Zasada działania tranzystorów i obliczanie elementów wzmacniaczy m.cz.

[MarekSCO]

Aaaa... I może jeszcze... Jeśli z angielskim u Ciebie wszystko w porządku...
Wpisz sobie w google frazę "bipolar transistor cookbook".
Efekt tej monotonnej operacji może być dla Ciebie nie taki znów nudny, jak można by przypuszczać

[Marek7HBV]

Nie tylko w elektronice wszystkie rozwiązania układowe są przydatne, ale można je czasem dostosować do innej funkcji. Po to są pułapki aby myśleć i tworzyć nowe.

[Romekd]

Czołem.

Jeśli mogę się wtrącić to odnośnie przystępnej teorii nt. tranzystora polecam książkę francuskiego autora E. Aisberga w polskim tłumaczeniu. Wydanie WNT, które posiadam jest z 1969 roku. Tytuł " TRANZYSTOR ależ to proste". W tamtych latach moje zainteresowanie elektroniką wzrosło bardzo dzięki tak podanej teorii. Nie wiem czy można ją gdzieś znaleźć w formie elektronicznej bo w papierowej pewnie nie ale warto poszukać.
Pozdrawiam
Mariusz

Miałem kontakt z tą książką w dzieciństwie. Jednak forma przedstawiania w niej ważnych informacji o tranzystorach wydawała mi się w niej (w tamtym czasie) zbyt rozwlekła (książka miała ponad 100 stron, podczas gdy np. w wydaniu ósmym "Sztuki Elektroniki" z roku 2006, autorom udało się przedstawić te informacje zacznie szerzej na ok. 50 stronach, a wydaniu dwunastym z roku 2022 (mam oba) autorzy znacznie obszerniejszą i jeszcze bardziej poszerzoną i zaktualizowaną wiedzę o tranzystorach bipolarnych upchnęli na ok. 70 stronach /w pierwszych tomach obu wydań/, zamieszczając, przy okazji, wiele tabel z parametrami tranzystorów, wykresów i schematów, przy tym opisali również działanie wzmacniaczy różnicowych, źródeł napięcia i prądu, oraz układów powtarzania prądu (luster prądowych). Tak więc "Tranzystor ależ to bardzo proste" jest w moim odczuciu czymś w rodzaju "teorii dla opornych", przy czym dużo uwagi poświęcono w tej książce zagadnieniom fizycznym (ruchom "dziur" i elektronów w obszarach: baza-emiter, baza-kolektor i kolektor-emiter), co niekoniecznie jest w dzisiejszych czasach niezbędne dla poznania działania tych elementów. Poza tym książka "Tranzystor ależ to proste" została napisana w drugiej połowie lat 60. (pamiętam, że od 1965 do 1969 roku miała w Polsce kilka wydań), więc większość wiedzy z niej, o ile dobrze pamiętam, dotyczyła głównie tranzystorów germanowych.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Czołem.

Olku
Tam "zasadzka" jest w Romkowym zadaniu. Patrząc z dydaktycznego punktu widzenia.
(...)

Tam jest Marku nawet kilka takich "zasadzek", gdyż pisząc posta chciałem sprawdzić poziom wiedzy Kolegi Aleksandra. Każdy z trzech tranzystorów wraz ze swoimi rezystorami tworzy obwód własny, działający niezależnie od pozostałych, więc na rysunku pierwszym i drugim trzeba przeanalizować pracę każdego tranzystora ze swoimi rezystorami oddzielnie, co jest dość proste i można w tym celu posłużyć się uproszczonym modelem tranzystora. W pytaniu dotyczącym pierwszego schematu zasadzką było pytanie o podanie zmian napięć na kolektorach tranzystorów przy zwiększaniu napięcia zasilania (przez rezystory) baz tranzystorów w przedziale od jednego do pięciu woltów, z pominięciem (dla ułatwienia i uproszczenia) tego co dzieje się w przedziale od zera woltów do jednego wolta. W tym układzie w wyniku podnoszenia napięcia zasilającego rezystory w obwodach baz tranzystorów na dwóch kolektorach tranzystorów napięcie będzie spadało, a na jednym rosło... W drugim pytałem o podanie napięć na wszystkich wyprowadzeniach tranzystorów, a układ zasilany jest stałym napięciem dodatnim i ujemnym (trzeba się nie pogubić w kierunkach przepływu prądu i podać napięcia na bazach, które z masą połączone są przez różne co do wartości rezystory, a to ma duży wpływ na rozkład i wartość napięć na poszczególnych elementach.
W trzecim pytaniu należało podać wzmocnienie (lub tłumienie) napięciowe dla sygnału AC 1 kHz na dwóch wyjściach przy braku obciążeń tych wyjść i przy ich zwieraniu do masy, co też dla nowicjuszy nie musi być takie oczywiste. Tak więc pytania te były proste, choć jedne można było szybko rozwiązać przy posłużeniu się prostszym modelem tranzystora, a inne wymagały uwzględnienia jednego drobiazgu z modelu tranzystora Ebersa-Molla.
Dzisiaj wydzielę wypowiedzi o tranzystorach bipolarnych do nowego wątku w dziale "Retrotechnika".

Pozdrawiam
Romek

[MarekSCO]

Tam jest Marku nawet kilka takich "zasadzek"

Inaczej to widzę Romku
"Zasadzka dydaktyczna", czyli coś co może przynieść szkodę jeśli w to wpadniesz, jest tylko jedna.
( Chociaż powtarza się i w sumie występuje w dwu miejscach - pierwszy i drugi schemat )
Ważne też, że to nie Ty tą zasadzkę zastawiłeś a pojawiła się ona samorzutnie i to dopiero po
odpowiedzi Olka ( Kiedy Olek powiedział, że rozwiązanie tych zadań nie byłoby dla Niego łatwe ).
Dopiero wówczas znajdujemy się w sytuacji, kiedy "uczeń" staje przed egzaminem w przeddzień wykładu...
Bo te dwa schematy ( pierwszy i drugi ) to rzeczywiście doskonałe ilustracje pytań dla sprawdzenia wiedzy.
Ale bardzo złe przykłady jeśli ilustrować problem w procesie edukacji.
A Olek może tak właśnie je potraktować. Dlatego zwracałem się do Niego mówiąc o zasadzce.
Twoje pytania są skonstruowane w ciekawy sposób i aż się prosi, żeby się nad nimi pochylić.
One doskonale ilustrują ( moim zdaniem ) podstawowe zjawiska, ale...
W jednym przypadku - jeśli potraktować to nie jako egzamin a jako wykład, zasadzka jest.
Dokładnie w miejscu, kiedy, zajmując się pojedynczym koniem, ilustrujemy zagadnienie przedstawiając
fragment zaprzęgu...
A co, jeśli uczeń nie potrafi wyodrębnić i nauczy się tej sztuki dopiero na tym przykładzie?

Może w ten sposób spróbuję... Jakie pytanie ja bym zadał do tych dwu ilustracji ( schematów ).
Nie wiem jaki jest zasób wiedzy ucznia i nie chcę namieszać, więc starałbym się jak najszerzej
wykorzystać język formalny...
Czyli zadałbym np pytanie takie:
Ile węzłów ( w rozumieniu pierwszego prawa Kirchoffa ) widzisz na pierwszym schemacie?
I z jednej strony mam "wyjście" do formalnej dyskusji na temat na ile tranzystor jest węzłem według Kirchoffa...
( I tutaj masz już prostą drogę do modelu E-M )
Z drugiej - skupiam uwagę ucznia na schemacie i prawidłowym jego odczytywaniu.
No nie wiem... Wydaje mi się, że "zasadzka" jest. A przynajmniej obawa, ze przy takiej ilustracji łatwiej
zobaczy różnice, za to potem trudniej mu będzie wzmacniacz różnicowy zobaczyć. Tak bym to obrazowo określił

[Romekd]

Czołem.

Tam jest Marku nawet kilka takich "zasadzek"

Inaczej to widzę Romku
"Zasadzka dydaktyczna", czyli coś co może przynieść szkodę jeśli w to wpadniesz, jest tylko jedna.
( Chociaż powtarza się i w sumie występuje w dwu miejscach - pierwszy i drugi schemat )
Ważne też, że to nie Ty tą zasadzkę zastawiłeś a pojawiła się ona samorzutnie i to dopiero po
odpowiedzi Olka ( Kiedy Olek powiedział, że rozwiązanie tych zadań nie byłoby dla Niego łatwe ).
Dopiero wówczas znajdujemy się w sytuacji, kiedy "uczeń" staje przed egzaminem w przeddzień wykładu...

Marku, pytania te zadałem właśnie po to, by poznać poziom wiedzy Kolegi Aleksandra, przed rozwinięciem tematu o co mnie Aleksander poprosił. Tak więc właściwy "wykład", jak to Marku określiłeś, jeszcze się nie zaczął. Przyznasz, że każdy, kto zna zasadę działania tranzystorów i wielokrotnie coś z ich wykorzystaniem projektował, nie będzie miał najmniejszych problemów z odpowiedzią na wszystkie z zadanych przeze mnie pytań i to bez sięgania po kalkulator i zastanawiania się czy kondensatory elektrolityczne na schemacie wzmacniacza są włączone poprawnie, czy też błędnie, bo to będzie dla niego oczywiste. Tak więc ja nadal nie widzę "zasadzek dydaktycznych" w swoich układach, które z kolei Ty dostrzegasz.

Bo te dwa schematy ( pierwszy i drugi ) to rzeczywiście doskonałe ilustracje pytań dla sprawdzenia wiedzy.
Ale bardzo złe przykłady jeśli ilustrować problem w procesie edukacji.
A Olek może tak właśnie je potraktować. Dlatego zwracałem się do Niego mówiąc o zasadzce.
Twoje pytania są skonstruowane w ciekawy sposób i aż się prosi, żeby się nad nimi pochylić.
One doskonale ilustrują ( moim zdaniem ) podstawowe zjawiska, ale...
W jednym przypadku - jeśli potraktować to nie jako egzamin a jako wykład, zasadzka jest.
Dokładnie w miejscu, kiedy, zajmując się pojedynczym koniem, ilustrujemy zagadnienie przedstawiając
fragment zaprzęgu...
A co, jeśli uczeń nie potrafi wyodrębnić i nauczy się tej sztuki dopiero na tym przykładzie?

Tak jak wspomniałem, Marku, nauka się jeszcze nie rozpoczęła. Tu przeproszę, że dopiero po kilku dniach odpowiadam na Twoją wypowiedź. Opiekuję się starszą i bardzo bliską mi osobą, z którą kilka razy w tygodniu jeżdżę na różne badania, konsultacje i próby leczenia, a właściwie nie leczenia, bo wyleczyć się nie da, ale przynajmniej spowolnienia postępujących zmian chorobowych (nowotworowych). W tym tygodniu miałem kilka takich "wycieczek" (w piątek mama miała podawaną kolejną chemię - jest wiele przerzutów, w tym kilka bezpośrednio zagrażających życiu... ). Jednak mając wolne chwilę spróbuję temat tranzystorów bipolarnych pogłębić, jednak po wcześniejszych wypowiedziach Aleksandra wyraźnie widzę, że rozpocząć swoje tłumaczenia zagadnień muszę od rzeczy najbardziej podstawowych, elementarnych.

Może w ten sposób spróbuję... Jakie pytanie ja bym zadał do tych dwu ilustracji ( schematów ).
Nie wiem jaki jest zasób wiedzy ucznia i nie chcę namieszać, więc starałbym się jak najszerzej
wykorzystać język formalny...
Czyli zadałbym np pytanie takie:
Ile węzłów ( w rozumieniu pierwszego prawa Kirchoffa ) widzisz na pierwszym schemacie?
I z jednej strony mam "wyjście" do formalnej dyskusji na temat na ile tranzystor jest węzłem według Kirchoffa...
( I tutaj masz już prostą drogę do modelu E-M )
Z drugiej - skupiam uwagę ucznia na schemacie i prawidłowym jego odczytywaniu.
No nie wiem... Wydaje mi się, że "zasadzka" jest. A przynajmniej obawa, ze przy takiej ilustracji łatwiej
zobaczy różnice, za to potem trudniej mu będzie wzmacniacz różnicowy zobaczyć. Tak bym to obrazowo określił

Myślę, że włączanie na tym etapie "węzłów", "oczek" i tłumaczenie tych zagadnień w oparciu o Prawa Kirchhoffa mogłoby strasznie namieszać i zniechęcić zdecydowaną większość zainteresowanych tematem tranzystorów. Wiem, dawniej tak to się robiło, ale moim zdaniem wcale nie było to rozwiązaniem dobrym, a wręcz przeciwnie. W szkole podstawowej moja nauczycielka fizyki była osobą poważnie schorowaną (system nerwowy, obecnie jest niewidoma... ), więc czasami, gdy nasza klasa miała jakieś "okienko" z powodu nieobecności któregoś z nauczycieli (np. z powodu choroby) proszono mnie o poprowadzenie lekcji fizyki (z racji na moje pasje tymi tematami - byłem przewodniczącym różnych "kółek naukowych", w tym fizycznego i chemicznego). Niestety tłumaczenie działania tranzystora jako macierz, gdzie "wszystko wpływa na wszystko" spowodowała, że nikogo tematem tranzystorów nie zainteresowałem - nikt niczego nie zrozumiał z moich wyjaśnień i wyliczeń. To samo było w technikum, gdzie działanie tranzystorów tłumaczyłem kolegom ze swojej klasy (wtedy z tego co mówiłem rozumiał jeden kolega, na czterdziestu...). Obecnie uważam, że działanie tranzystora da się wytłumaczyć dużo prościej, choćby posługując się, na początku, najprostszym modelem tranzystora i przedstawiając kilka ciekawych (w mojej ocenie) eksperymentów, które zainteresowani będą mogli w banalnie prosty sposób przeprowadzić u siebie w domach, wykorzystując w tym celu bardzo łatwo dostępne i popularne elementy. W taki sposób zrobili to właśnie Autorzy książki "Sztuka Elektroniki", której dwa króciutkie fragmenty (ze wstępu do omawianie działania tranzystorów) zamieszczam poniżej:

W kolejnej wypowiedzi podam odpowiedzi na pytania dotyczące obwodów 1 i 2 z mojego wcześniejszego posta.

Pozdrawiam
Romek

[MarekSCO]

Tak więc właściwy "wykład", jak to Marku określiłeś, jeszcze się nie zaczął.

To zupełnie zmienia postać rzeczy Romku
Ja zrozumiałem, że nie zamierzasz kontynuować. Że po konsultacji z dwoma Kolegami doszedłeś do
wniosku, iż zainteresowanie techniką tranzystorową na forum jest nikłe i że zamierzasz przenieść posty do innego wątku...
Dlatego wspomniałem o zasadzce dydaktycznej, jaka, moim zdaniem, zaistniała.
No ale w takiej sytuacji moje uwagi są oczywiście bezprzedmiotowe
Cieszę się bardzo, że kontynuacja nastąpi.

Co do tych węzłów Koirchoffa... Może być i tak, że mówimy o tym samym, tylko inaczej.
Wspomniałem o takim pytaniu:
"Ile węzłów ( w rozumieniu pierwszego prawa Kirchoffa ) widzisz na pierwszym schemacie?"
( Oczywiście w okolicznościach, kiedy wykład miałby nie być kontynuowany )
A chodziło mi o trzy sprawy ( trzy pieczenie na jednym ogniu )
- Uczeń w końcu zobaczy te trzy węzły:

Zrozumie jak daleko węzeł to nie "kropka" czyli zrozumie schematykę.
- Idąc tym tropem zauważy tranzystor właśnie jako prosty model. A w szczególności zobaczy to: Ie = Ib + Ic
- Użyłeś w opisie określenia "linia zasilająca" i szczerze mówiąc właśnie to podsunęło mi pomysł z pytaniem o węzły.
Bo jeśli przerwać wykład i uczeń zacznie szukać w google definicji pojęcia "linia zasilająca"... Sam rozumiesz
Możliwym jest, że skończy go to na amen...
A tak. Ma w zanadrzu pytanie o ten węzeł Kirchoffa... I - jeśli przerwać nadawanie - nie pogubi się
Tak to widziałem proponując takie właśnie pytanie do tych ilustracji.

No ale to wszystko w sytuacji kiedy błędnie zrozumiałem Twoje intencje

[Radiowiec]

Dziękuję za odpowiedź.

Cześć!
To ja dziękuję
Ale szkoda, że nikt inny się nie kwapi do próby rozwiązania tych zadań.
Pozdrowienia

[Radiowiec]

Tymczasem pozwalam sobie wkleić rysunek z napięciami i prądami dla ostatniego tranzystora z przykładu 2 z prośbą o sprawdzenie

[Marek7HBV]

Należy liczyć jak w układzie WK, a wtedy wyjdzie trochę {niewiele} inaczej.

[Radiowiec]

W WK to przynajmniej znam punkt pracy, dla którego chcę liczyć

[Romekd]

Czołem.

Tak więc właściwy "wykład", jak to Marku określiłeś, jeszcze się nie zaczął.

To zupełnie zmienia postać rzeczy Romku
Ja zrozumiałem, że nie zamierzasz kontynuować. Że po konsultacji z dwoma Kolegami doszedłeś do
wniosku, iż zainteresowanie techniką tranzystorową na forum jest nikłe i że zamierzasz przenieść posty do innego wątku...
(...)
Cieszę się bardzo, że kontynuacja nastąpi.

Tak Marku, planuję dalszą kontynuację tego wątku, by wszyscy, nawet zupełnie początkujący elektronicy-hobbyści, mogli zrozumieć jak działają tranzystory. Zaczniemy od tranzystorów bipolarnych, gdyż to właśnie one stosowane były (zaraz po lampach elektronowych) w pierwszych krajowych urządzeniach z półprzewodnikami (jako elementami aktywnymi) w dość odległych, od obecnych, już czasach.

Jednak tłumaczenie tych zagadnień w sposób, w jaki robili to w dostępnych wówczas w naszym kraju podręcznikach ich autorzy, uważam za mało zrozumiały i nieco niezachęcający do wytężania umysłu w czasach obecnych, przynajmniej dla zupełnych elektroników-amatorów.
Poniżej podam przykłady, posługując się dwoma książkami: "Elektronika dla praktyków", której autorem był mgr inż. Tadeusz Masewicz, która (wydanie szóste, całkowicie zmienione, w którym "materiał podany w sposób możliwie prosty i przystępny") wyjaśnia sposób działania tranzystorów bipolarnych:

oraz jak to zrobili autorzy książki "SZTUKA ELEKTRONIKI", Paul Horowitz i Winfield Hill:

Co do tych węzłów Koirchoffa... Może być i tak, że mówimy o tym samym, tylko inaczej.
Wspomniałem o takim pytaniu:
"Ile węzłów ( w rozumieniu pierwszego prawa Kirchoffa ) widzisz na pierwszym schemacie?"
( Oczywiście w okolicznościach, kiedy wykład miałby nie być kontynuowany )
Dlatego wspomniałem o zasadzce dydaktycznej, jaka, moim zdaniem, zaistniała.
No ale w takiej sytuacji moje uwagi są oczywiście bezprzedmiotowe
A chodziło mi o trzy sprawy ( trzy pieczenie na jednym ogniu )
- Uczeń w końcu zobaczy te trzy węzły:

Zrozumie jak daleko węzeł to nie "kropka" czyli zrozumie schematykę.
- Idąc tym tropem zauważy tranzystor właśnie jako prosty model. A w szczególności zobaczy to: Ie = Ib + Ic
- Użyłeś w opisie określenia "linia zasilająca" i szczerze mówiąc właśnie to podsunęło mi pomysł z pytaniem o węzły.
Bo jeśli przerwać wykład i uczeń zacznie szukać w google definicji pojęcia "linia zasilająca"... Sam rozumiesz
Możliwym jest, że skończy go to na amen...
A tak. Ma w zanadrzu pytanie o ten węzeł Kirchoffa... I - jeśli przerwać nadawanie - nie pogubi się
Tak to widziałem proponując takie właśnie pytanie do tych ilustracji.

No ale to wszystko w sytuacji kiedy błędnie zrozumiałem Twoje intencje

Marku, idąc dalej Twoim tokiem myślenia można byłoby uważać, że nie będziemy w stanie policzyć i zmierzyć prądu pobieranego w naszym domu przez elektryczny bojler, podgrzewający wodę, bez znajomości całej sieci elektrycznej i wszystkich włączonych w nią odbiorników prądu na linii od ostatniego domu do transformatora zasilającego sieć elektryczną naszego osiedla. Linie, które zaznaczyłeś na moim rysunku są połączone z "siecią" zasilającą układ z tranzystorami są połączone ze źródłem (źródłami) napięcia, które mają bardzo niską rezystancję wewnętrzną wystarczającą wydajność prądową. Oporności tych linii są bardzo małe i nie wywołują one wzajemnego oddziaływania między włączonymi do niej obwodami z tranzystorami. Nawet początkujący elektronik powinien wiedzieć, że wszystkie napięcia zasilające rezystory bazowe oraz rezystory kolektorowe mają te same wartości, choć wszystkie te obwody są galwanicznie sprzężone ze sobą poprzez linie zasilania i linię masy, która jest wspólna dla jednego lub dwóch zasilaczy i obwodu masy. Czy Twoim zdaniem już na tym etapie mojej zagadki trzeba się zastanawiać jak wpłynie na napięcia zasilające każdy z obwodów z tranzystorami? Powtórzę, dla uproszczenia źródła zasilania mają zerową rezystancję wewnętrzną, podobnie jak przewody masy i zasilania, które zaznaczyłeś na przedstawionym przeze mnie rysunku. Zresztą pytania dotyczyły wartości napięć i prądów w obwodach baz, emiterów i kolektorów tranzystorów, a nie wszystkich napięć i prądów, które płyną w tym prościutkim układzie. Interesują nas tylko połączenia zaznaczone na rysunku poniżej kolorem fioletowym!

Pozdrawiam
Romek

[Einherjer]

Szczerze mówiąc mam mieszane uczucia odnośnie tego zadania od Ciebie, Romku. Z jednej strony rozumiem intencję i chęć sprawdzenia podstawowej wiedzy na temat działania tranzystora bipolarnego, z drugiej uczy wykonywania tego typu obliczeń zupełnie odwrotnie niż się to powinno robić.

[Romekd]

Poniżej odpowiedzi na pytanie pierwsze i drugie oraz schematyczne przedstawienie kierunków przepływu prądu przez tranzystor.

Podane napięcia zostały przeze mnie zmierzone w rzeczywistym układzie z tranzystorami. W układzie użyłem rezystorów o tolerancji do ±1%, więc wartości prądów, które podam w kolejnych tabelkach mogę minimalnie różnic się w stosunku do faktycznie płynących w układzie, ale błąd ten nie byłby istotny dla zrozumienia działania obwodów.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Czołem.

Szczerze mówiąc mam mieszane uczucia odnośnie tego zadania od Ciebie, Romku. Z jednej strony rozumiem intencję i chęć sprawdzenia podstawowej wiedzy na temat działania tranzystora bipolarnego, z drugiej uczy wykonywania tego typu obliczeń zupełnie odwrotnie niż się to powinno robić.

Łukasz, jak już pisałem Markowi, to było jedynie pytanie sprawdzające orientację jednej osoby, która poprosiła mnie o podanie sposobu obliczenia wszystkich wartości napięć i prądów płynących w obwodach tranzystorowego wzmacniacza, oraz o wytłumaczenie jak tego typu układy działają (na razie jeszcze bez wysterowania sygnałem m.cz.) i jak dobierane są wszystkie elementy podczas ich projektowania. Gdyby Kolega ten odpowiedział na wszystkie moje pytania (ja orientowałem się w tym jakie wyniki otrzymam z pomiarów jeszcze przed ich wykonaniem), moje tłumaczenie mogłoby się ograniczyć do doprecyzowania wyników i próbie "przeniesienia" tego na konkretne układy wzmacniaczy audio, czyli byłoby to zadanie dość proste. Jednak zorientowałem się, że trzeba będzie zacząć od modelu podstawowego i powoli, stopniowo rozwinąć go do modelu Ebersa-Molla.
Przepraszam wszystkich za długi czas oczekiwania na moje wypowiedzi. Sytuacja rodzinna skomplikowała mi się jeszcze bardziej, przez co brakuje mi czasu i na pracę (zaległości w firmie też mam coraz większe), i na nasze hobby...

Pozdrawiam
Romek