BJTs स्तर-शिफ्टर्स के लिए उपयुक्त हैं? ऐसा लगता है कि एफईटी अधिक सामान्य हैं, वे कैसे तुलना करते हैं?

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मैं एक शौक़ीन हूँ, और FET ट्रांजिस्टर के लिए कभी भी डेटशीट / ट्यूटोरियल नहीं मिला; मैं BJT का आदमी हूं। मैंने कभी भी बीजेटी बनाम एफईटी से निपटने के लिए चर्चा नहीं की और विशिष्ट अनुप्रयोगों को प्रत्येक प्रकार के लिए सबसे उपयुक्त माना। मेरी परियोजनाएं बहुत ही सरल स्विचिंग और लॉजिक गेट स्टाइल सर्किट हैं। इसलिए एक बार जब मुझे प्रोजेक्ट की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए बीजेटी मिल गया, तो मैं बस काम कर रहा था। मैंने दोपहर को ईई-एसई पर इस पर शोध किया और बहुत सारी अच्छी चीजें पाईं। मैंने पाया कि एफईटी लेवल-शिफ्टर्स के लिए अधिक लोकप्रिय विकल्प लग रहा था। मैं उम्मीद कर रहा था कि कोई व्यक्ति कुछ सामान्य अनुप्रयोगों में एफईटी और बीजेटी के साथ शामिल शक्तियों / कमजोरियों और ट्रेड-ऑफ के बारे में "डमी के लिए" स्पष्टीकरण प्रदान कर सकता है।

मैंने अपने प्रोजेक्ट के लिए इस स्तर-शिफ्टर को चुना : मैं ESP8266 का उपयोग करके 5V रिले ड्राइव करना चाहता हूं जिसमें 3.3V GPIO है। मैंने रिले के कॉइल करंट को 100mA के सही होने के लिए मापा। मैं एक S8050 और न्यूनतम भागों का उपयोग करना चाहता हूं, आवश्यकताएं अधिक नहीं हैं। मैं सिर्फ PIR सेंसर पर पिन पढ़ने के लिए ESP8266 का उपयोग कर रहा हूं और रिले का उपयोग करके प्रकाश को नियंत्रित करने के लिए कुछ टॉगल स्विच भी पढ़ रहा हूं। क्या उपरोक्त सर्किट एक अच्छा विकल्प है? मैंने अपना स्वयं का सर्किट डिजाइन किया है, लेकिन मैं इसका उपयोग नहीं करने जा रहा हूं। फिर भी, यह मेरी समझ में मदद करेगा यदि कोई कृपया मेरे डिजाइन का विश्लेषण प्रदान करेगा, जो कुछ कूबड़, अनुमानों और शायद थोड़े वूडू पर आधारित था।

संक्षेप में, मैंने तर्क दिया कि मेरा बेस-करंट (GPIO आउटपुट 3.3V - Q1 का 0.7V बेस) / R2 का 1K ओम = 2.6mA वोल्टेज डिवाइडर R1 / R3 में करंट से ज्यादा प्रभावित नहीं होगा जो मुझे लगता है कि 5 है। / (100K + 100K) = 25uA। मुझे नहीं पता कि R1, R2, R3 और U1 के बेस का जंक्शन कैसे काम करेगा; मैंने अनुमान लगाया कि U1 का आधार डिवाइडर के 2.5V को 0.7V तक नीचे खींच देगा, लेकिन यह निश्चित नहीं था कि यह GPmA स्रोतों के 2.6mA को कैसे प्रभावित करेगा। इसलिए मैं सर्किट से जुड़ा था।

relay gpio level-shifting

— JRE
स्रोत

1

R1 क्या कर रहा है?

— पेरीसिनथियन

यहीं पर वूडू आता है: यह सिर्फ कुछ है जो विभिन्न सर्किट वेब-साइटों से परिचित है। मेरे जादू के 8-बॉल से परामर्श करने के बाद, मैंने सोचा कि मैं सर्किट को "बायसिंग" करने की कोशिश करूंगा। मुख्य रूप से, मैं बस GPIO पिन को 3.3V से अधिक रखना चाहता था। जैसे मैंने कहा, "वूडू" (या शायद अंधविश्वास ... जो भी हो)।

5

मुझे संदेह है कि एफईटी की लोकप्रियता का एक हिस्सा यह है कि वर्तमान में संचालित होने के बजाय वोल्टेज, और स्विचिंग अनुप्रयोगों का उपयोग करने वाले अधिकांश लोग, वे कई मामलों में समझने में आसान हैं। BJTs के साथ धाराओं में सोचना थोड़ा सिर-खरोंच हो सकता है। FETS के साथ कभी-कभी विडंबना यह है कि गेट पर आवेदन करने के लिए आपको उस वोल्टेज की आवश्यकता होती है, और आपको अपने पॉजिटिव रेल के ऊपर अतिरिक्त वोल्ट नहीं मिला है, आदि

— Ian Bland

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रे। हां, सैंकड़ों नहीं हैं तो BJTs का उपयोग करने पर हजारों अच्छे पृष्ठ हैं जिनमें आप किसी भी प्रकार की स्विचिंग व्यवस्था की कल्पना कर सकते हैं। वे स्तरीय शिफ्टर्स के रूप में भी ठीक काम करते हैं , हालांकि आपके उस वाक्यांश के उपयोग के बावजूद मुझे नहीं लगता कि वास्तव में आपकी स्थिति यहाँ है। यदि आप BJTs का उपयोग करते हुए स्तर के स्थानांतरण का एक उदाहरण देखना चाहते हैं, तो आप यहाँ मेरा उत्तर देख सकते हैं ।

नीचे, आपको मछली देने के बजाय, मैं कोशिश करूँगा और आपको मछली सिखाऊंगा।

वर्तमान अनुपालन से जुड़ी स्थितियों के लिए जो आपके I / O पिन (एक रिले की तरह) या आपके I / O पिन की तुलना में एक अलग, उच्चतर ड्राइविंग वोल्टेज को संभाल सकता है (फिर से, आपके रिले की तरह), या जहां आपको आगमनात्मक के खिलाफ कुछ सुरक्षा की आवश्यकता है किकबैक (एक बार फिर, अपने रिले की तरह) आप शायद स्विच के रूप में बाहरी BJT या FET का उपयोग करना चाहेंगे।

आप चीजों को व्यवस्थित कर सकते हैं ताकि स्विच हो:

नीचे की तरफ (जमीन के पास), या
उच्च पक्ष पर (आपके रिले या अन्य डिवाइस के लिए ड्राइविंग वोल्टेज के पास), या
दोनों तरफ (एच-ब्रिज, पुल-बंधे लोड, आदि)

लेकिन आपको वास्तव में ऊपर (2) या (3) चुनने के लिए एक अच्छा कारण होना चाहिए। यदि आपके पास कुछ अच्छा कारण नहीं है, तो वे अधिक भागों और अक्सर अनावश्यक रूप से जटिल होते हैं। तो लो-साइड स्विच कुछ इस तरह की जांच करने के लिए पहली पसंद है।

किसी भी स्विच को डिजाइन करने के लिए, आपको ड्राइव करने के लिए आपके पास जो कुछ भी है, उसके स्पेसिफिकेशन के साथ शुरुआत करते हैं।

आइए एक ESP8266 डेटाशीट देखें :

यहां, आप देख सकते हैं कि I / O पिन के लिए वर्तमान अनुपालन में का अधिकतम मूल्य है । इसका मतलब है कि आपको उस मूल्य के तहत अच्छी तरह से रहने की योजना बनानी चाहिए। मुझे अधिकतम आधे से नीचे रहना पसंद है, अगर मैं इसे प्रबंधित कर सकता हूं, तो अभी भी कम बेहतर है। कम बेहतर है क्योंकि यदि आप एक ही समय में कई अलग-अलग I / O पिंस का उपयोग कर रहे हैं, तो लोडिंग बढ़ जाती है और पूरे पोर्ट के लिए और संपूर्ण डिवाइस के लिए भी अपव्यय सीमाएं हैं। यहां तक कि अगर वे नहीं कहा जाता है, वे मौजूद हैं। इसलिए जितना हो सके चीजों को कम रखें। $I_{MAX}=12\:\textrm{mA}$

वोल्टेज सीमाओं पर भी ध्यान दें। मान लें कि आप पर काम कर रहे हैं , तो वे उस के 80% के एक उच्च उत्पादन वोल्टेज की गारंटी, या $V_{CC}=3.3\:\textrm{V}$ (इसका मतलब है, जब सोर्सिंग।) उन्होंने यह भी है कि के 80% की एक कम उत्पादन वोल्टेज की गारंटी, या

\begin{matrix} (Voh Min) & V_{O H} \geq 2.64 V \end{matrix}

$V_{OH}\ge 2.64\:\textrm{V}\label{voh}\tag{Voh Min}$

I_{M A X}

$I_{MAX}$

(इसका अर्थ है, जब

डूब

।)

\begin{matrix} (Vol Max) & V_{O L} \leq 330 mV \end{matrix}

$V_{OL}\le 330\:\textrm{mV}\label{vol}\tag{Vol Max}$

I_{M A X}

$I_{MAX}$

आइए अब एक विशिष्ट रिले डेटशीट देखें :

यहां से आप देख सकते हैं कि प्रतिरोध और वह आवश्यक धारा $125\:\Omega$ । $40\:\textrm{mA}$

$V_{CE}$ $V_{CE}$ $V_{CE}$ $\beta$

डेटा के उपरोक्त बिट्स कहते हैं कि आपको वास्तव में पहले बताए गए सभी कारणों के लिए एक बाहरी स्विच की आवश्यकता है। आपको इसकी आवश्यकता है क्योंकि इसके लिए अधिक वर्तमान अनुपालन की आवश्यकता होती है तब आपका I / O पिन प्रदान कर सकता है, क्योंकि आप रिले के इंडक्शन से अपने I / O पिन को बैक-ईएमएफ से बचाना चाहते हैं, और क्योंकि रिले को आपके I / O से अधिक वोल्टेज की आवश्यकता होती है पिन प्रदान कर सकते हैं। सीधे I / O का उपयोग करने के बारे में भी मत सोचो!

रिले द्वारा कम वर्तमान की आवश्यकता के कारण, आप लगभग किसी भी BJT का उपयोग कर सकते हैं।

$100\:\textrm{mA}$

इस मामले में, मैं उपयोग करूँगा कि मेरे पास बहुत कुछ है: OnSemi PN2222A डिवाइस। आइए चित्र 11 की परीक्षा शुरू करें:

$\beta=\frac{I_C}{I_B}=10$ $V_{CE}$ $\frac{I_C}{I_B}=10$

\begin{matrix} (Ib) & I_{B} = 4 mA \end{matrix}

$I_B=4\:\textrm{mA}\label{ib}\tag{Ib}$

\begin{matrix} (Vbe) & V_{B E} \approx 800 mV \end{matrix}

$V_{BE}\approx 800\:\textrm{mV}\label{vbe}\tag{Vbe}$

योजनाबद्ध तैयार करने का समय:

ढांच के रूप में

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

$R_1$ $\ref{voh}$ $\ref{vbe}$ $\ref{ib}$

\begin{matrix} (R1) & R_{1} = \frac{2.64 V - 800 mV}{4 mA} = 460 Ω \end{matrix}

$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{4\:\textrm{mA}}=460\:\Omega\label{r1}\tag{R1}$

निकटतम मान होगा $470\:\Omega$

$3.3\:\textrm{V}$ $\frac{3.3\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{470\:\Omega}\approx 4.4\:\textrm{mA}$

$R_1$

संपादित करें: आप के साथ (नीचे टिप्पणियों में) मूल्य का संकेत देते हैं $100\:\textrm{mA}$ $\beta$

यहां, आप लेबल वाला एक वक्र देख सकते हैं $150\:\textrm{mA}$ $I_B$ $V_{CE}$ $V_{CE}$ $100\:\textrm{mV}$ $I_B\approx 8\:textrm{mA}$ $10\:\textrm{mA}$ $\beta$

पर अपने रिले के लिए यह सब एक साथ लेना $100\:\textrm{mA}$ $I_B=4\:\textrm{mA}$ $I_B=5\:\textrm{mA}$ $I_B=6.7\:\textrm{mA}$

$\ref{r1}$

\begin{matrix} (R1 redo 1) & R_{1} = \frac{2.64 V - 800 mV}{5 mA} = 368 Ω \end{matrix}

$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{5\:\textrm{mA}}=368\:\Omega\label{r1x}\tag{R1 redo 1}$

\begin{matrix} (R1 redo 2) & R_{1} = \frac{2.64 V - 800 mV}{6.7 mA} = 275 Ω \end{matrix}

$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{6.7\:\textrm{mA}}=275\:\Omega\label{r1y}\tag{R1 redo 2}$

इन दोनों के बीच? मैं सिर्फ साथ जाऊँगा $R_1=330\:\Omega$ $7.5\:\textrm{mA}$ $12\:\textrm{mA}$

— Jonk
स्रोत

बहुत बढ़िया जवाब! यह मेरे द्वारा उपयोग किया जाने वाला सर्किट होगा, मेरे पास पहले से ही कुछ 2N2222A हैं जिन्हें मैंने मैला किया है। मुझे लगा कि मेरे पास यह सामग्री नीचे पैट है, लेकिन मुझे खुशी है कि आप उस विस्तार में चले गए जो आपने किया था क्योंकि मैं देखता हूं कि मैं कुछ चीजों पर थोड़ा अस्थिर हूं: सबसे पहले, मैं उच्च के लिए गारंटीकृत मूल्यों पर ध्यान दूंगा 80% (या जो भी मामला है) में स्तर उत्पादन वोल्टेज और कारक, केवल मेरी गणना में पूर्ण 100% का उपयोग करने के बजाय। जिस चीज ने वास्तव में मुझे आश्चर्यचकित किया, वह थी कलेक्टर वर्तमान / बेस करंट के बीटा पैरामीटर का आपका उपयोग। मैं इस समय hFE का उपयोग कर रहा हूँ। मैं भुला

मेरे सवाल में गणना, इसलिए: मैंने 5V आपूर्ति का उपयोग करके रिले के माध्यम से 100mA की माप की है (मैं डेटाशीट प्राप्त नहीं कर सकता क्योंकि मैंने मुद्रण पर चिपकाया है)। मैंने इसे सुझाए गए 2X- 5X सुरक्षा मार्जिन से गुणा किया है, इसलिए मैं 260mA पर बस गया। नहीं है कि मैं कलेक्टर वर्तमान के लिए क्या उपयोग करते हैं? मैंने इसे 2.6mA के आधार वर्तमान प्राप्त करने के लिए 100 के hFE द्वारा विभाजित किया है। तो यहाँ मैं कहाँ उलझन में हूँ: सोचा hFE कलेक्टर को आधार का वर्तमान लाभ था। Rearranging Beta = Icollector / Ibase बेस को करंट X बीटा = कलेक्टर करंट देता है। मैं कहाँ फिसल गया हूँ? मैं चित्र 11 में ग्राफ से हैरान हूँ,

@ Ray71 अगर आप इसे स्विच की तरह काम करना चाहते हैं तो आपको BJT को ओवर-ड्राइव करना होगा। चित्र 11 को देखें। आप साथ घटता देख सकते हैं

V_{C E} = 10 V

$V_{CE}=10\:\textrm{V}$

β

$\beta$

100 mA

$100\:\textrm{mA}$

β = 15

$\beta=15$

शीर्ष पर 3 भूखंड हैं, जिनमें से 2 अच्छी तरह से लेबल हैं, लेकिन तीसरा एक बस कहता है, "1.0 वी"। भले ही मैंने एक लेबल का उपयोग किया हो, "Vbe (sat) @ Ic / Ib = 10" मैं "1.0V 'के बारे में उत्सुक हूं। सुरक्षा डायोड के लिए, मुझे 1N4001-1N4007 रेंज में लोगों का उपयोग करने की आदत है। यह कितना मायने रखता है। फिर से, अज्ञानता से बाहर, मैंने सोचा कि नाजुक होने के बजाय "1% 4148" की तुलना में "beffier" होने का मतलब यह अधिक "भारी कर्तव्य" था। मैं अभी से 1N4148 के साथ बोर्ड पर हूं, बस सोच रहा था। व्यवहार में अंतर। मुझे योजनाबद्ध है कि डायोड के कैथोड से जुड़ना चाहिए

V_{C E}

$V_{CE}$

V_{C E}

$V_{CE}$

V_{C E} = 1 V

$V_{CE}=1\:\textrm{V}$

V_{C E} = 10 V

$V_{CE}=10\:\textrm{V}$

10

आपको इस "वूडू" की आवश्यकता नहीं है। R1 और R3 दोनों यहां अनावश्यक हैं। एक द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर धाराओं पर काम कर रहा है, वोल्टेज नहीं। इन प्रतिरोधों को केवल रैखिक एम्पलीफायरों के लिए अपने रैखिक क्षेत्र में ट्रांजिस्टर को पूर्वाग्रह करने की आवश्यकता होती है। आप रैखिक प्रवर्धन नहीं चाहते हैं, आप उच्च दक्षता स्विचिंग चाहते हैं।

ढांच के रूप में

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

$U_{BE}$

एक स्विचिंग ट्रांजिस्टर का उपयोग करें, इनका उच्च बीटा मान है और बहुत कम इनपुट धाराओं पर संतृप्ति में जाते हैं। आप उच्च भार के लिए एक डार्लिंगटन प्रकार पर भी विचार कर सकते हैं। संतृप्ति कम वोल्टेज ड्रॉप और ट्रांजिस्टर में कम गर्मी उत्पादन की ओर जाता है।

— Janka
स्रोत

4

FETs संतृप्त नहीं करते हैं। इस प्रकार एक बड़ी गति की जीत।

और उपयोगी धाराओं के लिए एक द्विध्रुवी Vbe 0.5--0.7 वोल्ट पर बहुत अधिक सेट है।

जबकि एक FET खुशी से गेट और चैनल के बीच 1 या 2 या 5 या 10 वोल्ट की अनुमति देता है। इस प्रकार ऑपरेशन के लचीलेपन के लिए एक बड़ी जीत।

— analogsystemsrf
स्रोत

2

BJT और FET की सामान्य तुलना:

BJT: - करंट-नियंत्रित डिवाइस - चार्ज वाहक इलेक्ट्रॉन और छेद दोनों हैं (इसलिए द्विध्रुवी) - शारीरिक रूप से बड़ा - बहुत कम इनपुट कैपेसिटेंस (उच्च गति / उच्च आवृत्ति प्रवर्धन दे सकता है) - अधिक रैखिक प्रवर्धन चूंकि लाभ बायस वोल्टेज पर निर्भर नहीं करता है - कम आउटपुट प्रतिबाधा हो सकती है, और इसलिए कम-प्रतिबाधा भार को आसान बनाता है - वर्तमान नियंत्रण के कारण आम तौर पर उच्च बिजली की खपत

FET: - वोल्टेज-नियंत्रित डिवाइस (कम बिजली की खपत, केवल बिजली स्विच करते समय आम तौर पर राज्य स्विचिंग) - चार्ज वाहक या तो इलेक्ट्रॉनों या छेद होते हैं (प्रकार के आधार पर, इसलिए एकध्रुवीय) - शारीरिक रूप से छोटा - फास्टिंग गेट के लिए आसान (आधा नाली वर्तमान) पैमाने पर कर सकते हैं आकार) - आम तौर पर उच्च इनपुट समाई और मिलर प्रभाव का मतलब है कि लाभ बढ़ता है, इसलिए इनपुट समाई है - कम प्रतिबाधा को बहुत अच्छी तरह से ड्राइव नहीं कर सकता है (आमतौर पर बफर चरण की आवश्यकता होती है) - आम तौर पर कम बिजली की खपत

यह किसी भी तरह से अंतर की पूरी सूची नहीं है, लेकिन दो प्रकार के ट्रांजिस्टर के बीच अंतर के रूप में आपके प्रश्न का उत्तर देता है। मेरे शैक्षिक अनुभव में, ऐसा लगता है कि hobbyist परियोजनाओं के लिए समय का 95%, BJT जाने का रास्ता है, लेकिन बड़े पैमाने पर, उच्च घनत्व परियोजनाओं के लिए, CMOS सबसे डिजिटल सर्किट CMOS हैं प्राथमिक पसंद है, और इसलिए यह सस्ता है एक ही प्रक्रिया में एनालॉग और डिजिटल दोनों का उत्पादन करने के लिए।

— K.Effinger
स्रोत

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कुछ अनुप्रयोगों में, ऊर्जा दक्षता बहुत महत्वपूर्ण है। हालांकि कई अनुप्रयोग हैं जहां यह वास्तव में मायने नहीं रखता है, बहुत से लोग बाद के अनुप्रयोगों के लिए डिजाइन को अनावश्यक रूप से सीमित करना पसंद नहीं करते हैं।

यदि किसी को एकल-बीजेटी-आधारित सर्किट की आवश्यकता होती है जो 100mA को स्विच करने में सक्षम है, तो उस सर्किट को 2-10mA के बीच कहीं भी खींचने की आवश्यकता होगी, जब भी यह होना चाहिए, चाहे लोड वर्तमान वास्तव में 100mA या शून्य हो । अगर लोड वास्तव में किसी भी समय 100mA को खींचेगा, तो उस समय सिस्टम के पावर ड्रॉ में 10mA को जोड़ना भी केवल बिजली की खपत में 10% की वृद्धि करेगा। अगर, हालांकि, लोड अक्सर कुछ ऐसा हो सकता है जो केवल 1mA लेता है, तो पावर को ड्रा करने के लिए 2mA जोड़कर उस लोड को नियंत्रित करने से संबंधित बिजली की खपत को तीन गुना कर देगा। यदि लोड को ज्यादातर समय पर स्विच किया जाएगा (लेकिन बस बहुत कम वर्तमान खींचना) जो बहुत बेकार हो सकता है।

BJTs MOSFETs की तुलना में व्यापक रूप से उपलब्ध हैं, और कई सर्किट उस उपलब्धता के आसपास डिज़ाइन किए गए हैं। मैं नहीं जानता कि किसी भी विशेष MOSFET 2N3904 और 2N3906 के रूप में सर्वव्यापी है। वे हिस्से ग्रह पर सबसे अच्छे ट्रांजिस्टर के पास कहीं नहीं हैं, लेकिन वे हर जगह हैं। मैं किसी भी MOSFETs के बारे में नहीं जानता, जिनमें से कोई एक ही कह सकता है।

— supercat
स्रोत