Какое идеальное сопротивление для значения базового резистора 2N3904 при использовании логики RTL?

У меня тонна 2N3904 транзисторов, и я хотел бы использовать их для моего проекта RTL логики. Основываясь на том, что я мог выяснить в Интернете, и на тех частях, которые у меня были, я получил логические элементы для работы со следующими значениями:

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Хотя это работает нормально, меня немного беспокоит то, что я прочитал в техническом паспорте для 2N3904. В нем говорится, что напряжение насыщения базового эмиттера имеет следующие характеристики:

Ic = 10 мА Ib = 1,0 мА Ic = 50 мА Ib = 5,0 мА

Мне трудно понять, что это значит. Если вы вычислите ток для базового входа по закону Ома, мы получим I = 5/10000 = 0,0005. Я прав, что это 5 мА? Я заменил R2 резистором 5 кОм, и он переключился так же, что будет 0,001 или 10 мА.

Как я уже сказал, это работает в данный момент. Я просто хочу убедиться, что я куплю подходящие резисторы для работы. Я знаю, что цель состоит в том, чтобы транзистор был полностью насыщен, однако я не знаю, так ли это, или нет.

Спасибо,

transistors digital-logic rtl

— JohnnyStarr
источник

один милиампер не будет 1 / 1000A или 1e-3A? Если так, то это не 10 мА, как вы написали, а 1 мА. и также не 5 мА, а 0,5 мА или 500 мкА. согласна?

— Криштиану

Каждый транзистор имеет коэффициент усиления по току, обычно $\beta$ или $h_{fe}$ в таблице. Типичные значения порядка 100. Когда транзистор не насыщен, то ток базы и ток коллектора связаны этим фактором:

я_{с} знак равно {час}_{е е} я_{б}

$I_c = h_{fe} I_b$

Когда базовый ток увеличивается до точки, в которой ток коллектора больше не может увеличиваться, транзистор называется насыщенным . Ток коллектора больше не может увеличиваться, потому что он не может допустить больше тока - ток полностью ограничен R1 на вашей диаграмме, а напряжение от эмиттера до коллектора минимально.

Когда мы разрабатываем цифровую логику, мы не хотим просто насыщать транзисторы. Мы хотим их насытить. Это обеспечивает дополнительную маржу против изменений в $h_{fe}$ , а также принимает во внимание, что для более высоких частот (необходимых для быстрых переходов из высоких / низких частот), $h_{fe}$ эффективно снижается.

Основное правило: в цифровой логике расчет тока коллектора в 15 раз больше, чем базовый ток.

Итак, здесь вы выбрали коллекторный резистор 1 кОм. При насыщении напряжение эмиттер-коллектор намного меньше напряжения питания, поэтому мы можем оценить ток коллектора как:

я_{с} знак равно \frac{5 В}{1 К Ω} знак равно 5 м A

$I_c = \frac{5\mathrm V}{1\mathrm k\Omega} = 5\mathrm{mA}$

Мы хотим, чтобы базовый ток составлял 1/15, что (0,33 мА), а напряжение на базовом резисторе будет напряжением питания, меньше примерно 0,65 В от соединения база-эмиттер Q1. Так:

р_{2} знак равно \frac{5 В - 0,65 В}{0,33 м A} знак равно 13 К Ω

$R_2 = \frac{5\mathrm V - 0.65 \mathrm V}{0.33\mathrm{mA}} = 13 \mathrm k \Omega$

Ваш выбор 10 кОм достаточно близок.

Вы также можете увеличить значения резистора, поддерживая соотношение тока базы и коллектора, но уменьшая общий ток. Это уменьшает ваше энергопотребление, но также снижает логическую скорость, так как меньшие токи способны заряжать паразитные емкости менее быстро. Это компромисс между производительностью и потреблением энергии, который вы можете получить в качестве инженера.

— Фил Фрост
источник

Итак, способность полностью насыщать транзистор основана больше на соотношении токов коллектора / базы, чем было бы реальное значение транзистора? Другими словами, я мог бы использовать несколько типов транзисторов с отношением 1K (коллектор) 13K (основание)?

— JohnnyStarr

Как этот подход гарантирует, что транзистор будет насыщен, если вы проектируете только для усиления 15?

— sherrellbc

@sherrellbc, потому что усиление любого транзистора, который вы, вероятно, будете использовать, будет иметь коэффициент усиления, намного превышающий 15.

— Фил Фрост,

@JohnnyStarr это зависит от коэффициента усиления транзистора, но типичный BJT общего назначения со слабым сигналом (например, 2N3904, BC547, 2N2222 и т. Д.) Будет иметь коэффициент усиления по току порядка 100. Он фактически изменяется на большой запас даже между образцами с одинаковым номером детали, поэтому подход состоит в том, чтобы предвидеть усиление, которое, безусловно, меньше, чем усиление, которое вы получите, чтобы вы даже не столкнулись с проблемой, когда ваша логика не насыщает транзистор ,

— Фил Фрост

Итак, поскольку коэффициент усиления, вероятно, намного выше, можно ожидать, что транзистор будет насыщаться гораздо раньше, чем при базовом токе 330 мкА? Идея кажется твердой, но этот базовый ток кажется очень маленьким. Если мы предположим, что транзистор может насыщаться при токе коллектора 1 мА, то, по приблизительным оценкам, соответствующий базовый ток будет равен 10 мкА (~ усиление 100)? А поскольку мы проектируем базовый ток 330 мкА, насыщение гарантировано.

— sherrellbc