Apa resistansi ideal untuk nilai resistor basis 2N3904 saat menggunakan logika RTL?

Saya punya banyak transistor 2N3904 dan ingin menggunakannya untuk proyek logika RTL saya. Berdasarkan apa yang dapat saya temukan di web, dan bagian-bagian yang saya miliki, saya mendapatkan gerbang logika untuk bekerja dengan baik dengan nilai-nilai berikut:

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Meskipun ini berfungsi dengan baik, saya agak khawatir tentang apa yang saya baca di lembar data untuk 2N3904. Ini menyatakan bahwa Base-Emitter Saturation Voltage memiliki spesifikasi sebagai berikut:

Ic = 10mA Ib = 1.0mA Ic = 50mA Ib = 5.0mA

Saya kesulitan memahami apa artinya tepatnya. Jika Anda menghitung arus untuk input basis dengan Hukum Ohm, kita dapatkan I = 5/10000 = 0,0005. Apakah saya benar bahwa ini 5mA? Saya mengganti R2 dengan resistor 5K dan beralih sama, yang akan menjadi 0,001 atau 10mA.

Seperti yang saya katakan, itu berfungsi saat ini. Saya hanya ingin memastikan bahwa saya membeli resistor yang tepat untuk pekerjaan itu. Saya tahu tujuannya adalah agar transistor sepenuhnya jenuh, tetapi saya tidak tahu apakah ini yang dilakukan atau tidak.

Terima kasih,

transistors digital-logic rtl

— Johnnytartar
sumber

bukankah satu miliAmp menjadi 1 / 1000A atau 1e-3A? Jika demikian, maka itu bukan 10mA seperti yang Anda tulis, tetapi 1mA. dan juga bukan 5mA tetapi 0,5mA atau 500uA. setuju?

— Cristiano

Setiap transistor memiliki gain saat ini, biasanya atau di lembar data. Nilai tipikal ada di urutan 100. Ketika transistor tidak jenuh, maka arus basis dan arus kolektor dihubungkan oleh faktor ini: $\beta$ $h_{fe}$

I_{c} = h_{f e} I_{b}

$I_c = h_{fe} I_b$

Ketika arus basis meningkat ke titik di mana arus kolektor tidak dapat meningkat lagi, transistor dikatakan jenuh . Arus kolektor tidak dapat bertambah lagi karena tidak dapat mengizinkan arus lagi - arus sepenuhnya dibatasi oleh R1 dalam diagram Anda, dan tegangan dari emitor ke kolektor minimal.

Ketika kita mendesain logika digital, kita tidak ingin hanya menjenuhkan transistor. Kami ingin menjenuhkan mereka banyak. Ini memberikan beberapa margin tambahan terhadap variasi dalam , dan juga memperhitungkan bahwa untuk frekuensi yang lebih tinggi (diperlukan untuk transisi cepat tinggi / rendah), dikurangi secara efektif. $h_{fe}$ $h_{fe}$

Rule of thumb: dalam logika digital, desain untuk arus kolektor 15 kali lebih besar dari arus basis.

Jadi di sini, Anda telah memilih resistor kolektor 1kΩ. Pada saturasi, tegangan emitor-kolektor jauh lebih kecil daripada tegangan suplai, sehingga kami dapat memperkirakan arus kolektor sebagai:

I_{c} = \frac{5 V}{1 k Ω} = 5 m A

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

Kami ingin arus basis menjadi 1/15 dari yang (0,33mA), dan tegangan melintasi resistor basis akan menjadi tegangan suplai, kurang sekitar 0,65V dari persimpangan basis-emitor Q1. Begitu:

R_{2} = \frac{5 V - 0.65 V}{0.33 m A} = 13 k Ω

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

Pilihan Anda 10k cukup dekat.

Anda juga dapat meningkatkan nilai resistor, mempertahankan rasio basis ke arus kolektor, tetapi mengurangi arus secara keseluruhan. Itu mengurangi konsumsi daya Anda, tetapi juga mengurangi kecepatan logika karena arus yang lebih kecil mampu mengisi kapasitansi parasit kurang cepat. Ini adalah trade-off kinerja vs konsumsi daya yang Anda dapatkan sebagai insinyur.

— Phil Frost
sumber

Jadi, kemampuan untuk sepenuhnya menjenuhkan transistor didasarkan lebih pada rasio arus kolektor / basis, daripada itu akan menjadi nilai aktual dari transistor? Dengan kata lain, saya mungkin dapat menggunakan beberapa jenis transistor dengan rasio 1K (kolektor) 13K (basis)?

— JohnnyStarr

Bagaimana pendekatan ini menjamin transistor akan jenuh jika Anda hanya merancang untuk mendapatkan 15?

— sherrellbc

@ Sherrellbc karena gain dari setiap transistor yang mungkin Anda gunakan akan memiliki keuntungan lebih dari 15.

— Phil Frost

@JohnnyStarr itu memang tergantung pada gain dari transistor, tetapi tipikal, tujuan umum, sinyal kecil BJT (seperti 2N3904, BC547, 2N2222, dll.) Akan memiliki gain saat ini pada urutan 100. Sebenarnya bervariasi tergantung pada margin yang lebar bahkan di antara spesimen dengan nomor bagian yang sama, jadi pendekatannya adalah mengantisipasi keuntungan yang pasti lebih kecil dari keuntungan yang akan Anda peroleh sehingga Anda bahkan tidak mengalami masalah di mana logika Anda tidak menjenuhkan transistor .

— Phil Frost

Jadi, karena gain kemungkinan jauh lebih tinggi Anda akan mengharapkan transistor jenuh jauh lebih awal daripada dengan arus basis 330uA? Idenya tampak solid tetapi arus basis itu tampaknya sangat kecil. Jika kita mengasumsikan transistor dapat jenuh pada arus kolektor 1mA maka perkiraan kasar akan tetapi arus basis terkait pada 10uA (~ gain 100)? Dan karena kami merancang untuk arus basis 330uA, saturasi dijamin.

— sherrellbc