¿Cuál es la resistencia ideal para un valor de resistencia base 2N3904 cuando se utiliza la lógica RTL?

Tengo una tonelada de transistores 2N3904 y me gustaría usarlos para mi proyecto de lógica RTL. Según lo que pude descubrir en la web y las partes que tenía, he conseguido que las puertas lógicas funcionen bastante bien con los siguientes valores:

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Aunque esto funciona bien, estoy un poco preocupado por lo que he leído en la hoja de datos para el 2N3904. Establece que el voltaje de saturación del emisor base tiene las siguientes especificaciones:

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

Me está costando entender lo que eso significa exactamente. Si calcula la corriente para la entrada base con la Ley de Ohm, obtenemos I = 5/10000 = 0.0005. ¿Estoy en lo cierto que esto es 5 mA? Reemplacé R2 con una resistencia de 5K y cambió la misma, que sería 0.001 o 10mA.

Como dije, está funcionando en este momento. Solo quiero asegurarme de comprar las resistencias adecuadas para el trabajo. Sé que el objetivo es que el transistor esté completamente saturado, sin embargo, no sé si así es como se hace o no.

Gracias,

transistors digital-logic rtl

— JohnnyStarr
fuente

¿No sería un miliamperio 1 / 1000A o 1e-3A? Si es así, entonces no son 10 mA como ha escrito, sino 1 mA. y tampoco es 5mA sino 0,5mA o 500uA. ¿de acuerdo?

— Cristiano

Cada transistor tiene una ganancia actual, generalmente $\beta$ o $h_{fe}$ en la hoja de datos. Los valores típicos son del orden de 100. Cuando el transistor no está saturado, la corriente base y la corriente del colector están relacionadas por este factor:

{yo}_{C} = h_{F mi} {yo}_{si}

$I_c = h_{fe} I_b$

Cuando la corriente base aumenta hasta el punto donde la corriente del colector no puede aumentar más, se dice que el transistor está saturado . La corriente del colector no puede aumentar más porque no puede permitir más corriente: la corriente está completamente limitada por R1 en su diagrama, y el voltaje del emisor al colector es mínimo.

Cuando diseñamos la lógica digital, no queremos saturar apenas los transistores. Queremos saturarlos mucho. Esto proporciona un margen adicional contra variaciones en $h_{fe}$ , y también tiene en cuenta que para frecuencias más altas (necesarias para transiciones rápidas altas / bajas), $h_{fe}$ se reduce efectivamente

Regla práctica: en lógica digital, diseñe para una corriente de colector 15 veces mayor que la corriente base.

Entonces, aquí, ha seleccionado una resistencia de colector de 1kΩ. En la saturación, el voltaje del emisor-colector es mucho menor que el voltaje de suministro, por lo que podemos estimar la corriente del colector como:

{yo}_{C} = \frac{5 5 V}{1 k Ω} = 5 5 metro UNA

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

Queremos que la corriente base sea 1/15 de eso (0.33mA), y el voltaje a través de la resistencia base será el voltaje de suministro, menos aproximadamente 0.65V desde la unión del emisor base de Q1. Entonces:

R_{2} = \frac{5 5 V - 0,65 V}{0,33 metro UNA} = 13 k Ω

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

Su selección de 10kΩ está lo suficientemente cerca.

También puede escalar los valores de resistencia, manteniendo la relación de la base a la corriente del colector, pero reduciendo la corriente en general. Eso reduce su consumo de energía, pero también reduce la velocidad lógica ya que las corrientes más pequeñas pueden cargar las capacidades parásitas con menos rapidez. Esta es una compensación entre el rendimiento y el consumo de energía que puedes hacer como ingeniero.

— Phil Frost
fuente

Entonces, ¿la capacidad de saturar completamente el transistor se basa más en la relación de las corrientes de colector / base que en los valores reales del transistor? En otras palabras, ¿podría usar varios tipos de transistores con una relación 1K (colector) 13K (base)?

— JohnnyStarr

¿Cómo garantiza este enfoque que el transistor estará saturado si está diseñando solo para una ganancia de 15?

— sherrellbc

@sherrellbc porque la ganancia de cualquier transistor que pueda usar tendrá una ganancia de mucho más de 15.

— Phil Frost

@JohnnyStarr depende de la ganancia del transistor, pero un BJT típico de propósito general y pequeña señal (como 2N3904, BC547, 2N2222, etc.) tendrá una ganancia de corriente del orden de 100. En realidad, varía según un amplio margen incluso entre muestras del mismo número de pieza, por lo que el enfoque es anticipar una ganancia que seguramente sea menor que la ganancia que obtendrá para que ni siquiera se encuentre con un problema en el que su lógica no sature el transistor .

— Phil Frost

Entonces, dado que la ganancia es probablemente mucho mayor, ¿esperaría que el transistor se sature mucho antes que con una corriente base de 330uA? La idea parece sólida, pero esa corriente de base parece realmente pequeña. Si suponemos que el transistor puede saturarse a una corriente de colector de 1 mA, ¿una estimación aproximada sería la corriente base asociada a 10 uA (~ ganancia de 100)? Y dado que estamos diseñando para una corriente base de 330uA, la saturación está garantizada.

— sherrellbc