对于这种电子电路艺术,为什么没有指定晶体管?我用什么晶体管?

电器工程 晶体管 电路分析 原理图 惠斯通桥
2022-02-02 14:39:09

如果我要去 EE 学校,那么只需通过所有通常的事情——实验室、家庭作业、考试等,就会有很多知识转移。在自学时,当他们只是“Q1,Q2”时,这太难了, Q3, ...”,我知道单个晶体管的选择需要进一步的决策,我很容易做错。我希望他们能在后面的页面上放置一个更完整的实例,有点像参考设计。

具体来说,我可以将 jellybean 2N3904 和 2N3906 用于 Q1-Q8(类似比较器的子电路)吗?还是我必须使用双(如PMBT3904YS,115)或匹配对(如DMMT3904W-7-F)?

以下是我的半受过教育的猜测。虽然我不太确定从哪个晶体管开始。

在 Q9 到 Q12 中使用 jellybean 2N3904 和 2N3906 我会感觉很舒服。也许 Q10 可能是 2N4401——这取决于我们需要多少使 Q11 饱和。尽管我会将 Q10 与 Q11 保持一定距离,以便对其进行热分离并希望提高性能。我会在 Q11 放置一个2SA1908 ,或者其他一些带有散热器的功率晶体管。

无论如何,这是我目前对我将要做的事情的看法可能有些分歧,并与我认为可能需要做的事情混合在一起。

50 瓦加热器温度控制器示意图

2.22 温度控制器——图 2.76 中的示意图显示了基于热敏电阻传感元件的温度控制器,这是一种随温度改变电阻的装置。 差分达林顿 Q1-Q4可调参考分压器 R4-R6的电压与由热敏电阻
R2形成的分压器进行比较。(通过比较来自相同电源的比率,比较变得对电源变化不敏感;这种特殊配置称为惠斯通电桥。电流镜 Q5-Q6提供有源负载以提高增益,而镜 Q7-Q8提供发射极电流。 Q9将差分放大器输出与固定电压进行比较,使达林顿 Q10-Q11饱和,如果热敏电阻过冷,则为加热器供电。 R9是电流检测电阻器,如果输出电流超过约 6 安培,则开启 保护晶体管 Q12 ;从Q10-Q11移除基本驱动器,防止损坏。

(强调我的。)前面的摘录来自霍洛维茨,保罗的电子艺术,第二版的第 105 页;希尔,温菲尔德。剑桥大学出版社。Kindle 精装版 (ISBN 978-0-521-37095-0):


注意:我正在尝试自学——这不是家庭作业或学校作业。一个软件开发人员试图获得更多的硬件知识,所以我会写出更好的固件。

4个回答

如果您在板级构建它,您不会为任何由 +15 V 供电的部件(Q9 除外)购买单独的晶体管。您只需购买一个运算放大器 IC。如果你是在过去 20 年里建造的,你可能会用 5 V 或 3.3 V 而不是 15 V 为其供电。

对于由 50 V 供电的部分,您需要选择能够承受“关闭”时跨越它们的 50 V 的晶体管,能够处理它们“开启”时需要承载的正向电流,并且当它们处于“开”和“关”之间的中间状态时,可以消散它们将产生的热量。由于该电路在电压变化非常缓慢的情况下工作,因此无需特别担心这些晶体管的频率响应。

这个电路不是你想在 2021 年建造的东西。与几便士的运算放大器相比,性能会很差,因为你不能(廉价地)为两个电流镜购买匹配且在同一基板上的晶体管,并且输入达林顿 - 总共 8 个晶体管)。

输出电路有一个电流限制功能(R9/Q12),如果加热器短路,它会导致 Q11 耗散约 350W,否则无济于事。这种耗散需要一个巨大的散热器,即使是像 MJ2955 这样强大的 TO-3 金属 PNP 晶体管也无法存活超过几百微秒 (SOA)。它在正常运行时也会散发相当多的热量(“开启”时在 5-10W 范围内),因此需要大量且昂贵的散热器。

如果要设计热敏电阻温度控制器,请使用单电源运算放大器或比较器,并使用不需要散热器的 MOSFET 干净地切换负载。或者如果您不关心寿命,并且想要更大的灵活性,请使用继电器。

这不是您应该复制的东西。

AoE 电路可能很有指导意义(它有助于理解 LM393 之类的内部工作原理),但在实际意义上它用处不大。

如果你想制造一个来玩,来自磁带中相邻口袋的 SMT 晶体管通常匹配得很好(至少来自主要制造商),因为它们往往会从自动化生产线中同一晶片上的附近区域脱落)。如果将它们安装在功耗很小的板上,它们的温度往往相似。在这种情况下,您会消耗许多瓦特,当电路板加热和冷却时,您会倾向于使偏移量急剧变化。运算放大器也有类似的问题(即使它是 mW 而不是瓦特)并使用巧妙的布局将差分部件放置在等温线上以减少偏移引起的失真。作为一个粗略的数字,如果我猜对了,0.05 摄氏度的温差将使偏差改变大约 10%。

是的,除了你提到的 Q11 之外,你可以对这个电路的所有元素使用软糖设备。2N3055 适合这种情况,但您需要确保其增益(beta)良好(超过 50),以便 Q9 和 Q10 可以驱动它。对于其他设备,您提到的标准分立晶体管将是合适的 - 它们的β足够高,它们的载流能力合适并且它们的额定电压足够。

对于此应用,您不需要匹配的器件,这意味着运算放大器可能具有较小的偏移电压(可能为 10 mV)。这并不重要。

请注意,此电路中没有交流稳定性补偿,面包板或简单的实现可能会发生振荡。虽然加热器对热敏电阻的热滞后可能就足够了,但这确实取决于物理结构。从 Q9 的基极到地的电容可以补偿它。尝试 1 uF 开始。

你为什么要建这个?

你真的想建立这个吗?该原理图看起来像是来自教科书,用于举例说明电流源、电流镜、差分放大器等。换句话说,它是与“理想”(即“简化”)结合使用的绝佳原理图) 晶体管模型来教授概念。

但正如其他人所指出的,如果你试图建立一个工作电路,这不是这样做的方法。如果您尝试构建这个,因为您实际上需要一个用于 50W 加热元件的工作温度控制器,哎呀,您可以在大多数五金店购买类似的现成产品。

另一方面,如果您只是为了学习如何构建它而尝试构建它,那么将加热元件替换为 3.3vdc 白炽手电筒灯泡(您可以在任何五金店买到)并忘记使用怪物驱动程序加热元件将需要。这样做并在调整一些电阻以保持电流水平之后,您可以使用普通晶体管和 5vdc 电源作为所有电源。

或者,更好的是,下载免费的 SPICE 模拟器并对其进行模拟。除了使用面包板的挫败感之外,您将学到所有东西。(感谢你没有绕线……这是我在大学时必须做的,我很高兴我再也不必这样做了。)