Interpretazione hFE datasheet transistor

[lostsheep]

Salve a tutti.
Rieccomi ancora a chiedere il vostro prezioso aiuto; come da titolo, vorrei risolvere un dubbio riguardo alla scelta del beta (a seguire hFE) in una rete di polarizzazione di un transistor quando lo si deve far lavorare in zona attiva. Premetto di aver letto il fantastico articolo di banjoman e di aver indagato in lungo e in largo sulla rete ma, ancora, non sono soddisfatto.
Mi ritrovo dei BC547C e sul datasheet leggo questi valori per l'hFE

Da quanto c'è scritto, relativamente al mio componente (riquadro rosso), l'hFE varia da un minimo di 420 ad un massimo di 800 e con un valore tipico di 520; il tutto però è riferito alle condizioni di esercizio Ic = 2mA e Vce = 5V (riquadro verde).
A questo punto mi sorge il fatidico dubbio: in altre condizioni di esercizio, posso usare gli stessi valori o devo procedere per forza con il grafico delle curve caratteristiche del componente? E se non le avessi, l'hFE posso sceglierlo arbitrariamente purché all'interno del range specificato?

Altra idea: è corretto affermare che i valori riportati sul datasheet siano divisibili in fasce? Mi spiego meglio: fissando la Vce a 5V

con 10uA <= Ic < 2mA assumo come valori quelli riportati nel riquadro blu

con 2mA <= Ic < 100mA assumo come valori quelli riportati nel riquadro verde

con 100mA <= Ic < Icmax assumo come valori quelli riportati nel riquadro giallo

resta ancora il problema di lavorare con una Vce diversa

Magari ciò che ho scritto può non avere alcun senso ma, credo sia la realtà e non una mia impressione, che questi transistor si coprono di un velo di mistero alquanto difficile da togliere.

Grazie infinite

[maxim65]

Premesso che le tabelle servono proprio a decidere se il transistor soddisfa le specifiche di progettazione, devi comunque tener conto che ci sono delle tolleranze abbastanza ampie su quei valori. Per cui devi procedere a progettare un circuito che minimizzi l'effetto di dispersione delle caratteristiche o per lo meno che non sia determinante sul suo funzionamento. Inoltre, c'è anche l'aspetto della frequenza di taglio che pesa sulle specifiche. Tieni presente che se hai la frequenza di taglio a 100MHz e un hfe tipico di 100 a un MHz hai ancora l'hfe tipico ma già a 10 MHz hai un decimo dello stesso.
L'hfe varia, come riportato dalle tabelle, sia in funzione della corrente di polarizzazione che della frequenza di lavoro e a voler fare i pignoli anche dell'ampiezza del segnale.

[lostsheep]

Ciao maxim65 e grazie per il tuo intervento.
C'è una cosa che però non capisco. Giustamente la rete va progettata tenendo conto sia del guadagno statico (hFE) che dinamico (hfe).
Essendo un principiante vorrei fare le cose passo passo in modo da acquistare padronanza per poi poter giocare su tutti i fronti. Il discorso che ho fatto riguardava il guadagno statico quindi senza tener conto di segnali variabili: in poche parole voglio imparare a progettare decentemente la rete in continua. Poi, una volta svelati i segreti passerei all'applicazione di segnali (piccoli e a bassa frequenza) per vedere cosa cambia e come intervenire.
Il discorso che hai fatto, seppur lecito, mi pare sia focalizzato sul guadagno dinamico.

[maxim65]

Guarda che il guadagno statico a grandi linee, se resti in zona lineare ed ampiezze limitate, corrisponde a quello dinamico. Ti poni troppi problemi sulle sfumature e perdi di vista il punto centrale. Quando progetti un circuito di questo tipo, non lo puoi fare come il farmacista di altri tempi, che con il bilancino dosava le varie sostanze per fare la medicina. Se non te lo ha mai detto nessuno, l'elettronica è anche saper approssimare. Mi permetto di darti un consiglio, visto che sono 35 anni che "gioco" con i transistor. Prendi le curve nel loro punto peggiore, valutato in base alle possibili situazioni di lavoro in base alle caratteristiche del tuo circuito e verifica se queste ancora soddisfano i requisiti minimi che ritieni indispensabili.
la polarizzazione in continua si può fare in tanti modi e di solito si usa una retroazione (feedback) o in corrente, resistenza sull'emettitore, o in tensione, retroazione dal collettore verso la base. Senza retroazione in continua, è probabile che il tuo circuito diventi un termometro. Ovviamente gli esempi che ti ho portato sono per un solo stadio.

[lostsheep]

Ciao maxim65
Beh ho un background da chimico ma sono ben consapevole che in elettronica si può restare più larghi con le approssimazioni: esempio banale è quello di non fissarsi sui valori dei componenti dato che alla fine si è vincolati dai valori standard.
Per "punto peggiore" intendi quella regione in cui Vce e Ic sono prossimi all'origine degli assi? Quindi a rischio di saturazione/interdizione?
Il circuito di polarizzazione che intendo studiare è quello ad emettitore comune con partitore resistivo in base e resistenza di feedback sull'emettitore.

[maxim65]

Il circuito di polarizzazione che intendo studiare è quello ad emettitore comune con partitore resistivo in base e resistenza di feedback sull'emettitore.

Ok

Per "punto peggiore" intendi quella regione in cui Vce e Ic sono prossimi all'origine degli assi? Quindi a rischio di saturazione/interdizione?

Intendo che di solito prima di progettare un circuito si sà cosa si vuole ottenere: un valore di guadagno, una banda passante, valori di stabilità richiesti e anche temperature di esercizio.
Ad una certa corrente e tensione di polarizzazione, i valori devono rientrare nei limiti previsti anche se il transistor che ho comprato è lo sfigato della sua infornata, per cui le sue curve sono al limite della tolleranza, se quel giorno fa freddo e il giorno dopo fa caldo , etc. etc. .
Quindi partendo da una certa polarizzazione, scelta anche in base allla banda passante che voglio, se le curve sono pessime mi rientrano nei limiti richiesti bene, altrimenti cerco altre soluzioni o circuitali o tecnologiche o entrambe.

[lostsheep]

Ora mi è chiaro il tuo ragionamento (forse)
Partire dalle specifiche e verificare che alla fine queste siano effettivamente state rispettate nella progettazione adottando dei componenti in fase di realizzazione/prototipizzazione che, nei casi estremi, ci consentano di ottenere il risultato atteso.
Ho afferrato il concetto?

[obiuan]

Ho afferrato il concetto?

a me non pare...almeno non del tutto, o forse è la frase italiana un po' ingarbugliata che non ti è venuta benissimo .

Ti faccio un esempio banale proprio con l'hFE, così ci capiamo, riferendomi al classico circuito di polarizzazione:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Data la Ic, attraverso hFE determini la corrente di base che il transistor vorrà assorbire per restare in zona attiva. Supponiamo che tu abbia scelto la Ic = 2.0mA, che l'alimentazione sia di 12 V e che tu voglia Vb = 2V

Dalle specifiche hai, come da te segnalato, hFE da 400 a 820. Con una semplice divisione, ottieni che la Ib andrà da 2mA/400 = 5uA a 2mA/820 = (circa)2,2uA.

Con questi dati puoi progettare la maglia di polarizzazione di ingresso. Il rapporto di partizione dovrà essere 1/6, ma a quanto metterai la corrente sulla maglia di polarizzazione, o per meglio dire, come dimensioni l'ordine di grandezza delle R?

Scegliamo per esempio R1 = 500k, R2 = 100k. Il rapporto di partizione da 1/6, quindi in teoria la Vb dovrebbe essere proprio 2V. Quanto sarà invece?

beh, senza star lì a fare i conti e ragionando a spanne, che tanto non cambia niente...su una 600k (considerando R1 e R2 in serie) passa una corrente di 12/600k A = 20uA, il transistor ne vuole da 2 a 5 quindi nel caso fortunato (hFE = 820) avrai la Vb più bassa dell' 11% (2,2uA su 20uA), e quindi circa a 1,8V, in quello sfortunato sarà più bassa del 25% (5uA su 20uA), e quindi a 1,5V.

credo sia chiaro che se invece avessimo scelto R1 e R2 dieci volte più piccole, avremmo avuto un cambiamento molto minore fra i due casi di hFE minimo e massimo, pagandolo però con una corrente più alta sul ramo di polarizzazione.

E se invece avessimo usato un transistor con un hFE schifoso, tipo da 50 a 100? evidentemente, anche con le resistenze dell'ordine delle decine di k avremmo ancora problemi, perché la corrente di base sarebbe ancora troppo grossa.

Dunque la conclusione è questa: quando scegli un componente lo devi scegliere pensando al circuito in cui andrà a funzionare, o detto in altri termini alle specifiche di progetto. Un transistor con hFE da 50 a 100 può essere più che sufficiente in tanti casi, e siccome costa meno, perché non usarlo? nel nostro caso, per esempio, se non vi fosse nessuna richiesta sulla corrente assorbita, ed il guadagno dello stadio fosse basso, potremmo tranquillamente usare un BJT con hFE 50 mettendo R1 a 5k e R2 a 1K...

Rileggendo 'sta pappardella non sono sicuro di essere riuscito a spiegarmi bene...beh, la posto che non ho tempo di rileggere e correggere, se ti sembra che ti incasini lascia stare

tutto questo comunque era per cercare di chiarirti che, molte volte, i dati che trovi nei datasheets non li "usi" direttamente, ma li consideri solo come "limite massimo" dal quale prendere le dovute distanze. In pratica non calcoli "Ib=Ic/hFE", ma pensi "devo dimensionare le resistenze in modo che anche se hFE è il minimo, la tolleranza delle resistenze fa schifo, l'alimentazione non è stabile né precisa, il transistor è mezzo danneggiato, piove a dirotto, fa freddo e l'Italia ha perso a calcio contro Cipro, comunque la maglia di polarizzazione darà corrente a sufficiente alla base"...

[BrunoValente]

..Rileggendo 'sta pappardella non sono sicuro di essere riuscito a spiegarmi bene...

Per me ci sei riuscito alla grande

Aggiungo solo una cosa a quello che ha detto obiuan per rafforzare il concetto:

Un buon circuito va progettato tenendo conto anche del fatto che nel tempo potrebbe rendersi necessaria la sostituzione di qualche componente e che, ovviamente, l'eventuale sostituzione non deve alterarne le caratteristiche.

Va quindi progettato preferendo quelle soluzioni che rendono maggiormente indipendenti le performance dalle caratteristiche dei singoli componenti, questo vale in particolare per quanto riguarda i transistor che per loro natura hanno caratteristiche molto dipendenti dalla temperatura e molto diverse tra esemplari dello stesso tipo.

Vi sono spesso casi in cui questo obbiettivo è facilmente raggiungibile e a volte si riesce a realizzare circuiti o parti di essi in cui l'eventuale sostituzione dei transistor può essere fatta utilizzando qualsiasi tipo.

[lostsheep]

Mitico obiuan
Il tuo intervento è stato davvero illuminante, con il tuo ragionamento ho fatto dei prototipi di preamplificatori ottenendo dei risultati molto soddisfacenti che in passato avevo solo sognato: avevo sempre distorsioni o amplificazioni da far schifo
Grazie ancora e alla prossima.

forse è la frase italiana un po' ingarbugliata che non ti è venuta benissimo

talvolta i miei pensieri scritti in uscita son distorti rispetto a quelli mentali: urge revisionare la rete di polarizzazione