راهنمای جامع برای HFE در ترانزیستورها

ترانزیستورها مؤلفه های مهم در دستگاه های الکترونیکی مدرن هستند و باعث تقویت و کنترل سیگنال می شوند.این مقاله به دانش پیرامون HFE ، از جمله نحوه انتخاب مقدار HFE ترانزیستور ، نحوه یافتن HFE و افزایش انواع مختلف ترانزیستورها می پردازد.از طریق کاوش در HFE ، ما درک عمیق تری از نحوه کار ترانزیستورها و نقش آنها در مدارهای الکترونیکی کسب می کنیم.

ترانزیستورها در دستگاه های الکترونیکی مدرن بسیار مهم هستند و باعث تقویت و کنترل سیگنال می شوند.این مقاله به دانش پیرامون HFE ، از جمله نحوه انتخاب مقدار HFE ترانزیستور ، نحوه یافتن HFE و افزایش انواع مختلف ترانزیستورها ، می پردازد.از طریق کاوش در HFE ، ما درک عمیق تری از نحوه کار ترانزیستورها و نقش آنها در مدارهای الکترونیکی کسب می کنیم.

در یک پیکربندی امیتر مشترک ، افزایش جریان رو به جلو یک ترانزیستور اتصال دو قطبی (BJT) به عنوان HFE شناخته می شود.این شاخص بدون بعد توانایی ترانزیستور را در تقویت جریان اندازه گیری می کند.

به طور خاص ، او نسبت جریان جمع کننده ترانزیستور به جریان پایه خود است.به عنوان مثال ، اگر مقدار HFE ترانزیستور 100 باشد ، این بدان معنی است که برای هر 1 میلی آمپر در جریان پایه ، جریان جمع کننده 100 میلی آمپر افزایش می یابد.

این ویژگی باعث می شود HFE یک پارامتر کلیدی در طراحی مدارهای BJT باشد.با این حال ، توجه به این نکته حائز اهمیت است که حتی ترانزیستورهای همان مدل می توانند تغییرات قابل توجهی در مقادیر HFE خود داشته باشند.بنابراین ، طرح های مدار فقط برای عملکرد صحیح نباید فقط به مقادیر دقیق HFE متکی باشند.

برای درک افزایش DC ، همچنین به عنوان بتا (β) یا HFE ، از یک ترانزیستور اتصال دو قطبی (BJT) شناخته می شود ، ما به روش اندازه گیری آن می پردازیم.HFE نسبت جریان جمع کننده DC (IC) به جریان پایه DC (IB) است که توسط فرمول ساده HFE = IC/IB بیان شده است.

به طور معمول ، شما این مراحل را دنبال می کنید:

1. مدار را آماده کنید

قبل از شروع ، شما باید یک مدار بسازید که دقیقاً جریان جریان را به پایه کنترل کند و همزمان جریان جریان خارج از جمع کننده را اندازه گیری کند.این معمولاً شامل اتصال یک مقاومت شناخته شده به پایه و استفاده از ولتاژ دقیق است.این مرحله برای آزمایش اساسی است و برای اطمینان از صحت اندازه گیری های بعدی نیاز به عملکرد دقیق دارد.

2. اندازه گیری جریان پایه (IB)

جریان پایه با اندازه گیری افت ولتاژ در سراسر مقاومت متصل به پایه محاسبه می شود.با استفاده از قانون اهم (V = IR) ، می توانیم جریان جریان را از طریق پایه با مقدار مقاومت شناخته شده و افت ولتاژ محاسبه کنیم.این فرآیند نیاز به اندازه گیری ولتاژ دقیق دارد ، زیرا هر خطایی می تواند بر اندازه گیری افزایش جریان نهایی تأثیر بگذارد.

3. اندازه گیری جریان جمع کننده (IC)

مشابه اندازه گیری جریان پایه ، اندازه گیری جریان جمع کننده شامل اندازه گیری افت ولتاژ در یک مقاومت شناخته شده در مسیر جمع کننده است.با استفاده از قانون اهم دوباره می توانیم میزان جریان جریان را از طریق جمع کننده تعیین کنیم.این مرحله به همان سطح توجه و دقت قبلی نیاز دارد.

4- مقدار HFE را محاسبه کنید

با مقادیر اندازه گیری شده جریان پایه و جریان جمع کننده ، تقسیم جریان جمع کننده بر اساس جریان پایه ، مقدار HFE را بازده می دهد.این نسبت توانایی ترانزیستور در تقویت جریان را در شرایط DC نشان می دهد.

ملاحظات

توجه به این نکته حائز اهمیت است که او یک مقدار ثابت نیست.این بسته به ترانزیستور خاص مورد استفاده ، تغییر در دمای محیط زیست و نوسانات در جریان جمع کننده می تواند متفاوت باشد.بنابراین ، در طراحی مدار ، برای جلوگیری از عملکرد مدار ناپایدار ، بیش از حد به یک مقدار HFE ثابت اعتماد نکنید.

افزایش DC ترانزیستورهای اتصال دو قطبی (BJT) یک معیار مهم برای اندازه گیری توانایی آنها در تقویت جریان ، ضروری برای طراحی مدار الکترونیکی و کاربرد است.در اینجا برخی از جنبه های اهمیت ارزش های HFE آورده شده است:

تقویت: مقدار HFE به طور مستقیم بر توانایی تقویت ترانزیستور تأثیر می گذارد.در بسیاری از طرح های مدار ، ترانزیستورها برای تقویت سیگنال های ضعیف استفاده می شوند ، با توجه به میزان HFE میزان تقویت: هرچه مقدار HFE بالاتر باشد ، تقویت جریان ورودی برجسته تر است.

تعصب: هنگام تعصب یک ترانزیستور ، یعنی تنظیم وضعیت عملیاتی آن ، از مقدار HFE برای محاسبه جریان پایه مورد نیاز برای دستیابی به یک جریان جمع کننده خاص استفاده می شود ، که برای عملکرد مدار پایدار بسیار مهم است.

طراحی مدار: در فرآیند طراحی مدار ، به ویژه در تنظیمات مربوط به تقویت کننده های امیتر مشترک ، افزایش تقویت کننده متناسب با مقدار HFE است و درک HFE برای طراحی مدارهای کارآمد ضروری است.

سوئیچینگ برنامه ها: در مدارهای دیجیتال و برنامه های دیگر که از ترانزیستورها به عنوان سوئیچ استفاده می شوند ، مقدار HFE تضمین می کند که ترانزیستور با توجه به جریان پایه خاصی ، می تواند به طور مؤثر روشن یا خاموش شود ، که برای قابلیت اطمینان مدار تعیین کننده است.

با این حال ، به دلیل تغییرات در فرآیند تولید ، حتی ترانزیستورهای همان مدل می توانند مقادیر HFE متفاوتی داشته باشند و این مقادیر می توانند با دما و شرایط عملیاتی تغییر کنند.بنابراین ، مهندسان به طور معمول برای اطمینان از عملکرد صحیح مدار به مقدار HFE ثابت اعتماد نمی کنند.در عوض ، آنها اطمینان می دهند که مدار می تواند به طور پایدار در محدوده مورد انتظار مقادیر HFE کار کند ، روشی که به دستیابی به طرح های مدار قوی تر و قابل اعتماد کمک می کند.

به طور معمول ، مقدار HFE یک ترانزیستور خاص را می توان در برگه ترانزیستور سازنده یافت ، که جزئیات پارامترهای فنی ترانزیستور را نشان می دهد.این شامل حداکثر قدرتی است که ترانزیستور می تواند در برابر آن مقاومت کند ، ظرفیت فعلی آن ، حداکثر ولتاژ و ارزش HFE مورد علاقه باشد.

با این حال ، شایان ذکر است که مقدار HFE در برگه های داده معمولاً به عنوان یک دامنه ممکن و نه یک عدد دقیق ارائه می شود.دلیل این امر این است که تفاوت های جزئی در فرآیند تولید بدان معنی است که حتی ترانزیستورهای همان مدل می توانند مقادیر HFE متفاوتی داشته باشند.علاوه بر این ، مقدار HFE ترانزیستورها می تواند در شرایط عملیاتی مختلف متفاوت باشد (مانند تغییر دما یا تغییرات در جریان جمع کننده).

اگر نیاز به دانستن مقدار دقیق HFE یک ترانزیستور خاص در شرایط خاص دارید ، باید خودتان آن را اندازه بگیرید.این فرایند شامل استفاده از یک جریان شناخته شده در پایه ترانزیستور و سپس اندازه گیری جریان جمع کننده حاصل است.بر اساس این دو مقدار ، می توانید مقدار HFE را محاسبه کنید.برای ساده سازی این فرآیند ، ابزارهای تخصصی برای اندازه گیری ترانزیستور HFE فروخته شده است.

در حالی که مقدار HFE یک مرجع ارزشمند است ، با تکیه بر یک مقدار خاص HFE در هنگام طراحی مدارها یک استراتژی خوب نیست.مقدار HFE واقعی یک ترانزیستور می تواند به طور قابل توجهی نوسان کند ، بنابراین طرح های مدار باید اطمینان حاصل کنند که مدار می تواند به جای اینکه روی یک مقدار خاص ثابت شود ، در محدوده مورد انتظار مقادیر HFE پایدار عمل کند.این رویکرد به ایجاد طرح های الکترونیکی قوی تر و قابل اعتماد تر کمک می کند.

در الکترونیک ، ما اغلب در مورد "افزایش" صحبت می کنیم ، که استانداردی برای اندازه گیری تفاوت بین خروجی و ورودی است.برای ترانزیستورها ، این تفاوت بسته به پیکربندی و پارامترهای خاص ترانزیستور ، در چندین شکل سود تجلی می یابد.

دو شکل از سود فعلی

بتا (β) یا HFE:

وقتی در مورد بتا (β) یا HFE یک ترانزیستور اتصال دو قطبی (BJT) صحبت می کنیم ، در یک پیکربندی امیتر مشترک به افزایش فعلی اشاره می کنیم.تصور کنید که DC از طریق جمع کننده ترانزیستور (IC) جریان می یابد و آن را با DC وارد پایه (IB) می کنید.مقدار β نتیجه این نسبت است ، که به طور مستقیم بر نحوه افزایش ترانزیستور جریان را تحت تأثیر قرار می دهد.ترانزیستورهای NPN از β استفاده می کنند ، در حالی که ترانزیستورهای PNP از β استفاده می کنند.

او:

مشابه HFE ، HFE بر افزایش جریان سیگنال کوچک تمرکز دارد اما این بار در شرایط AC ، یعنی تحت شرایط جریان و ولتاژ مداوم در حال تغییر است.معمولاً در یک فرکانس خاص اندازه گیری می شود و نشان می دهد که چگونه ترانزیستور به سرعت در حال تغییر سیگنال ها است.

انواع مهم دیگر سود

آلفا (α):

افزایش آلفا در یک پیکربندی پایه مشترک مشاهده می شود ، و جریان جمع کننده DC (IC) را با جریان DC Emitter (IE) مقایسه می کند.بیشتر ترانزیستورها دارای مقدار α بسیار نزدیک به 1 هستند ، به این معنی که جریان تقریباً به طور کامل از انتشار دهنده به جمع کننده منتقل می شود.

افزایش ولتاژ (AV):

در مرحله بعد ، افزایش ولتاژ (AV) بر نسبت ولتاژ خروجی به ولتاژ ورودی متمرکز است.درک افزایش ولتاژ هنگام تجزیه و تحلیل عملکرد مدارهای تقویت کننده مهم است ، زیرا به ما می گوید چند بار تقویت کننده می تواند سیگنال ورودی را افزایش دهد.

افزایش قدرت (AP):

سرانجام ، افزایش قدرت (AP) در کاربردهای برق بسیار مهم است و اندازه آن نسبت توان خروجی به توان ورودی را اندازه گیری می کند.این پارامتر به ویژه برای ارزیابی عملکرد مدارها مانند تقویت کننده های قدرت کاربرد دارد.

مقدار HFE یک ترانزیستور ، همچنین به عنوان β شناخته می شود ، یک شاخص اصلی توانایی آن به عنوان یک تقویت کننده است.به عبارت ساده تر ، به ما می گوید چند بار ترانزیستور می تواند جریان پایه (IB) را تقویت کند تا یک جریان جمع کننده بزرگتر (IC) تشکیل شود.این فرآیند را می توان با یک معادله ساده توصیف کرد: ic = hfe * ib = β * ib.

تصور کنید ، اگر 1mA (milliampere) جریان را به پایه یک ترانزیستور وارد کنید ، و مقدار HFE ترانزیستور 100 است ، از نظر تئوری ، جریان جمع کننده به 100mA (میلی متر) افزایش می یابد.این افزایش نه تنها نقش ترانزیستور را به عنوان یک تقویت کننده فعلی نشان می دهد بلکه نشان می دهد که چگونه می تواند تغییرات جزئی را به خروجی های مهم تبدیل کند.

اگرچه ما به طور معمول مقدار HFE یک ترانزیستور را در یک محدوده ثابت خاص ، مانند 10 تا 500 قرار می دهیم ، در واقعیت ، این مقدار تحت تأثیر عواملی مانند تغییر دما و نوسانات ولتاژ قرار می گیرد.بنابراین ، حتی برای ترانزیستورهای همان مدل ، مقادیر HFE می توانند متفاوت باشند.

مستقیم ترین روش برای تعیین مقدار HFE ترانزیستور خاص ، مشورت با برگه سازنده است.با این حال ، برگه های داده به طور معمول دامنه ای را برای مقدار HFE به جای یک عدد خاص فراهم می کنند.این نشان دهنده این واقعیت است که ، با وجود دقت تکنیک های تولید ، اطمینان از مقادیر HFE یکسان برای هر ترانزیستور چالش برانگیز است.بنابراین ، تولید کنندگان طیف وسیعی از مقادیر HFE ممکن را ارائه می دهند.

با توجه به تنوع ذاتی HFE ، طراحی یک مدار ترانزیستور پایدار و قابل پیش بینی بسیار مهم است.این بدان معنی است که طراحان باید نوسانات احتمالی در HFE را حساب کنند ، اطمینان حاصل می کنند که مدار حتی در صورت تغییر مقادیر HFE می تواند عملکرد پایدار را حفظ کند.این استراتژی طراحی به غلبه بر غیرقابل پیش بینی بودن عملکرد ترانزیستور ، اطمینان از عملکرد قابل اعتماد مدارها کمک می کند.

• - تعریف: ضریب تقویت امیتر مشترک ، نمایانگر نسبت جریان جمع کننده ترانزیستور به جریان پایه (HFE = IC/IB)
• - محدوده معمولی: در 10 تا 500 بار اعمال می شود ، با بیشترین مقادیر در 100
• - تنوع: بین ترانزیستورها از یک نوع تفاوت معنی داری وجود دارد
• - ثبات دما: تحت تأثیر دما ، HFE با افزایش دما کاهش می یابد
• - ثبات فعلی: اجازه می دهد تا جریان جمع کننده بدون افزایش قابل توجهی با جریان جمع کننده متفاوت باشد
• - خطای به دست آوردن: برای افزایش ترانزیستور دو قطبی ، انحراف و جبران خسارت برای عملکرد دستگاه مهم است
• - ثبات محیطی: برای تعداد زیادی ترانزیستور استفاده می شود ، جایی که ترانزیستور HFE می تواند تأثیر قابل توجهی داشته باشد
• - میرایی طبیعی: در دامنه های جریان کوچک ، میرایی طبیعی منجر به کاهش ارزش HFE برای اطمینان از عملکرد مداوم می شود
• - استفاده در مدارها: به عنوان مثال در طراحی مدار مورد استفاده قرار می گیرد ، به عنوان مثال ، برای تعیین پایدار برقی در مدارهای جمع آوری ترانزیستور

از آنجا که ما به نحوه کنترل ترانزیستورها عمیق تر می پردازیم ، ما عملکرد آنها را در مناطق مختلف عملیاتی تجزیه و تحلیل می کنیم.هر منطقه یک روش خاص استفاده برای ترانزیستور را نشان می دهد ، و در این حالت ها ، افزایش فعلی - توانایی ترانزیستور در تقویت - متغیر است.بیایید نگاهی دقیق تر به این مناطق کاری بیندازیم:

1. منطقه فعال (منطقه خطی)

اینجاست که جادوی ترانزیستور به عنوان یک تقویت کننده اتفاق می افتد.در این منطقه ، پایگاه ترانزیستور و انتشار دهنده ترانزیستور تعصب رو به جلو را نشان می دهد - تصور می کند که یک درب کمی باز شده و اجازه می دهد جریان از آن عبور کند.در همین حال ، پایه و جمع کننده با تعصب معکوس ، شبیه به درب دیگری محکم بسته شده و از جریان جریان در جهت اشتباه جلوگیری می کنند.در این تنظیم ، جریان می تواند از کلکتور به سمت امیتر جاری شود ، با افزایش فعلی (HFE یا β) در اینجا نقش مهمی را ایفا می کند و میزان تقویت سیگنال را تعیین می کند.

2. منطقه اشباع

منطقه اشباع وضعیتی است که ترانزیستور به طور کامل عملیاتی است و هر دو اتصالات پایه به امیر و پایه به جمع کننده مغرضانه هستند.آن را به عنوان یک دروازه کاملاً باز آب تصور کنید و به آب (جریان) اجازه می دهد تا آزادانه جریان یابد.با این حال ، هنگامی که جریان به حد خود برسد ، حتی اگر جریان پایه همچنان افزایش یابد ، جریان جریان بیشتر افزایش نمی یابد.این حالت به اصطلاح اشباع است-ترانزیستور مانند سوئیچ بسته عمل می کند که نمی تواند بیشتر باز شود.

3. منطقه برش

سرانجام ، منطقه برش روشی است که ترانزیستور خاموش می شود و از عبور هر جریان جلوگیری می کند.در اینجا ، هر دو اتصالات پایه به امیر و پایه به جمع آوری معکوس هستند ، مانند دو درب محکم بسته می شوند و هر جریان جریان را متوقف می کنند.در این حالت ، از آنجا که جریان پایه صفر است ، جریان جمع کننده به طور طبیعی صفر است و باعث می شود افزایش فعلی از نظر تئوری صفر باشد.

چگونه دما بر HFE تأثیر می گذارد

هنگام کار با ترانزیستور ، متوجه خواهید شد که HFE یا ضریب افزایش/تقویت فعلی آن با دمای محیط زیست اطراف تغییر می کند.به طور کلی ، با افزایش دما ، او تمایل به کاهش دارد.این بدان معنی است که هنگام استفاده از ترانزیستورها در محیط هایی با نوسانات دما قابل توجه ، مورد توجه ویژه ای قرار می گیرد.افزایش دما می تواند منجر به کاهش عملکرد و پایداری ترانزیستور شود و بر طراحی مدار و کاربرد نهایی شما تأثیر بگذارد.

تأثیر تغییر فعلی جمع کننده در HFE

در عمل ، HFE ترانزیستور یک مقدار ثابت نیست.با افزایش جریان جمع کننده (IC) به تدریج کاهش می یابد.این بدان معنی است که درک تنوع HFE در طرح های مدار که در آن جریان جمع کننده ممکن است متفاوت باشد بسیار مهم است.این مستقیماً به عملکرد کلی مدار مربوط می شود ، که می تواند تحت تأثیر تغییرات HFE باشد.

پیری ، تخریب و تأثیرات آنها بر HFE

با گذشت زمان ، پیری و اثرات تخریب در استفاده از ترانزیستورها می تواند منجر به تغییر در HFE شود.این تغییرات می تواند در اثر عوامل مختلفی از جمله استفاده طولانی مدت ، شرایط نامطلوب محیطی یا استرس الکتریکی ایجاد شود.در برنامه هایی که ثبات عملکرد به شدت مورد نیاز است ، با توجه به ثبات طولانی مدت ترانزیستور HFE با گذشت زمان از اهمیت ویژه ای برخوردار می شود.اطمینان از پایداری HFE برای حفظ عملکرد عادی مداوم مدار مهم است.

در بازنمایی افزایش جریان ترانزیستور ، از نمادهای مختلفی استفاده می شود که هر یک از جنبه های متفاوتی از سود فعلی را منعکس می کنند:

بتا (β): بتا (β) نمادی معمولی برای افزایش جریان رو به جلو یک ترانزیستور است که در درجه اول در مرحله طراحی مدار الکترونیکی معرفی می شود.

او: او یک علامت خاص است که برای توصیف افزایش جریان ترانزیستور در یک پیکربندی امیتر مشترک استفاده می شود ، جایی که "H" به حالت سیگنالی کوچک پارامتر اشاره دارد ، "F" ویژگی های انتقال رو به جلو را نشان می دهد ، و "E" مخفف Emitter مشترک استپیکربندیاو در اصل معادل مقدار بتا سیگنال کوچک است و معمولاً در داده های ترانزیستور و محاسبات طراحی مدار مشاهده می شود.

در حالی که HFE ، او و بتا همه مخفف گسترده ای هستند ، او ، و در اینجا بیشتر در اسناد فنی مشاهده می شود.با این حال ، با توجه به تفاوت معنی داری در افزایش فعلی بین ترانزیستورهای مختلف ، این نمادها اغلب از اهمیت نظری بیشتری برخوردار هستند.بنابراین ، برای طراحی هر مدار ترانزیستور ، چه برای برنامه های سیگنال کوچک و چه برنامه های DC ، سازگاری با تنوع قابل توجه سود فعلی مهم است.

اگرچه او و بتا اقدامات مرتبط با افزایش فعلی ترانزیستور هستند ، اما در نمایندگی (AC در مقابل DC) ، استفاده و کنوانسیون های نامگذاری متفاوت هستند.درک این تفاوت ها برای طراحی مؤثر و تجزیه و تحلیل مدارهای ترانزیستور بسیار مهم است.

این مقاله نگاهی عمیق به افزایش فعلی (HFE) ترانزیستورهای اتصال دو قطبی (BJTS) ، یک معیار کلیدی که برای اندازه گیری توانایی ترانزیستور در تقویت جریان استفاده می شود ، ارائه می دهد.HFE اندازه گیری نسبت جریان های پایه و جمع کننده است و برای طراحی مدارهای دارای BJT بسیار مهم است.در حالی که مقدار HFE یک ترانزیستور را می توان از صفحه داده سازنده بدست آورد ، توجه به این نکته حائز اهمیت است که در عمل ، مقدار HFE در معرض تغییرات فرآیند تولید ، تغییرات دما و نوسانات فعلی است و می تواند متفاوت باشد.طراحان مدار به جای اینکه فقط به یک مقدار HFE ثابت تکیه کنند ، باید دامنه تغییرات احتمالی در HFE را در نظر بگیرند تا از ثبات و قابلیت اطمینان مدار اطمینان حاصل شود.علاوه بر این ، مقاله در مورد حالات افزایش فعلی در مناطق عملیاتی مختلف ، عوامل مؤثر بر HFE و تفاوت بین HFE و سایر پارامترهای افزایش فعلی مانند HFE و بتا بحث می کند و درک کاملی از نحوه برخورد ترانزیستورها سیگنال های فعلی و تقویت را ارائه می دهد.

1. سود فعلی ترانزیستور چیست؟

نسبت جریان جمع کننده به جریان پایه ، افزایش جریان را که به عنوان βDC یا HFE نماد می شود ، برای ترانزیستورهای کم مصرف ، این معمولاً 100 تا 300 است.

2. چگونه آزمایش می کنید که آیا ترانزیستور بد است یا خوب؟

کاوشگر منفی مولتی متر را به خروجی پایه (معمولاً یک کاوشگر سیاه) و ابتدا مثبت (قرمز) به جمع کننده و سپس به امیتر وصل کنید.به دست آوردن یک مقدار در محدوده 500 -1500 اهم اهم عملکرد صحیح ترانزیستور را تأیید می کند.

3. چگونه ترانزیستور را با مولتی متر اندازه گیری می کنید؟

کاوشگر منفی مولتی متر را به خروجی پایه (معمولاً یک کاوشگر سیاه) و ابتدا مثبت (قرمز) به جمع کننده و سپس به امیتر وصل کنید.به دست آوردن یک مقدار در محدوده 500 -1500 اهم اهم عملکرد صحیح ترانزیستور را تأیید می کند.