Hallo liebes Forum, gestattet mir zu dieser später Stunde eine Frage: In manchen Datenblättern eines Bipolaren Transistors, wird der Wert der Stromverstärkungsfaktor für die Sättigung auch angegeben(Hfe_sat). Aber leider in den meisten Datenblättern ist dieser nicht angegeben. Dort wird meist nur ein Wert angegeben, indem der Transistor linear arbeitet angegeben.(Z.b. bei VCE=2V) Mich Interessiert jedoch, wie ich beispielsweise für Typ XY, die Sättigungsstromverstärkung berechnen kann. Es gibt zwar hier so Daumenregeln, aber die sind mir zu unpräzise(bsp.: Hfe/10). Ausmessen wäre auch eine Option, aber das möchte ich erstmal nicht. Es wird doch im Bereich der Possibility liegen, diesen aus einem gegebenen Datenblatt zu definieren, oder wage ich mich zu weit auf die Planke? Ich weiss es gibt Exemplarstreuungen etc., aber Ihr Experten habt da bestimmt gute Ansätze. Ich wäre froh wenn jemand einen Ansatz hätte, und würde mich schonmal im Voraus bedanken. MfG Lieber Kerl
Ohne Daumenregel bist du mit der Possibility gefährlich weit auf der Planke :)
LieberKerl schrieb: > In manchen Datenblättern eines Bipolaren Transistors, wird der Wert der > Stromverstärkungsfaktor für die Sättigung auch angegeben(Hfe_sat). > > Aber leider in den meisten Datenblättern ist dieser nicht angegeben. > Dort wird meist nur ein Wert angegeben, indem der Transistor linear > arbeitet angegeben.(Z.b. bei VCE=2V) Das ist auch deutlich sinnvoller. Denn man kann zwar eine Grenze zwischen linearem und Sättigungsbereich angeben, aber wie weit man in die Sättigung will, ist eher Geschmackssache [1]. > Mich Interessiert jedoch, wie ich beispielsweise für Typ XY, die > Sättigungsstromverstärkung berechnen kann. Es gibt zwar hier so > Daumenregeln, aber die sind mir zu unpräzise(bsp.: Hfe/10). Etwas besseres wirst du aber nicht bekommen. Es gibt im wesentlichen zwei Ansätze: 1. man setzt einen sehr hohen Basisstrom an, z.B. I_b = I_c/10 - entsprechend einer effektiven Stromverstärkung von 10. So bekommt man natürlich schön niedrige, werbewirksame Sättigungsspannungen hin. Aber praxisgerecht ist das nicht unbedingt. 2. man rechnet ausgehend von der tatsächlichen [2] Stromverstärkung beim gewünschen Kollektorstrom mit einem willkürlich festgelegten Übersteuerungsfaktor zwischen ca. 3 und 10. Die effektive Stromverstärkung ist dann um diesen Faktor geringer als die nominelle. [1] Wenn man Verluste im Kollektorkreis (U_ce * I_c) und Ansteuerverluste addiert und dann diese Summe minimieren will, gibt es natürlich auch ein Optimum irgendwo. [2] modulo Exemplarstreuung etc.
Irgendwo sollte es eine Kurve Saettigungsspannung zu Saettigungsstrom geben, dort ist auch der Kollektorstrom dabei.
Wie alt sind die Datenblätter? Es ist sicher jetzt die Kurzschluß-Stromverstärkung.
Bei der Transistorkennlinie ist die Bestimmung der "Sättigung" für einen gegebenem Kollektorstrom etwas willkührlich. Wählt man bei z.B. bei http://www.hobby-bastelecke.de/bilder/halbleiter/arbeitspunkt.gif einen Kollektorstrom von 38 mA, hat man einen linearen Arbeitspunkt bei 6 V Kollektorspannung und 150 µA Basisstrom. Aber ab welchem Basisstrom erhält man Sättigung und bei welcher Kollektorspannung ? Bei 300, 350 oder 400 µA ? Die Exemplarstreuungen kommen noch dazu.
U. B. schrieb: > Bei der Transistorkennlinie ist die Bestimmung der "Sättigung" für einen > gegebenem Kollektorstrom etwas willkührlich. Da hast Du die Antwort!
U. B. schrieb: > Aber ab welchem Basisstrom erhält man Sättigung und bei welcher > Kollektorspannung ? > Bei 300, 350 oder 400 µA ? Bei der Kurzschlußstromverstärkung ist die Kollektorspannung nebensächlich. Da wird der Strom gemessen ohne Kollektorwiderstand.
Guten Abend, Erstmal vielen Dank fuer die Antworten. Ich definiere erstmal pauschal die Sättung so: Uce.sat <<<<< Ube.sat(also wenn uce viel viel viel kleiner ist, als dir BE Spannung). Mir gehts prinzipiell darum, bei einem festen Basisstrom z.b. 1.5mA, wie hoch dann der Kollektorstrom werden kann, wenn obige Bedingung noch eingehalten wird. Das kann man ja ausmessen, aber ich wollte wissen obs da eine 'theorethische methode' gibt. Vielen Dank
LieberKerl schrieb: > ich wollte wissen obs > da eine 'theorethische methode' gibt. Ja, das Studium der Kennlinienfelder im Datenblatt.
Mark Space schrieb: > LieberKerl schrieb: >> ich wollte wissen obs >> da eine 'theorethische methode' gibt. > > Ja, das Studium der Kennlinienfelder im Datenblatt. Guten Abend, ich mag ja solche pauschale Aussagen ungemein, das ist mir klar. Aber du hättest ja mal ein Beispiel machen können, dann wäre ich dir sogar dankbar gewesen° ;) Gut ich versuche mal 2 Beispiele auf die Beine zu stellen, Korrekturen unbedingt erwünscht, teilt euer Wissen! :) Beides sind Transistoren die fürs Schalten spezifiziert sind, also kleine Sättigungsspannung, schnelle Schaltzeiten. Hohe Verstärkung im Linear-Modus. ------------------------------- Nehmen wir mal ein Beispiel: Gegeben: - Transistor: FCX617 - Basisstrom: 1mA. - DB: http://www.diodes.com/datasheets/FCX617.pdf - Emitterschaltung (Spannungsversorgung und Kollektorwiderstand variabel, um Sättigungspunkt/übergang in linearen Bereich zu navigieren) Gesucht: - Maximaler Kollektorstrom wenn Uce.sat << Ube.sat Mal davon abgesehen, dass das Datenblatt seine Kennlinienfelder nur für fixe Verhältnisse(10, 60, 100) angibt, lässt sich meiner Meinung nach daraus nichts vernünftiges herleiten. Ich würde daher in diesem Fall sagen, bei 100mA +- steigt der Kollektorstrom nicht weiter an, wenn man Versorgungsspannung erhöht oder Kollektorwiderstand senkt. -------------------------------- Nun ein zweites Beispiel: Gegeben: - Transistor: 2SD1012H (H steht für Hfe 480-960@VCE=2V) - Basisstrom: 1mA. - DB: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/EN0676-D.PDF - Emitterschaltung (Spannungsversorgung und Kollektorwiderstand variabel, um Sättigungspunkt/übergang in linearen Bereich zu navigieren) Gesucht: - Maximaler Kollektorstrom wenn Uce.sat << Ube.sat Diesen Datenblatt hat bessere Kennlinienfelder, mal schauen. Ube.sat liegt laut DB bei max. 1V, nach Kennlinie irgendwo zwischen 0.6V und 0.8V bei einem Basisstrom von 1mA. Gehen wir mal von Ube.sat 0.8V aus. Für den Sättigungsbetrieb gehe ich mal von 30mV Uce.sat aus. Mit den Angaben kann ich mir den Kollektorstrom aus dem Ausgangskennlinienfeld holen, der da dann ungefähr bei 50mA liegt. Somit kann ich sagen, wenn ich einen Basisstrom von 1mA habe. Fließt bei einer Kollektor-Emittier-Sättigungsspannung von 30mV ein Kollektorstrom von 50mA. Somit hätte ich eine effektive Verstärkung von 50 im Sättigungsbetrieb. Wenn ich nun hingehen würde, und meine Last am Kollektor verkleinere oder die Versorgungsspannung erhöhe. Würde ich zwar den Kollektorstrom erhöhen, jedoch würde ich dadurch eine höhere Uce.sat bekommen. Bis zum Punkt, an dem Uce noch kleiner als Ube.sat ist, wäre ich ja im quasi-sättigungsbereich richtig? Das würde wiederum bedeuteten: Bei Uce=0.8V Ib=1mA, würde ich rund 300mA rausholen können. Aber dann wäre der Transistor ja nicht mehr gesättigt. Das würde wiederrum heißen, dass meine ursprüngliche Annahme doch richtig ist, dass ich eine Sättigungsverstärkung von 50 habe? ---------------------------------- Ich mach hier ja nicht einfach so Gedanken, für solche Sachen. Es geht um eine Joule-Thief Schaltung(standard), um die Definition des Sättigungsstromes. Welches dort ein Abschaltkriterium ist. Und zwar, ein Joule-Thief schaltet auf zwei verschiedene Arten ab, Trafo-Sättigung(wenn Kerne verwendet werden), ist aber reichlich ineffektiv. Wenn man vernünftigen Kern+Dimensionierung verwendet, kommt man nichtmal in die Nähe von Bmax. Zweite Abschalt-Ursache ist die "Sättigung" des Transistor, und zwar ist Basisstrom in der Einschaltphase(positive Kopplung durch Trafo) eines Joule Thief's umgefähr: Ib = (1+N2/N1) * U_quelle - Ube / Rb, der verändert sich nicht in der Einschaltphase. Der Kollektorstrom steigt, wenn vernünftig dimensioniert!, linear von null beginnend an und irgendwann wenn - Der Sättigungspunkt - erreich ist, steigt dieser nicht weiter an, und der Transistor schaltet aus, aufgrund der nun negativen Kopplung durch den Trafo. Da B nicht weiter steigt, wird folglich in die zweite Wicklung Spannung induziert: U_aus = U_N1 * N2/N1 * (ton/T-ton) in negativer Richtung. Womit man nun an N2 U_N2_Ausschaltphase = (1+N2/N1)*U_N1 - U_aus anliegt. Naja what ever. ---------------------------------------------- Mir gehts darum, das Joule Thief gibt es seit Jahrzehnten, und im Internet gibt es absolut nichts, was auch brauchbar wäre, um sowas vernünftig auf die Beine zu stellen(Effizienz+Funktion). Man findet nur halb ausgegorenen Mist, willkürlich hinzugefügte zusätzliche Komponenten die meiner Meinung nach keinen Sinn ergeben. Wie auch immer. Es gibt tausende Schaltungen, aber die meisten, verstehen nichtmal ihre "selbstentwickelte" Schaltung, was auch in gewisserweise ironisch ist ;) Gut die Schaltung basiert auf so ziemlich vielen Nebenwerten, aber man doch mit ein wenig Gehirnschmalz etwas daraus machen oder nicht?! -------------------------------------------- Ich würde mich freuen, wenn ihr Ideen habt, zu meiner eigentlichen Frage. Einen schönen Abend noch! Liebe Grüße, LieberKerl.
LieberKerl schrieb: > ich versuche mal 2 Beispiele auf die Beine zu stellen, Korrekturen > unbedingt erwünscht, teilt euer Wissen! :) > ------------------------------- > - Transistor: FCX617 > - Basisstrom: 1mA. > - DB: http://www.diodes.com/datasheets/FCX617.pdf > - Emitterschaltung (Spannungsversorgung und Kollektorwiderstand > variabel, um Sättigungspunkt/übergang in linearen Bereich zu navigieren) > Gesucht: > - Maximaler Kollektorstrom wenn Uce.sat << Ube.sat 1. bei U_be(sat) ... was soll da das (sat) bedeuten? Die Basis-Emitter- Strecke ist ein pn-Übergang. Der verhält sich im wesentlichen unabhängig davon, welcher Kollektorstrom fließt und welche Kollektor-Emitter- Spannung anliegt. Bei deinem festgelegten Basisstrom von 1mA wird U_be irgendwo um 0.65V liegen. Nach deiner eigenen Definition ist der Sättigungsbereich also der Bereich u_ce <= 0.65V. > Mal davon abgesehen, dass das Datenblatt seine Kennlinienfelder nur für > fixe Verhältnisse(10, 60, 100) angibt, lässt sich meiner Meinung nach > daraus nichts vernünftiges herleiten. Ich würde daher in diesem Fall > sagen, bei 100mA +- steigt der Kollektorstrom nicht weiter an, wenn man > Versorgungsspannung erhöht oder Kollektorwiderstand senkt. Seite 3 oben links zeigt das Ausgangskennlinienfeld. Zwar in einer etwas eigenwilligen Parametrisierung, aber was solls. Die Punkte die einem Basisstrom von 1mA entsprechen sind bei I_c = 10/60/100mA auf den jeweiligen Kurven. Die zugehörigen Werte von U_ce kannst du selber finden. Aber die liegen sämtlich weit unterhalb von 0.65V. Ergebnis: man kann mit diesem Transistor problemlos 100mA schalten und ihn dabei weit in die Sättigung fahren. Die gesuchte Größe I_c bei U_ce = 0.65V kann man aus dem Datenblatt nicht ableiten. > -------------------------------- > - Transistor: 2SD1012H (H steht für Hfe 480-960@VCE=2V) > - Basisstrom: 1mA. > - DB: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/EN0676-D.PDF > Gesucht: > - Maximaler Kollektorstrom wenn Uce.sat << Ube.sat > > Diesen Datenblatt hat bessere Kennlinienfelder, mal schauen. > > Ube.sat liegt laut DB bei max. 1V, nach Kennlinie irgendwo zwischen 0.6V > und 0.8V bei einem Basisstrom von 1mA. Gehen wir mal von Ube.sat 0.8V > aus. > > Für den Sättigungsbetrieb gehe ich mal von 30mV Uce.sat aus. Warum nur so wenig? Na deiner eigen Definition ist alles unterhalb 0.65V (hier sogar 0.8V) schon Sättigung. > Mit den Angaben kann ich mir den Kollektorstrom aus dem > Ausgangskennlinienfeld holen, der da dann ungefähr bei 50mA liegt. Eher 40mA. Aber was solls. Das Diagramm zeigt ja typische Werte. Du hast keine Garantie, ob dein Exemplar besser oder schlechter sein wird. > Somit kann ich sagen, wenn ich einen Basisstrom von 1mA habe. Fließt bei > einer Kollektor-Emittier-Sättigungsspannung von 30mV ein Kollektorstrom > von 50mA. Somit hätte ich eine effektive Verstärkung von 50 im > Sättigungsbetrieb. So weit, so offensichtlich. > Wenn ich nun hingehen würde, und meine Last am Kollektor verkleinere > oder die Versorgungsspannung erhöhe. Würde ich zwar den Kollektorstrom > erhöhen, jedoch würde ich dadurch eine höhere Uce.sat bekommen. > > Bis zum Punkt, an dem Uce noch kleiner als Ube.sat ist, wäre ich ja im > quasi-sättigungsbereich richtig? Nach deiner eigenen Definition, ja. Und nicht "quasi", sondern wirklich. > Das würde wiederum bedeuteten: Bei Uce=0.8V Ib=1mA, würde ich rund 300mA > rausholen können. Richtig. Die "Sättigungs-Stromverstärkung" (die es aber streng genommen nicht gibt) liegt je nachdem, wo du "Sättigung" genau ansetzt, für ein typisches Exemplar dieses Transistors irgendwo zwischen 40 und 300. Genau deswegen schrieb ich ... im Beitrag #3984797: > wie weit man in die Sättigung will, ist eher Geschmackssache [1]. Das Diagramm h_fe vs. I_c zeigt ein Maximum von h_fe ~= 400. D.h. je nachdem, wo du "Sättigung" definierst, hast du effektiv noch 75% .. 10% von diesem Wert. Schrieb ich übrigens auch schon ... im Beitrag #3984797: > man rechnet ausgehend von der tatsächlichen [2] Stromverstärkung beim > gewünschen Kollektorstrom mit einem willkürlich festgelegten > Übersteuerungsfaktor zwischen ca. 3 und 10. Die effektive > Stromverstärkung ist dann um diesen Faktor geringer als die nominelle. ----- > Es geht um eine Joule-Thief Schaltung(standard), um die Definition des > Sättigungsstromes. Welches dort ein Abschaltkriterium ist. <Möööp> Thema verfehlt, setzen. Sechs! Bei einem Joule-Thief geht es um den Sättigungsstrom der Spule ! > Und zwar, ein Joule-Thief schaltet auf zwei verschiedene Arten ab, > Trafo-Sättigung(wenn Kerne verwendet werden), ist aber reichlich > ineffektiv. Wenn man vernünftigen Kern+Dimensionierung verwendet, kommt > man nichtmal in die Nähe von Bmax. Das ist eine sehr eigenwillige Definition von "vernünftigen Kern+Dimensionierung". Bei einem selbstschwingenden Sperrwandler nutzt man ja gerade den Effekt der magnetischen Sättigung aus. Man will den Kern in die Sättigung bringen. Wenn der Transistor vor dem Kern sättigt, dann ist eines von beiden falsch dimensioniert. > Mir gehts darum, das Joule Thief gibt es seit Jahrzehnten, und im > Internet gibt es absolut nichts, was auch brauchbar wäre, um sowas > vernünftig auf die Beine zu stellen(Effizienz+Funktion). Ein Joule-Thief ist per Definition ein hingerotzter Sperrwandler bei dem die Effizienz eine eher untergeordnete Rolle spielt. Wenn es um Effizienz geht, dann baut man sowas anders. Z.B. (quasi)resonant. Oder, wenn man partout nicht in die magnetische Sättigung will, dann eben fremderregt und mit hinreichend überdimensioniertem Kern.
Guten Abend Axel, Vielen Dank fuer die ausfuerliche Antwort! Ich denke da ist praktisches ausmessen einiger Exemplare angesagt. Jedoch stimmt das mit der magnetischen Sättigung so nicht. Wenn du mir nicht glaubst, bau ein Joule Thief auf und stell den Basisstrom ganz niedrig ein. Mit einem z.b. RM12 Kern mit paar Windungen, kommst du nichtmal ansatzweise in die Magnetische Sättigung. Der Transistor selber sorgt dafuer dass abgeschaltet wird, weil frueher keine Reserve an Verstärkung mehr da ist, womit der Strom nicht weiter steigt und damit auvh deine Flussdichte stagniert. Da hast du keine magnrtische Sättigung. Ich erzaehl keinen Mist. Du kannst das gerne mal austesten. Schoenen Abend noch!
Sorry wollte noch was anhaengen. Magnetische Sättigung ist wesentlich ineffektiver, als wenn man das Teil so dimensioniert, dass der "Transistor saettigt". Der Peak-Value des Stromes also der Saettigungsstrom ist der Abschaltpunkt, bzw definiert diesen. Womit ich das Thema nicht verfehlt habe und in der Schule bin ich auch nicht mehr. Ich verbitte mir solche Floskeln. Sonst nochmal herzlichen Dank. Bis morgen. Liebe Grüsse LieberKerl
LieberKerl schrieb: > ... stimmt das mit der magnetischen Sättigung so nicht. > Wenn du mir nicht glaubst, bau ein Joule Thief auf und stell den > Basisstrom ganz niedrig ein. Mit einem z.b. RM12 Kern mit paar > Windungen, kommst du nichtmal ansatzweise in die Magnetische Sättigung. Das ist keine Frage des Glaubens. Und aufbauen muß ich da auch nichts. Selbstverständlich schwingt der auch ohne daß der Kern in die Sättigung geht. Weil auf die eine oder andere Weise der Strom in der Primärwicklung nicht mehr weiter steigt. Korrekt dimensioniert man das aber so, daß der magnetische Kreis beim gewünschten Strom in Sättigung geht. U.a. deswegen, weil man die magnetischen Eigenschaften deutlich besser vorhersagen kann als die Verstärkung des Transistors. Außer natürlich beim Joule Thief, der ja definitionsgemäß aus dem Bodensatz der Bastelkiste gebaut wird. > Magnetische Sättigung ist wesentlich ineffektiver, als wenn man das Teil > so dimensioniert, dass der "Transistor saettigt". Nein. Wenn der Transistor zuerst sättigt, begrenzt das in erster Linie die Ausgangsleistung. Das Optimum erreicht man, wenn beide Phänomene gleichzeitig einsetzen, weil man dann am wenigsten Basisstrom unnötig verpulvert. > Der Peak-Value des Stromes also der Saettigungsstrom ist der > Abschaltpunkt, bzw definiert diesen. Womit ich das Thema nicht verfehlt > habe und in der Schule bin ich auch nicht mehr. Ich verbitte mir solche > Floskeln. Ist nicht meine Schuld daß du den selbstschwingenden Sperrwandler nicht verstanden hast. Daß das Phänomen beim Transistor und im magnetischen Kreis gleich heißt, bedeutet nicht daß es austauschbar ist. Wenn die Kollektor-Emitterspannung des Transistors so weit ansteigt daß der Sperrwandler in den Sperrzustand kippt, dann ist der Transistor schon lange aus der Sättigung raus. Und eigentlich will man den Transistor in dieser Schaltung auch gar nicht übermäßig sättigen. Weil der Basisstrom direkt am Wirkungsgrad frißt.
Bei schnellem Durchfliegen des Thread, sah ich bisher noch keine brauchbare Zahl. Einen normalen NPN kann man bei Nennstrom auf ca 50..100mV runter saettigen. Wenn man weniger will muss man mit Mosfets arbeiten. Dort sind beliebig kleine Spannungen moeglich.
> Ich definiere erstmal pauschal die Sättung so: > Uce.sat <<<<< Ube.sat(also wenn uce viel viel viel kleiner ist, als die > BE Spannung). Genau da kann man eben keinen Grenzwert angeben, das Fachwissen des Anwenders ist nicht zu ersetzen ... --- >> Bis zum Punkt, an dem Uce noch kleiner als Ube.sat ist, wäre ich ja im >> quasi-sättigungsbereich richtig? > Nach deiner eigenen Definition, ja. Und nicht "quasi", sondern wirklich. Die Unterscheidung beim Bipolartransistor Betrieb in Sättigung ≠ Betrieb in Quasi-Sättigung ********* *************** macht dann Sinn, wenn es um Schaltbetrieb bei hoher Frequenz und hohen Strömen geht. Bei "Sättigung" hat man eben geringere Durchlassverluste, erkauft durch längere Ausschaltzeit (und natürlich höheren Basisstrom). Oft kommt aber nur "Quasisättigung" in Betracht, eben wg. der dann günstigen Ausschaltzeit. Übrigens: Hat man einen gewöhnlichen Darlington-Transistor, bleibt dessen zweiter Transistor IMMER in Quasisättigung (ausser im unrealistischen Betrieb mit riesengrossem Basisstrom).
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