Il transistor usato come interruttore

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Dunque, ricapitoliamo il tutto.
In questo momento non posso postare uno schema, perchè ho riformattato il PC e non ho ancora reinstallato il CAD, quindi provo a spiegarmi a parole (anche se l'idea non mi piace per niente)

Il circuito è questo:
+5V----> Resistenza RC ---->Led--->Collettore transistor --->Emettitore transistor---->Negativo alimentazione

Volendo accendere/spegnere il led pilotando la base del transistor non si sta più parlando di un amplificatore classe A, ma di un'applicazione digitale del transistor.
In questo caso la resistenza di emettitore non serve, perchè il transistor funziona da interruttore e non c'è bisogno di stabilizzare un punto di lavoro.
Il transistor può quindi assumere 2 diversi stati: interdetto (spento), quando la corrente di collettore Ic=0 e in saturazione quando la corrente Ic è la massima che può attraversare il led (e la relativa resistenza Rc) quando il transistor è chiuso (cortocircuito, o quasi, fra collettore ed emettitore).

Innanzi tutto calcoliamo la resistenza del led, applicando la legge di ohm:
R= (Valimentazione-Vled)/Iled = (5-2)/0,015=200ohm che approssimiamo a 180ohm, valore commerciale più vicino.

Questa resistenza sarà quella che permetterà, quando il transistor è in saturazione, di fare circolare 15mA attraverso il led (e che sarà anche la Ic a cui deve funzionare il transistor).
La formula sopra in realtà è approssimata, dato che il BC337, quando è in saturazione, non sarà un vero e proprio cortocircuito, ma avrà comunque una caduta di tensione fra Collettore ed Emettitore, che il costruttore indica con VCEsat, che nel caso del BC337 è di 0,7V con una corrente Ic=500mA. Se la Ic è più bassa, come nel nostro caso, anche la VCEsat cala (a 15mA dovrebbe essere inferiore a 0,1V come si vede nel grafico "Figure 5. “On” Voltages", il data sheet fa un po' schifo perchè è poco chiaro da questo punto di vista), al punto da essere trascurabile nei calcoli.

Bene, per calcolare la Ib necessaria occorre considerare sempre l'hfe minimo, in modo da essere sicuri che, anche incappando nel transistor "disgraziato", con l'hfe basso, la Ic sia tale da mandare il transistor in saturazione sicura.
Nel nostro caso se la Ic=15mA la Ib sarà uguale a Ic/hfemin = 0,015/100=0,00015A=0,15mA

Guardando nel grafico di figura 5 si nota che il costruttore del BC337 indica che i test sono stati effettuati considerando un Ic/Ib=10, quindi un hfe di almeno 10 volte inferiore a quello indicato prima.
Il motivo è che uno dei segnali che identificano un transistor in saturazione è proprio il fatto di non avere più un hfe analogo a quello del funzionamento lineare, ma decisamente più basso.

Diciamo quindi che se vogliamo essere (estremamente) sicuri che il BC337 sia saturo dovremo usare una Ib di 1,5mA, fermo restando che tanto più un transistor viene "sovra-saturato", tanto più impiega del tempo a desaturarsi (praticamente a tornare ad essere interdetto/spento), quindi la cosa migliore è trovare il giusto compromesso fra velocità e sicurezza della saturazione (come fai a trovare il giusto compromesso? Ne riparleremo quando avrai a che fare con segnali abbastanza veloci).

La resistenza di base, considerando una tensione di comando di 2V, sarà data da:

Rb=(Vcomando-Vbesat )/Ib=(2-0,7)/0,0015=867ohm che arrotondiamo a 1Kohm (il valore più vicino sarebbe 820 ohm, ma visto che il transistor è già abbondantemente saturo conviene diminurire la corrente di base).

Come vedi i calcoli in questo caso sono molto più semplici di quanto si possa pensare.

Il discorso di 1,5mA è uscito dopo avere visto il grafico di figura 5, che indica, come situazione di test (usata per ricavare il grafico) un rapporto Ic/Ib=10.
Probabilmente già 0,15mA ricavati dai calcoli sarebbero sufficienti a provocare la saturazione del transistor, ma usando una corrente almeno 2-3 volte superiore si è ancora più sicuri di ottenere il risultato.

Tieni presente che la potenza che un transistor deve dissipare è data da P=Ic*Vce.
Se il transistor deve commutare correnti basse, come in questo caso, la potenza da dissipare sarà bassa anche se la Vce dovesse essere di 2-3V (tipico valore di un transistor non saturo), ma quando devi commutare correnti di qualche Ampere c'è una bella differenza fra avere una Vce di 0,5-0,7V e una i 2-3V, quindi conviene far in modo di avere un transistor sovra-saturo, usando una Ib superiore a quella necessaria.


Se tu guardi il grafico del link vedi che per una corrente Ic che varia da 0,03A a 0,6A la Vbe varia di 0,2V, passando da 0,6 a 0.8V, quindi di fatto quasi stabile (e praticamente identica a quegli 0,6-0,7V che avevo usato nei calcoli). Quando calcoli la resistenza di base puoi usare tranquillamente una Vbe di 0,6-0,7V (soprattutto se la tensione che vuoi usare per pilotare la base supera i 3-4 V, rendendo trascurabile quel 0,1-0,2V di variazione che puoi avere fra una Ic molto bassa e una molto alta).


Beh,mi fa piacere trovare qualcuno interessato a quello che scrivo.

Edited by Robo67 - 1/6/2018, 00:23

Può essere una buona idea. Se vuoi puoi procedere.