RTLロジックを使用する場合の2N3904ベース抵抗値の理想的な抵抗はどれくらいですか？

2N3904トランジスタが大量にあり、RTLロジックプロジェクトでそれらを使用したいと考えています。私がWebで理解できること、および私が持っていた部分に基づいて、私は論理ゲートを次の値で非常にうまく機能させることができました：

概略図

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

これは正常に機能しますが、2N3904のデータシートで何を読んだのか少し心配です。ベースエミッターの飽和電圧には次の仕様があると述べています。

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

それが正確に何を意味するのか理解するのに苦労しています。オームの法則を使用してベース入力の電流を計算すると、I = 5/10000 = 0.0005になります。これが5mAであることは正しいですか？私はR2を5Kの抵抗に置き換え、それを同じに切り替えました。これは0.001または10mAになります。

私が言ったように、それは現在働いています。仕事に適した抵抗器を購入したことを確認したいだけです。目標はトランジスタを完全に飽和させることですが、これがどのように行われるかはわかりません。

おかげで、

transistors digital-logic rtl

— ジョニースター
ソース

1つのmiliAmpは1 / 1000Aまたは1e-3Aではありませんか？もしそうなら、それはあなたが書いているように10mAではなく、1mAです。また、5mAではなく、0.5mAまたは500uAです。同意する？

— クリスティアーノ

すべてのトランジスタには、通常、電流利得があります $\beta$ または $h_{fe}$ データシート。典型的な値は100のオーダーです。トランジスタが飽和していない場合、ベース電流とコレクタ電流はこの係数に関係します。

私_{c} = h_{f e} 私_{b}

$I_c = h_{fe} I_b$

ベース電流が増加してコレクタ電流がそれ以上増加できなくなると、トランジスタは飽和していると言います。コレクタ電流はこれ以上電流を許容できないため、これ以上増加することはありません-電流はダイアグラムのR1によって完全に制限され、エミッタからコレクタへの電圧は最小です。

デジタルロジックを設計するとき、トランジスタをかろうじて飽和させたくありません。たくさん飽和させたいです。これは、変動に対する追加のマージンを提供します $h_{fe}$ 、そしてそれをより高い周波数のために考慮に入れます（迅速な高/低遷移に必要です）、 $h_{fe}$ 効果的に削減されます。

経験則：デジタルロジックでは、コレクタ電流がベース電流の15倍になるように設計します。

したがって、ここでは1kΩのコレクタ抵抗を選択しました。飽和状態では、エミッターコレクター電圧は電源電圧よりもはるかに低いため、コレクター電流を次のように推定できます。

私_{c} = \frac{5 V}{1 k Ω} = 5 メートル あ

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

ベース電流をその1/15（0.33mA）にして、ベース抵抗両端の電圧が電源電圧になるようにします。これは、Q1のベース-エミッタ接合から約0.65V未満です。そう：

R_{2} = \frac{5 V - 0.65 V}{0.33 メートル あ} = 13 k Ω

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

選択した10kΩで十分です。

また、ベースとコレクターの電流の比率を維持しながら、抵抗値を拡大し、全体的に電流を削減することもできます。これにより、消費電力が削減されますが、小さい電流で寄生容量を急速に充電できなくなるため、ロジック速度も低下します。これは、エンジニアとしてのパフォーマンスと消費電力のトレードオフです。

— フィル・フロスト
ソース

それで、トランジスタを完全に飽和させる能力は、トランジスタの実際の値よりもコレクタ/ベース電流の比率に基づいていますか？つまり、1K（コレクタ）と13K（ベース）の比率のトランジスタを何種類か使用できるでしょうか？

— JohnnyStarr 2014

15のゲインのみを設計している場合、このアプローチはどのようにしてトランジスタが飽和状態になることを保証しますか？

— sherrellbc 14

あなたが使用する可能性のあるあらゆるトランジスタのゲインは、ゲインがありますので@sherrellbc はるかに 15以上

— フィル・フロスト

@JohnnyStarrは、トランジスタのゲインに依存しますが、一般的な汎用の小信号BJT（2N3904、BC547、2N2222など）の電流ゲインは100程度です。実際には、同じ部品番号の試験片の間でも広いマージンがあるため、ロジックがトランジスタを飽和させない問題に遭遇しないように、得られるゲインより確実に低いゲインを予測するアプローチです。

— Phil Frost 14

では、ゲインがはるかに高い可能性が高いので、ベース電流が330uAの場合よりもはるかに早くトランジスタが飽和すると予想しますか？アイデアはしっかりしているように見えますが、そのベース電流は本当に小さいようです。トランジスタが 1mAのコレクタ電流で飽和できると仮定すると、おおよその見積もりは10uAでの関連するベース電流（〜100のゲイン）になりますか？また、ベース電流を330uAに設計しているため、飽和が保証されています。

— sherrellbc 14