BF245

[Romekd]

Swoje pomiary rozpocząłem od porównania parametrów prostego stopnia wzmacniającego ze wspomnianymi tranzystorami BF245 i BF256. W obwodzie drenu zastosowałem rezystor o oporności 4,7 kΩ do plusa zasilania, w obwodzie źródła włączyłem zablokowany kondensatorem 220 μF/25V rezystor 2,2 kΩ do masy, a bramkę spolaryzowałem rezystorem 100 MΩ, podłączonym również do masy (minus układu na masie, plus 12 V stanowiło napięcie zasilania). Testowany stopień wprowadzał wzmocnienie napięciowe w okolicach 9 razy (z tranzystorem BF245B) oraz wzmocnienie około 10 razy (z tranzystorem BF256B), a szumy wyjściowe, w zakresie niskich częstotliwości (20 Hz...20 kHz) były podobne dla obu typów tranzystorów (szumy testowałem dla wejścia rozwartego oraz zablokowanego rezystorem o wartości 1 kΩ i 10 kΩ).

Następnie sprawdziłem prądy tranzystorów ze zwartymi wyprowadzeniami bramki i źródła dla napięcia 10 V, 15 V i 20 V, przy czym prądy te sprawdzałem po około jednej sekundzie od przyłożenia do tranzystora wspomnianych napięć (był to za każdym razem drugi odczyt z mojego miernika marki Brymen). Prądy należało mierzyć dość szybko, gdyż tranzystory typu JFET mają z reguły duży ujemny współczynnik temperaturowy prądu drenu (źródła), więc po podaniu napięcia prąd ten stopniowo się zmniejsza, aż do ustalenia się równowagi temperaturowej sprawdzanego elementu z otoczeniem. Dla uzyskania większej precyzji pomiarów można było ten pomiar wykonywać sposobem "impulsowym", z wykorzystaniem np. oscyloskopu, ale nie chciało mi się komplikować stanowiska pomiarowego. By jeszcze dokładniej zbadać zachowanie się tranzystora nałożyłem na napięcie zasilania składową zmienną z generatora, dodając do składowej stałej sygnał sinusoidalny o częstotliwości 1 kHz i napięciu wyjściowym 1 V. Oporność wewnętrzna generatora wynosiła 50 Ω, a schemat układu oznaczony jest w załączniku poniżej numerem 1.

Układy pom._1png.png

Na początku sprawdziłem parametry 10 tranzystorów, w tym pięciu tranzystorów typu BF245B (trzy produkcji CEMI, jeden firmy National Semiconductor i jeden firmy PHILIPS oraz pięciu tranzystorów BF256B (wszystkie wyprodukowane przez firmę Fairchild Semiconductor). Poniżej zdjęcie mierzonych tranzystorów.

tran_1.jpg

Tabela poniżej przedstawia zmierzone wartości prądu stałego (odczytane z miernika Brymen) oraz składową zmienną 1 kHz, zmierzoną miernikiem FLUKE.

Tab.1.png

W tym samym układzie sprawdziłem też prądy specjalnych diod stałoprądowych (w obudowie SMD o dwóch wyprowadzeniach umieszczony jest tranzystor JFET z rezystorem; diody te są obecnie dość tanie i dostępne np. w TME, gdyż często stosowane są w zasilaniu lamp LED z wieloma diodami elektroluminescencyjnymi, połączonymi szeregowo). Dody tego typu, opisywane są jako diody CRD (ang. current-regulating diode) lub CLD (ang. current-limiting diode). Dwie ostatnie pozycje z tabelki to wyniki pomiaru diod o symbolu CL05M6F widocznych na zdjęciu poniżej.

Diody CRD.jpg

Polecam tego typu diody, gdyż przetestowałem ich parametry, w tym poziom generowanych szumów i są one segregowane pod względem przewodzonych prądów lepiej (mają mniejszy rozrzut parametrów i niskie szumy) niż większość dostępnych tranzystorów j-fet.

W tamtym momencie trwania pomiarów stwierdziłem, że może warto przetestować prądy tranzystorów BF256B innych producentów, więc sięgnąłem do innej szufladki i wybrałem z niej tranzystory, które kupiłem jeszcze w czasach swojej młodości, przy czym producenta dwóch pierwszych już nie pamiętam, trzeci jest Motoroli, a trzy kolejne zostały wyprodukowane na początku lat 80. przez rumuńską firmę IPRS (Întreprinderea de Piese Radio și Semiconductori; trzeci z tranzystorów tej firmy jest niewidoczny na zdjęciu, gdyż tkwi w układzie pomiarowym). Poniżej wyniki pomiarów parametrów tych tranzystorów i ich zdjęcie.

Tab.2.png

tran_2.jpg

Później sprawdziłem zachowanie się źródła prądowego z tranzystorem BC556C, gdzie w obwodzie bazy tranzystora włączyłem dwie diody krzemowe typu 1N4148 plus rezystor 1 kΩ do masy, a następnie diodę świecącą LED (czerwona, starego typu z lat 70.) z rezystorem 10 kΩ do masy, a na końcu stabilizator napięcia 1,25 V typu LT1004, który spolaryzowałem chyba nieco za małym rezystorem 1 kΩ do masy, przez co wyniki nie wyszły najlepiej. Do wszystkich tych elementów stabilizujących napięcie bazy tranzystora BC556C względem emitera dołączałem kondensator elektrolityczny o pojemności 470 μF/25 V, choć bocznikowanie układu LT1004 chyba było błędem, podobnie jak zmuszanie go do pracy z większym prądem, przekraczającym przy jednym z pomiarów 20 mA. Poniżej tabelka z wynikami pomiaru źródła prądowego z tranzystorem PNP (ten typ akurat w źródłach prądowych sprawdza się gorzej od tranzystorów typu NPN, ze względu na niższe napięcie Early'ego).

Tab.4.png

Co ciekawe najlepszymi parametrami cechowało się źródło z tym tranzystorem i diodą LED jako stabilizatorem napięcia, choć sądziłem że lepsze parametry będzie miało źródło prądowe z układem LT1004...

Na koniec sprawdziłem jeszcze dwa typy tranzystorów polowych, z których jednym był popularny 2SK117BL, a drugim zabytkowy tranzystor 2SK30 (sprawdziłem po trzy losowo wybrane egzemplarze). Poniżej kolejna tabelka z otrzymanymi wynikami.

Tab.3.png

Niższe prądy przy wyższym napięciu zasilania wynikały z tego, że struktura tranzystora już w czasie wykonywania pomiaru była wyższa niż przy napięciu niższym, za co odpowiadała wyższa moc tracona w tranzystorze i zwłoka w dokonaniu pomiaru; wykonując pomiar jeszcze później otrzymałbym jeszcze niższe wartości prądów...

Pozdrawiam
Romek

[tszczesn]

Wygląda, że to całkiem zgrabne źródła prądowe są, prąd AC jest 1000 razy mniejszy od DC przy dość dużym napięciu zmiennym. Na intuicję spodziewałem się gorszych wyników.

[Romekd]

Nie jest aż tak idealnie, gdyż wartość składowej stałej była w pomiarach 10, 15 i 20 razy wyższa od wartości składowej zmiennej napięcia 1 kHz, równej tylko 1 Vsk. Tak na szybko, korzystając z danych w arkuszu kalkulacyjnym zmieniłem formuły i otrzymałem następujące wartości rezystancji j-feta dla składowej stałej i zmiennej z pokazanej wcześniej pierwszej tabeli. Poniżej wyliczenia.

Rezystancja źródła_TAB_1.jpg

Jeśli czegoś nie pomyliłem, to przedstawione wartości wydają mi się jedynie zadowalające i dobre źródło zrealizowane na tranzystorach bipolarnych byłoby znacznie lepsze pod względem parametrów od źródła prądowego z fetem. W książce "Sztuka Elektroniki", w wydaniu z roku 2022 jej autorzy podają, że zmiany prądu źródła z tranzystorem polowym mogą dochodzić do ok. 5% przy podanych w książce wartościach zmian napięcia dren-źródło i kolejne ok. 5% dla zmian temperatury tranzystora, wynikających z traconej w niej mocy (temperatury tranzystora), które to zmiany przy zmianach napięcia można zredukować do ok. 2% po zastosowaniu dodatkowego rezystora w obwodzie źródła tranzystora (tabele przedstawiają parametry tranzystora, w którym źródło i bramka są zwarte), który wytworzy dodatkowe ujemne sprzężenie zwrotne. Niestety tych wiadomości nie zdążyłem jeszcze dokładnie przeanalizować i zweryfikować poprzez praktyczne eksperymenty. Jeden praktyczny wniosek można wyciągnąć, że rezystancja kanału tranzystora dla składowej zmiennej rośnie wraz ze wzrostem składowej stałej napięcia między drenem i źródłem i że współczynnik temperaturowy jest ujemny dla prądów większych od pewnej wartości, ale może być zbliżony do zera dla prądów mniejszych, a nawet dodatni dla prądów jeszcze mniejszych, a poza tym wśród różnych typów j-fetów są takie, które lepiej od innych sprawdzają się w roli źródła prądowego. Natomiast dobrze zaprojektowane źródło prądowe z tranzystorem bipolarnym (lub kilkoma tranzystorami) może mieć znacznie wyższą rezystancję dynamiczną dla sygnałów zmiennych i stałych, która dodatkowo dla składowej zmiennej może w dużo mniejszym stopniu zależeć od odkładającego się na źródle prądowym napięcia stałego.

Rezystancja źródła_TAB_3.png

Rezystancja źródła_TAB_4.jpg

Pozdrawiam
Romek

[Einherjer]

Myślę, że brakuje tutaj ważnego kontekstu. Po pierwsze źródła prądowe z tranzystorami JFET (albo MOSFETami ze zubażanym kanałem!) są dwukońcówkowe. Oznacza to, że można je włączyć w dowolnym miejscu układu, o ile napięcie które się na nim odłoży nie będzie zbyt duże lub zbyt małe. Ze źródłem prądowym na tranzystorze bipolarnym nie da się tego (sensownie) zrobić, zawsze będzie ono "doczepione" do zasilania, albo innego punktu w układzie o stałym potencjale.
Po drugie, dodanie rezystora w obwodzie źródła co prawda zmniejsza prąd dla danego typu JFETa, ale wprowadza ujemne sprzężenie zwrotne, które bardzo znacząco zwiększa rezystancję wewnętrzną źródła zarówno dla DC, jak i AC. No i mamy wtedy tylko dwa elementy, wciąż mniej niż z tranzystorem bipolarnym. Tutaj też tkwi tajemnica czemu źródło z LT1004 nie jest lepsze, albo właściwie czemu to z diodą LED jest lepsze. W tym drugim przypadku mamy rezystor 100 Om zamiast 51 Om, bo na diodzie LED odkłada się większe napięcie, a prąd źródła miał być taki sam. Myślę, że w symulacji dałoby się pokazać, że nawet idealne źródło napięcia 1,2 V nie wygra z czerwoną diodą LED w takich zawodach

[taipan3]

,,Bez przesady, niczego odkrywczego w tym wątku nie napisałem, przynajmniej niczego co byłoby warto przenosić np. do działu "Elementy" ``
może jednak wątek przeniesiemy i ciekawy i odkrywczy oczywiście nie chodzi o moje posty

[Romekd]

Czołem.

,,Bez przesady, niczego odkrywczego w tym wątku nie napisałem, przynajmniej niczego co byłoby warto przenosić np. do działu "Elementy" ``
może jednak wątek przeniesiemy i ciekawy i odkrywczy oczywiście nie chodzi o moje posty

Tak, przeniosłem wątek, gdyż postanowiłem go kontynuować, zamieszczając rezultaty moich zabaw w pomiary, od których jestem od lat "uzależniony"...

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Myślę, że brakuje tutaj ważnego kontekstu. Po pierwsze źródła prądowe z tranzystorami JFET (albo MOSFETami ze zubażanym kanałem!) są dwukońcówkowe. Oznacza to, że można je włączyć w dowolnym miejscu układu, o ile napięcie które się na nim odłoży nie będzie zbyt duże lub zbyt małe. Ze źródłem prądowym na tranzystorze bipolarnym nie da się tego (sensownie) zrobić, zawsze będzie ono "doczepione" do zasilania, albo innego punktu w układzie o stałym potencjale.

Dokładnie, gdyż największą zaletą źródeł prądowych z tranzystorem JFET, lub np. dwoma takimi tranzystorami w połączeniu kaskodowym (mającymi dużo lepsze parametry) jest ich wyjątkowa prostota i właśnie to, że jako dwójniki można je było stosować w wielu miejscach układu. Nie ma znaczenia czy element miał pochłaniać prąd, czy go oddawać, jego konstrukcja była identyczna, co nie jest możliwe do zrealizowania z samych tylko tranzystorów bipolarnych, gdzie oba typy źródeł mają zupełnie inną konstrukcję i wymagają użycia znacznie większej liczby elementów. Produkowało się więc różne serie diod CRD, do odpowiednich zastosowań, choć wiele lat temu były one w handlu trudno dostępne i dość drogie. Dopiero rozpowszechnienie się oświetlenia opartego o diody LED przyczyniło się do wzrostu ich popularności. To dzięki temu np. w TME możemy obecnie znaleźć diody stałoprądowe (pojedyncze i podwójne) o prądzie stabilizowanym od ok. 5 mA do 40 mA i są to elementy stosunkowo tanie.

https://www.tme.eu/pl/katalog/diody-specjalne_112806/

Po drugie, dodanie rezystora w obwodzie źródła co prawda zmniejsza prąd dla danego typu JFETa, ale wprowadza ujemne sprzężenie zwrotne, które bardzo znacząco zwiększa rezystancję wewnętrzną źródła zarówno dla DC, jak i AC. No i mamy wtedy tylko dwa elementy, wciąż mniej niż z tranzystorem bipolarnym. Tutaj też tkwi tajemnica czemu źródło z LT1004 nie jest lepsze, albo właściwie czemu to z diodą LED jest lepsze. W tym drugim przypadku mamy rezystor 100 Om zamiast 51 Om, bo na diodzie LED odkłada się większe napięcie, a prąd źródła miał być taki sam. Myślę, że w symulacji dałoby się pokazać, że nawet idealne źródło napięcia 1,2 V nie wygra z czerwoną diodą LED w takich zawodach

Całkowicie się z Tobą zgadzam. Dlatego wiele lat temu, gdy pojawiły się na rynku tranzystory LND150 zacząłem je chętnie stosować we własnych układach. Z odpowiednio dobranym rezystorem źródło prądowe z tym tranzystorem może mieć bardzo niski współczynnik temperaturowy wartości stabilizowanego prądu, a gdy potrzebny jest wyższy prąd, łączę kilka tych źródeł prądowych równolegle. Dlatego jeden z moich zasilaczy, dostarczający prądów o wielu programowanych wartościach i napięciu wyjściowym 0...500 V ma ich w sobie kilkanaście, włączanych równolegle lub pojedynczo, zależnie od ustawionego przełącznikami prądu. Poniżej kilka charakterystyk tranzystora LND150 z zaznaczonym prądem w okolicach 0,5 mA, przy którym to prądzie współczynnik temperaturowy jest prawie zerowy, a ponadto na tranzystorze może się wytracać w postaci ciepła tylko 0,25 W przy napięciu 500 V, co jest dla niego wartością bezpieczną.

LND150.png

W jednym ze sklepów, konkretnie w sklepie TV-SAT można nabyć niezłe dwukońcówkowe źródła prądowe o prądzie stabilizowanym ok. 0,5 mA i dopuszczalnym napięciu 100 V. Przy potrzebie stabilizowania większego prądu można połączyć ze sobą równolegle kilka takich diod CRD, przy czym i one, ze względu na niższy prąd stabilizowany, mają stosunkowo niski współczynnik temperaturowy, a poza mają wygląd retro, dzięki metalowej obudowie jak w tranzystorze BC107...

https://shop.tvsat.com.pl/pl/p/20szt-CR ... CONIX/7272

Jest to produkt firmy Siliconix, które produkowało całą ich serię. Parametry poniżej.

CRD_CRx.png

Takie najprostsze źródło prądowe zastosowane było nawet w kultowym μA723, w którym stabilizowało jedno z napięć programujących kilka źródeł prądowych.

723.png

Pozdrawiam
Romek