Qual è la resistenza ideale per un valore di resistenza di base 2N3904 quando si utilizza la logica RTL?

Ho un sacco di transistor 2N3904 e vorrei usarli per il mio progetto logico RTL. Sulla base di ciò che ho potuto capire sul web e delle parti che avevo, ho ottenuto che le porte logiche funzionassero abbastanza bene con i seguenti valori:

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Anche se funziona bene, sono un po 'preoccupato per quello che ho letto sulla scheda tecnica per il 2N3904. Indica che la tensione di saturazione dell'emettitore di base ha le seguenti specifiche:

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

Sto facendo fatica a capire cosa significhi esattamente. Se si calcola la corrente per l'ingresso di base con la legge di Ohm, si ottiene I = 5/10000 = 0,0005. Ho ragione che questo è 5mA? Ho sostituito R2 con un resistore da 5K e ha cambiato lo stesso, che sarebbe 0,001 o 10mA.

Come ho detto, al momento funziona. Voglio solo assicurarmi di acquistare i resistori giusti per il lavoro. So che l'obiettivo è che il transistor sia completamente saturo, tuttavia non so se è così che si fa o no.

Grazie,

transistors digital-logic rtl

— JohnnyStarr
fonte

un miliAmp non sarebbe 1 / 1000A o 1e-3A? In tal caso, non è 10mA come hai scritto, ma 1mA. e inoltre non è 5mA ma 0,5mA o 500uA. essere d'accordo?

— Cristiano,

Ogni transistor ha un guadagno di corrente, di solito $\beta$ o $h_{fe}$ nel foglio dati. I valori tipici sono dell'ordine di 100. Quando il transistor non è saturo, la corrente di base e la corrente del collettore sono correlate da questo fattore:

{io}_{c} = h_{f e} {io}_{B}

$I_c = h_{fe} I_b$

Quando la corrente di base aumenta fino al punto in cui la corrente del collettore non può più aumentare, si dice che il transistor è saturo . La corrente del collettore non può più aumentare perché non può consentire più corrente: la corrente è interamente limitata da R1 nel diagramma e la tensione dall'emettitore al collettore è al minimo.

Quando progettiamo la logica digitale, non vogliamo saturare a malapena i transistor. Vogliamo saturarli molto. Ciò fornisce un margine aggiuntivo rispetto alle variazioni di $h_{fe}$ e tiene anche conto del fatto che per frequenze più alte (necessario per transizioni alte / basse veloci), $h_{fe}$ è effettivamente ridotto.

Regola empirica: in logica digitale, progettazione per una corrente di collettore 15 volte maggiore della corrente di base.

Quindi, qui, hai selezionato una resistenza del collettore di 1kΩ. Alla saturazione, la tensione dell'emettitore-collettore è molto inferiore alla tensione di alimentazione, quindi possiamo stimare la corrente del collettore come:

{io}_{c} = \frac{5 V}{1 K Ω} = 5 m UN

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

Vogliamo che la corrente di base sia 1/15 quella (0,33 mA), e la tensione attraverso la resistenza di base sarà la tensione di alimentazione, a meno di circa 0,65 V dalla giunzione emettitore di base di Q1. Così:

R_{2} = \frac{5 V - 0.65 V}{0,33 m UN} = 13 K Ω

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

La tua selezione di 10kΩ è abbastanza vicina.

È inoltre possibile ridimensionare i valori della resistenza, mantenendo il rapporto tra la base e la corrente del collettore, ma riducendo la corrente complessiva. Ciò riduce il consumo di energia, ma riduce anche la velocità logica poiché le correnti più piccole sono in grado di caricare le capacità parassite in modo meno rapido. Questo è un compromesso tra prestazioni e consumo di energia che puoi ottenere come ingegnere.

— Phil Frost
fonte

Quindi, la capacità di saturare completamente il transistor si basa più sul rapporto delle correnti di collettore / base, che sui valori effettivi del transistor? In altre parole, potrei probabilmente usare diversi tipi di transistor con un rapporto 1K (collettore) 13K (base)?

— JohnnyStarr,

In che modo questo approccio garantisce che il transistor sarà in saturazione se si sta progettando solo per un guadagno di 15?

— Sherrellbc,

@sherrellbc perché il guadagno di qualsiasi transistor che probabilmente utilizzerai avrà un guadagno di molto superiore a 15.

— Phil Frost,

@JohnnyStarr dipende dal guadagno del transistor, ma un tipico BJT per piccoli segnali generico (come 2N3904, BC547, 2N2222, ecc.) Avrà un guadagno corrente dell'ordine di 100. In realtà varia di un ampio margine anche tra esemplari dello stesso numero di parte, quindi l'approccio consiste nell'anticipare un guadagno che è sicuramente inferiore al guadagno che si otterrà in modo da non incorrere nemmeno in un problema in cui la logica non saturi il transistor .

— Phil Frost,

Quindi, poiché il guadagno è probabilmente molto più alto, ti aspetteresti che il transistor si saturi molto prima rispetto a una corrente di base di 330uA? L'idea sembra solida ma quella corrente di base sembra davvero piccola. Se stiamo assumendo che il transistor possa saturare alla corrente del collettore 1mA, allora una stima approssimativa sarebbe ma la corrente di base associata a 10uA (~ guadagno di 100)? E poiché stiamo progettando una corrente di base di 330uA, la saturazione è garantita.

— Sherrellbc,