettitore.

Quindi sarebbe:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Ma perché? Il circuito l'avevo trovato in rete, proprio perché non so da dove partire con l'analisi.

[claudiocedrone]

Allora, quando si configura un BJT come "interruttore" il carico si inserisce sul collettore, il pilotaggio di base deve assicurare il funzionamento in saturazione così la caduta di tensione tra collettore e emettitore diviene praticamente nulla, si considerano solo le tensioni di saturazione e non ci si impiccia inutilmente con beta, alfa, omega e il resto dell'alfabeto greco.
P.s. Questi "pilotaggi di emettitore" sono come la peste, ogni tanto rispuntano fuori peggio di quel famigerato circuito col TIP31...

[cronos80]

Allora, ... la caduta di tensione tra collettore e emettitore diviene praticamente nulla, si considerano solo le tensioni di saturazione ...

Quindi, per conoscere le correnti/tensioni sui vari componenti del circuito mi basterebbe risolvere il circuito equivalente:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

E da qui poi dimensionare R. Sbaglio?

[claudiocedrone]

Lascio ai veri elettronici il piacere di risponderti così non dicono castronerie e impari qualcosa davvero... solo una considerazione però: a cosa servirebbe quel circuito ? A "sprecare" inutilmente un BJT e un resistore ? Così come è non ha alcuna utilità pratica (e nemmeno teorica).

[IsidoroKZ]

Il circuito originale non permette di saturare il transistore perche' non c'e` modo che il collettore possa diventare piu` negativo della base. Non saturare il transistore vuol dire che non funziona bene come interruttore, al massimo lo si potrebbe usare come amplificatore se si volesse accendere il led in modo proporzionale (non tutto/niente).

Un esempio potrebbe essere questo

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Il valore della resistenza lo si calcola come hai fatto tu: se al massimo si vuole che circoli una corrente di 20mA quando l'ingresso Vin e` a 6V, ottieni per l'appunto 105Ω.

Pero` in questo circuito puoi anche cambiare la luce emessa dal led, cambiando la tensione di ingresso. La corrente di led, proporzionale alla luce, vale



Il led comincia ad accendersi quando la tensione di ingresso arriva dalle parti di 3.9V CIRCA e di mano in mano che la tensione Vin aumenta la luminosita` cresce. Quando la tensione di ingresso arriva a 6V il led e` attraversato da una corrente di 20mA.

Il circa si riferisce al fatto che la tensione non e` fissa, dipende dal transistore, dalla temperatura e dalla corrente di base. Anche la tensione del led non e` fissa a 3.2V, dipende anche li` dal componente, corrente e temperatura.

Potrebbe venire la PESSIMA idea di controllare la corrente del led in questo modo

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

L'idea e` che si fa una caduta di tensione sulla resistenza variabile, cosi` sulla base arriva meno tensione e il led si accende di meno. PESSIMA idea.

L'analisi di questo circuito SBAGLIATO puo` essere fatta con una equazione alla maglia, ricordando che

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

da cui con arditi passaggi matematici si puo` ricavare il valore della corrente IL



da cui si vede che la resistenza sulla base Rb cambia si` la corrente di led, ma sfortunatamente entra nella formula anche il beta del transistore, che e` uno dei parametri piu` sconosciuti, variabili e incerti che ci siano. Inoltre per ridurre la luce fin quasi a zero sarebbe necessaria una Rb molto elevata e non si riuscirebbe piu` a controllare la luce a livelli elevati, piccola rotazione del potenziometro darebbe una grande variazione di corrente.

Una cosa migliore puo` essere fatta considerando che la corrente di base del transistore per mal che vada vale dove si tira in ballo il beta minimo del transistore. Se al posto di Rb mettiamo un partitore variabile (=potenziometro) come in questo schema

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

se facciamo in modo che la corrente di partitore Ip sia molto maggiore della corrente di base, allora possiamo regolare la tensione di base e quindi la luminosita` del led.

Se il transistore non e` proprio una schifezza, venuto male, maltrattato da usi precedenti, non siamo d'inverno in Siberia... un beta di qualche decina di unita` dovrebbe comunque garantirlo, e quindi la corrente di base MASSIMA puo` essere dalle parti di 0.5mA o meno. La corrente Ip puo` essere dell'ordine di 5mA o anche 10mA, il che vuol dire che la serie di potenziometro e resistenza Rp deve fare un totale di 1kΩ o poco meno.

La resistenza Rp serve a garantire che sulla base ci siano almeno 3.5V circa anche con potenziometro tutto ruotato verso il basso, tanto abbiamo visto che il led comincia ad accendersi quando all'ingresso ci sono CIRCA 3.9V.

Possiamo prendere P=470Ω ed Rp=680Ω, la corrente Ip viene poco piu` di 5mA e siamo a posto.

Questo per mostrare come usare il transistore come amplificatore, in configurazione a collettore comune.

Se invece si vuole solo accendere e spegnere il led, niente regolazione, e` meglio metterlo sul collettore. In questo modo si riesce a saturare il transistore che scalda meno.

Il modello equivalente del transistore saturo potrebbe essere una cosa di questo tipo

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

La corrente di base, che questa volta e` forzata dal circuito, deve essere abbastanza maggiore della corrente di carico divisa per il beta minimo, e prendendo gli stessi numeri di prima, la corrente di base deve essere almeno di 2mA (4 volte la corrente che il transistore in linearita` assorbirebbe, beta forzato di 10).

In questo caso la resistenza di base RB risulta essere di circa 2.7kΩ

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(*) Poi c'e` Babbo Natale, la marmotta che incarta la cioccolata...

[cronos80]

.. solo una considerazione però: a cosa servirebbe quel circuito ?

A niente era solo un esempio.
Per la verità è da un po' che leggendo il forum e seguendo link e consigli, mi imbatto sempre nei transistori, però non riesco a capire come dimensionare il circuito perché ho difficoltà nel mettere in pratica la teoria.
Grazie IsidoroKZ, adesso capisco un po' di più dell'applicazione dei transistor.

Faccio un riepilogo semplicistico per vedere se e cosa ho capito:
1. Carico sul collettore, mi permette di lavorare con il transistor saturo
2. Carico sull'emettitore, mi permette di regolare la corrente veicolata dal transistor
3. La base va comandata con una tensione che conviene sia quanto più possibile indipendente da , a causa della nostra ignoranza su di esso
Sbaglio?

[IsidoroKZ]

Si` giusto. Per essere piu` precisi con il collettore comune si controlla la tensione di uscita e poi la resistenza da 105Ω trasforma la tensione di uscita in corrente.