Polarizzazione transistor

[daniele1996]

Ciao a tutti, dopo qualche difficoltà nel capire quale sia il metodo giusto per dimensionare le resistenze in un circuito con transistor sono riuscito a raggiungere un procedimento matematico che funziona, svolgendo una simulazione le tensioni sulle resistenze di collettore ed emettitore risultano, però la corrente che entra nella base misurandola è più bassa rispetto a quella che viene indicata nei calcoli.
Vi posto un esempio:
Lo schema a cui far riferimento è questo:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

L'alimentazione è di 12V,
Il transistor è un BC108 con Hfe=110 e Icmax=200mA
Per quanto riguarda l'Hfe ho preso il valore minimo però è indicato anche un valore massimo, in questi casi quale sarebbe il valore effettivo da usare nei calcoli?
Per calcolare le resistenze di collettore ed emettitore bisogna considerare la corrente massima che deve passare
in questo esempio è di 20mA, quindi .
Imponendo la tensione su Rc a 5V si può calcolare la resistenza
Invece la
Dimensionate queste due resistenze occorre dimensionare il partitore collegato alla base, da quello che ho trovato su internet la corrente del partitore deve essere 10 volte la corrente di base, impostando ad esempio il punto di lavoro con Ic=10mA si ottiene .
La tensione della base è data dalla Vre alla corrente del punto di lavoro sommata alla tensione di una giunzione, quindi
Per il partitore collegato alla base abbiamo e
Nella simulazione la corrente di collettore è di circa 9.8mA e le tensioni sono circa quelle ottenute dai calcoli con Ic=10mA però la corrente che entra nella base che dovrebbe essere di 90uA nella simulazione è di 30uA.
Il metodo che sto utilizzando per calcolare i valori è corretto? Per quanto riguarda la corrente di base, c'è qualcosa che non va bene?

[boiler]

Il transistor è un BC108 con Hfe=110 e Icmax=200mA
Per quanto riguarda l'Hfe ho preso il valore minimo però è indicato anche un valore massimo, in questi casi quale sarebbe il valore effettivo da usare nei calcoli?

E il valore massimo è 800, parliamo quindi di un fattore 8! Qualsiasi calcolo nel quale il guadagno debba essere conosciuto con precisione sarà destinato a cozzare con la dura realtà dei fatti.
IsidoroKZ, eri tu che dicevi "se l'hfe rientra nel calcolo non funzionerà nulla"? (o qualcosa del genere)

Quale valore si usa quindi? Quello che ti permette di ottenere con sicurezza l'effetto che desideri. Per esempio, se usi il transistor come interruttore per un carico di 100 mA, prenderai la hfe minima. Perché se dimensioni la resistenza di base per un guadagno di 800, ottieni che vuoi una corrente di base di 0.125 mA. Selezioni la resistenza di conseguenza, ma poi ti ritrovi con un transistor con un guadagno di 300 e il tuo carico si vede solo poco meno di 40 mA.

Il metodo che sto utilizzando per calcolare i valori è corretto? Per quanto riguarda la corrente di base, c'è qualcosa che non va bene?

Ci sono un paio di falle nel tuo ragionamento:
- tu assumi che la caduta di tensione tra collettore ed emettitore sia nulla. Non lo è, quindi devi sottrarla dai 12 V quando determini Re e Rc.
- come abbiamo visto la variabilità di hfe è enorme
- la corrente che entra nella base, da dove arriva? Tu consideri la corrente su R1 pari a quella su R2. Se così fosse, Kirchhoff doce che non ci sarebbe nessuna corrente in entrata alla base.
- la Vbe, che tu assumi essere 0.7 V, dipende anche lei da molti fattori e può essere minore

Boiler

[MarcoD]

Il tuo ragionamento è abbastanza corretto, concordo con le osservazioni di boiler.
Dal punto di vista metodologico, dovresti esplicitare prima cosa vuoi fare:
Uno stadio amplificatore invertente ? uno stadio accoppiatore con uscite in fase e in controfase? Che guadagno in tensione?
quale è la massima ampiezza picco-picco non distorta del segnale in uscita?
Che valore ha il carico? E l'impedenza in ingresso?
Quale è il campo di variazione dell'hfe fra il migliore e il peggiore transistor che vuoi utilizzare?

perché imponi una corrente di 20 mA e non 2 mA ?
e una tensione di alimentazione di 12 V e non 5 o 3 V ?

[daniele1996]

L'obiettivo del circuito è di riuscire a capire come devo muovermi correttamente dal punto di vista matematico a corrente fissa, farlo diventare un amplificatore o qualche altra cosa può essere uno step successivo.
Nel calcolare Rc e Re considero la Vce può essere che vada considerata il parametro Vce sat?(0.6V), però la corrente che faccio passare è di 10mA con le relative tensioni sulla Rc,Re e Vce diversa da zero.
Per quanto riguarda l'hfe, quindi conviene considerare sempre la minima?
Per quanto riguarda il partitore della base, si, effettivamente mi sembra un po strano il fatto che si trascuri la corrente che entra nella base, quindi in questo caso come si fa? si somma la corrente di base a quella del partitore e si calcola la resistenza?
Per quanto riguarda la Vbe si, in alcuni è 0,3V (forse quelli al germanio?)

[boiler]

Nel calcolare Rc e Re considero la Vce può essere che vada considerata il parametro Vce sat?

Se sei in saturazione, altrimenti no.
Invece di parlare in via puramente teorica, guardiamo in un datasheet. Prendiamone uno fatto un po' meglio di quello del BC108. Ha altre caratteristiche e i valori sono diversi, ma l'idea generale resta la stessa:
https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/ ... BC56PA.pdf

Figura 18 ti dà la Vcesat, che come vedi dipende da diversi parametri.
Se invece non sei in saturazione, devi guardare Figura 16.

Inoltre in figura 15 vedi bene perché la hfe non si può usare per dimensionare un circuito la cui precisione ne dipenda.

Per quanto riguarda l'hfe, quindi conviene considerare sempre la minima?

Nelle applicazioni tipiche con transistor sì, ma non direi che è una regola sempre valida. Si tratta in realtà di capire che impatto hanno i parametri dei componenti sul funzionamento del mio circuito e definire quale direzione è quella che causa il worst-case.

Per quanto riguarda il partitore della base, si, effettivamente mi sembra un po strano il fatto che si trascuri la corrente che entra nella base, quindi in questo caso come si fa? si somma la corrente di base a quella del partitore e si calcola la resistenza?

Si somma la corrente di base a quella della metà superiore del partitore. Conosci le leggi di Kirchhoff?

Per quanto riguarda la Vbe si, in alcuni è 0,3V (forse quelli al germanio?)

Senza scomodare il germanio, guarda figura 17 nel datasheet che ho linkato sopra. La Vbe dipende dalla temperatura e dalla corrente di collettore.

Boiler

[djnz]

Per quanto riguarda il partitore della base, si, effettivamente mi sembra un po strano il fatto che si trascuri la corrente che entra nella base, quindi in questo caso come si fa?

Dal punto di vista strettamente pratico, dal momento che l'hfe (e quindi la corrente di base richiesta) è molto variabile, si fa circolare nel partitore di base una corrente molto maggiore, in modo che la corrente di base che viene effettivamente a stabilirsi ne sposti di poco la tensione teorica.

A questo punto con la Re determini la corrente circolante (che sarà molto maggior della Ib) , e con la Rc determini la tensione sul collettore come caduta rispetto alla Vcc.

A causa di tolleranze e temperatura, i valori non saranno esattamente quelli calcolati, ma con corrente nel partitore di base abbastanza elevata rispetto alla Ib, e resistenza Re non troppo piccola (per evitare ampie variazioni di corrente dovute alla temperatura), i valori non saranno "troppo" distanti.

[banjoman]

https://www.electroyou.it/banjoman/wiki/calcolo-della-rete-di-polarizzazione-per-i-bjt

[Piercarlo]

Dirò la mia un po' da praticone: il transistore si prende nella base la corrente che gli serve, quale che sia. Nostro compito sarà semplicemente fargliela trovare evitando allo stesso tempo che le sue variazioni, per qualsiasi motivo si verifichino, vadano a stravolgere il suo punto di lavoro - soprattutto a riposo.
I passaggi necessari sono sostanzialmente due: 1) si stabilisce un guadagno di corrente conveniente (ad esempio 100) e si sceglie un transistor che, alla corrente di riposo desiderata (prestabilita dalle varie esigenze del circuito in cui il transistor è inserito) abbia un guadagno in corrente minimo superiore (possibilmente molto superiore) a quello prestabilito; 2) si applica una controreazione locale in continua (per lo più con una resistenza in serie all'emettitore ma è solo il sistema più usato, non l'unico) in modo da contrastare le variazioni della tensione tra base ed emettitore (Vbe) che si producono durante il funzionamento principalmente a causa della dissipazione termica del transistore e della temperatura a cui lavora, quale che sia.

Il trucco per avere un contrasto efficace delle variazioni di corrente è far sì che sulla resistenza di emettitore le variazioni di tensione provocate dalle variazioni della corrente che vi transita siano robustamente superiori alle variazioni di Vbe che le provocano. Così facendo, poiché le due variazioni di tensione hanno effetti contrastanti tra di loro, tendono a stabilizzare le variazioni di corrente che attraversano il transistore a un valore inferiore di quelle che si avrebbero se la Vbe propria del transistore non fosse contrastata nei suoi cambiamenti dalla tensione sulla resistenza di emettitore. che in buona sostanza non fa altro che aggiungere il suo peso nella composizione del totale della tensione che sulla base governa il comportamento del transistore.

O detta in altro modo: le due tensioni (Vbe e Vre) che governano la corrente di uscita del transistor assumono, sommandosi, un peso differente nella sua determinazione e quindi anche nel suo comportamento. Su questo meccanismo poggia la stabilizzazione del punto di lavoro del transistore sia nei confronti della temperatura, sia rispetto alle tolleranze con cui vengono prodotti i transistor stessi.

[daniele1996]

Ringrazio tutti per le risposte, ho visto i grafici nel datasheet indicato da boiler, (che nel BC108 non ci sono) sinceramente penso che nel caso della Vbe la variazione possa interessare il caso in cui siano necessarie precisioni maggiori, invece il discorso della Vce sat sia che indicata come grafico o come valore in tabella è importante, però in base alla precisione del circuito su cui lavorare si può dire che si può approssimare. Invece nel grafico Hfe Ic non so come interpretarlo, in quanto l'Hfe indicato nei valori in tabella è differente dai valori nel grafico (però magari ancora sono un po troppo inesperto per riscire a comprendere l'utilità di questo grafico).
Guardando l'articolo il metodo è di sicuro quello che in genere si usa ma attualmente faccio confusione nel procedimento, sicuramente sarà uno dei miei step successivi capire bene come si combinano le equazioni dell'ingresso e dell'usicta, da qualche parta dovrei avere degli appunti riguardanti uno stadio di amplificatore, però che mi ricordi non c'è come calcolare la hie e hoe, magari troverò qualcosa su qualche libro di elettronica.
La Vbe che si usa come tensione di giunzione è indicata come Vbe sat? Nel datasheet del BC108 sono indicati due valori come "maximum" : 0.83V e 1.05V, Stessa cosa per la Vce sat, sono indicati due valori: 0.25V e 0.60V
Quali dei due vanno usati?
Tra i parametri spunta la voce Emitter-Base voltage indicata come Vebo con valore di 5V(per il BC108) per che cosa si usa?
Nel frattempo ho svolto un altro esercizio sempre con il BC108:
Lo scopo di questo esercizio è di realizzare un circuito che faccia passare dai 5mA ai 15mA sulla resistenza di collettore interagendo su un potenziometro messo in serie alla resistenza superiore di base.
Facendo riferimento sempre al circuito in [1] Considerando Vcesat 0.25V e Vbe 0.83V



Consideriamo la Ic min 5mA con questa corrente di collettore la
Quindi la corrente della resistenza R2 sarà di 10 volte la Ib quindi , la tensione di base e quindi la resistenza
Per la resistenza superiore abbiamo una corrente di e quindi
Quindi questo è per quanto riguarda la corrente minima, invece per la corrente massima bisogna ricalcolare la R1 tenendo conto che la tensione Vb è più alta e quindi sulla R2 scorre una corrente differente:
Ic=15mA ->, questo vuol dire che la corrente che scorrerà nel partitore sarà di invece la . La corrente che scorre su R1 sara di quindi è possibile calcolare R1
Quindi il potenziometro da mettere in serie alla resistenza è di
Ho fatto una simulazione e la corrente di collettore varia dai 5.8mA ai 16mA, c'è anche da dire che volendo realizzare il circuito bisogna considerare i valori commerciali delle resistenze, quindi (potrebbe) essere un valore accettabile, o no? che ne pensate?

[djnz]

Il circuito che descrivi è un generatore di corrente costante regolabile. È un circuito lineare dove la RC potrebbe anche valere zero e la corrente sarebbe la stessa in quanto dipende solo da

La VCEsat va considerata come limite del generatore in cui il funzionamento cessa di essere lineare. In pratica non deve mai succedere che la tensione residua possa essere minore della VCEsat.

Il che accade per corrente troppo elevata o per Rc troppo elevata (con caso limite collettore aperto).

Per lo stesso motivo (non siamo lavorando in saturazione) non si usa la VBEsat, ma in generale i consueti 0.65 V

La Vebo è la tensione inversa sopportabile dalla giunzione e-b

Con i valori da te riportati, trascurando totalmente la corrente di base, mi risultano da 6.1 a 16.6 mA, quindi compatibili.