Почему транзистор открывается, даже если на его базу подают напряжение гальванически развязанное от напряжения коллектора-эмиттера?

Question

[ivan58]

Напряжения + V и - V гальванически развязаны от напряжения Vin+ и Vin- однако транзисторы открываются

Answer 1

[Виктор]

Это действительно несложный вопрос, и начать ответ надо с того, что биполярный транзистор открывается не напряжением (как вы ошибочно предполагаете), а током, пропускаемым через переход "база-эмиттер". Вторая ваша ошибка - предположение о полной гальванической развязке источников базового и коллекторного токов. Любой электрический ток может течь только по цепи, имеющей топологию кольца. Поскольку для коллекторного и базового токов у транзистора есть один общий вывод (эмиттер), то понятное дело, полная гальваническая развязка между этими источниками физически невозможна.

Конечно, может показаться, что балансным каскадом с вашей схемки можно управлять, подключив гальванически развязанный источник управляющего напряжения между базами транзисторов, но это только кажется. В действительности, базовый ток при таком подключении просто не потечёт, поскольку его цепь содержит два встречно включённых эмиттерных перехода. Один из них всегда будет заперт, базового тока нет, и оба транзистора будут закрыты. Это режим "с оборванной базой".
Чтобы управлять этими транзисторами, придётся подать напряжение на базы относительно точки -V, или средней точки коллекторного питания (не видной на вашей схеме), или любой другой подходящей, общей для обоих источников. Только при этом условии появится цепь для протекания базовых токов.

Comments

[ivan58]

Да , я с вами согласен , но на практике , каскад приемника RS485 подключен двумя проводами в точку Vin + (провод А ) и в точку V in - ( точка В) , а точка
V - третьим проводом не подключается , в RS 485 два провода. При чем есть схемотехника выполненная на биполярных транзисторах компаратор 521са2
там тоже видно , что подключается двумя проводами.
Создается впечатление , что транзисторы изначально в приоткрытом состоянии . Получается если использовать полевые транзисторы , то вот они приоткрываются от электрического поля и третий провод не нужен.
Конечно что то тут не так , тогда покажите на схеме где умещается в вашу логику , ну с третьей общей точкой .
Вот на этом видео отчетливо видно , что ток не течет , а подается лишь статическое напряжение https://www.youtube.com/watch?v=cO4fF1ty3OE
В ином случае должен быть обходной путь для общей точки или обратная связь .

[VT100]

Ни убавить, ни прибавить, это - ответ.

ivan58, перестаньте лукавить и покажите свою конкретную схему. Например,

в RS 485 два провода

- только у жадин, криворуких или незнаек. Третий провод у них образуется через заземление установок. Либо - ничего не работает из-за перегрузки входов приёмника синфазным напряжением (от минус 5 до 12 В тип.).

[VT100]

P.S. Видос - говно, аффтар путает транзисторы на второй минуте. Дальше смотреть не стал.

[ivan58]

VT100, подождите , сейчас соберу схему сфоткаю и выставлю

[ivan58]

@ivan58, ну вот это фото с датчика температуры переданные через RS 485 c прибора термодат на ноутбук по двум проводам

[ivan58]

VT100, вот фото с прибора на ноутбук передача температуры по двум проводам

[Армянское Радио]

ivan58, гениальное техническое решение - пустить дифференциальный сигнал не по витой паре, а по двум отдельным витым парам.

[ivan58]

Армянское Радио, а эти две витые пары еще и вытые между собой . Третий провод я не подключал . Хотя контакт там есть .

[Армянское Радио]

ivan58, чем ближе свиты провода, тем одинаковее в них будет наводка, которая потом будет вычитаться. Чем вы руководствовались, объединяя провода таким образом?

[Виктор]

ivan58,

Создается впечатление , что транзисторы изначально в приоткрытом состоянии .

Правильное у вас впечатление. Вот я открыл одну из схемных реализаций RS485

и сразу увидел резистор 1,2 к, подающий на базы транзисторов входного каскада LM393 некоторый начальный ток, приоткрывающий транзисторы. В микросхемной реализации RS485 этот резистор спрятан где-нибудь на кристалле, вы его и не заметите, но работать без него ничего не будет.

если использовать полевые транзисторы , то вот они приоткрываются от электрического поля и третий провод не нужен.

Всё равно нужен, поскольку управляющее напряжение затвора подаётся на полевик опять-таки относительно общего вывода - истока, а не висит в воздухе. Значит, его надо где-то "забазировать".

[ivan58]

Виктор, просто Замечательно ! Какой -то резистор не указанный ни где !
А в этой схеме помоему тоже нет :

[ivan58]

Армянское Радио, только одним : в данной ситуации расстояние от ноутбука до прибора полтора метра , прямые провода как видите тоже работают .

[Армянское Радио]

ivan58, Попробуйте ноутбук из розетки выключить - тогда вы убедитесь, что дифференциальной паре третий провод не нужен. Достаточно, чтобы между базами транзисторов была приложена ЭДС

В ваших схемах не нарисована важная штука - питание дифференциальной пары источником стабильного тока, которое и обеспечивает реакцию дифференциального усилителя на появление разности потенциалов между базами.

Рассмотрите это так. Из базы левого транзистора ЭДС передатчика украла электон, Через переход ЭБ на его место затянулся другой электрон. Источник тока, питающий схему, обязан поддерживать стабильный ток, поэтому он утянул электрон из той точки, куда подключены коллекторы обоих транзисторов.

В это же время ЭДС передатчика занята тем, что пытается впихнуть сворованный у левого транзистора электрон в базу правого, а на коллекторе у него же как раз есть децифит в один электрон, созданный источником питания усилителя. переход КБ в эту сторону - открыт, так что ток прекрасно себе начинает протекать по схеме.

Этот ток заставляет левый транзистор открыться, перекашивая напряжения на выходах усилителя. Ура-ура, все работает без привязки передатчика к земле.

Чтобы совсем убедиться в этом, засуньте схему в он-лайн эмулятор (что я только что и сделал)




Черное на графике - сигнал с генератора, который подключен к базам транзисторов.
Синее - то, что выходит из усилителя ( в дифференциальной форме)

[Виктор]

ivan58,

А в этой схеме помоему тоже нет :

Верно, на кристалле операционного усилителя общего назначения ничего лишнего и не должно быть, поскольку эти детали добавляют извне, когда из ОУ общего назначения делают нечто конкретное.
А вот для специализированных ОУ (один из вариантов которых - реализация RS485) могут поступить наоборот - перенести на кристалл всё необходимое, чтобы упростить внешнюю обвязку. Но могут и не поступить, а добавить резистор 1,2 к извне. Это может зависеть от чего угодно - скажем, от традиций, сложившихся в данном КБ или прихотей разработчика. Главное - чтобы всё всегда работало без проблем. А ваш вопрос - из серии "иногда работает, иногда не работает".
Армянское Радио,

переход КБ в эту сторону - открыт, так что ток прекрасно себе начинает протекать по схеме.

Ваше объяснение крайне подозрительное, поскольку штатно переход КБ всегда заперт, и ток в нём течёт только за счёт инжекции из базы. Нет базового тока - нет и коллекторного (режим оборванной базы), если не считать наноамперных обратных токов через запертый переход.
Полезный сигнал, действуя симметрично на симметричный каскад, не сможет создать базового тока. Причину я описал в своём ответе. Впрочем, нет, сможет - если амплитуда напряжения сигнала превысит напряжение пробоя эмиттерных переходов транзисторов.
Почему у вас всё заработало в симуляторе - надо разбираться. Возможно, это дефект модели или самого симулятора.

[Армянское Радио]

Виктор, я же написал, как ЭДС источника сигнала будет таскать электроны с эммитера на базу одного из транзисторов, что является необходимым условием его открытия, которое приведет к перекосу схемы и появлению разности потенциалов на выходах A и B

Напоминаю, что помимо встречно закрытых эммитерных переходов в схеме дифкаскада обязательно есть источник тока, который очень хочет вкачивать электроны в точку соединения эмитеров

[Виктор]

Армянское Радио, один электрон не в счёт, его нетрудно объяснить ёмкостным током сквозь запертый переход. Вы попробуйте объяснить появление постоянного базового тока.

[Армянское Радио]

Виктор, так это и есть постоянный ток, я же написал, по какому пути он пойдет ( Б-Э левого транзистора, R3, источник ЭДС питания усилителя, R2, К-Б правого транзистора, источник ЭДС, питающий диффапару)

[ivan58]

Виктор, уважаемый Виктор, если у вас возник спор с Армянским радио, то мне остаётся попасть под раздачу в этом споре. А у меня вопрос то остаётся открытым, как токовая петля от А к В протекает? А может там иная закономерность?

[Армянское Радио]

ivan58, Вы ноутбук от розетки отключали? Данные все еще передаются?

[ivan58]

Армянское Радио, я вас услышал и услышал то о чем мой вопрос, то есть объединение по земле. Нет. Не пробовал. Завтра обязательно попробую без сети. Ну и дела! То есть, сеть отключаю и передачи не будет. Класс!

[VT100]

переданные через RS 485 c прибора термодат на ноутбук по двум проводам

Таких "фоточек" я и сам могу наснимать. Схема где? И пояснения к ней - что за "Термодат", что за RS485-USB преобразователь, от чего запитаны Термодат и ноутбук?

P.S.

Третий провод у них образуется

Либо - через какие-нибудь защитные диоды.

[Виктор]

Армянское Радио,

так это и есть постоянный ток, я же написал, по какому пути он пойдет ( Б-Э левого транзистора, R3, источник ЭДС питания усилителя, R2, К-Б правого транзистора, источник ЭДС, питающий диффапару)

Вот это самое "К-Б правого транзистора" и есть сомнительный для меня момент. Всю жизнь учили, что ЭБ открыт, КБ заперт и пропускает не базовый ток, а только собственный, за счёт разгона носителей, инжектируемых базой. И эти носители не имеют никакого отношения к собственно базовому току, тем более базовому току другого транзистора дифпары.
Ну хорошо, зайдём с другой стороны и вернёмся к исходному вопросу. Напомню, что речь в нём идёт о независимости (и более того, гальванической развязке) двух источников - источника питания всей схемы и источника тока сигнала в базах дифкаскада. И теперь вопрос уже от меня: если отключить источник питания, базовый ток по-прежнему будет идти описанным у вас маршрутом? По-моему, нет, а значит, нет и независимости источников.
И последнее. Я не настолько знаток теории, чтобы вещать истину в последней инстанции, я больше практик. И поэтому вполне могу ошибаться. Если я ошибся, значит, нефик мне принимать дальнейшее участие в обсуждении. Если же я прав, то тоже не хочу продолжать толочь воду в ступе, истина рано или поздно проявится сама собой.
VT100,

Либо - через какие-нибудь защитные диоды.

Очень возможная вещь. Мало ли там в схеме недокументированных или паразитных элементов...

[VT100]

Создается впечатление , что транзисторы изначально в приоткрытом состоянии

"Line input current" (синфазный ток, втекающий с линии связи на вход приёмника или вытекающий в линию - зависит от синфазного напряжения в линии относительно "земли" приёмника)

Упомянутый в прошлом вопросе входной ток приёмника - недвусмысленно говорит, что приоткрыты.
Также - рассмотрите центральный фрагмент рисунка, входы приёмника - не болтаются в воздухе. КМК, эти транзисторы справа - формируют гистерезис.

Почему у вас всё заработало в симуляторе - надо разбираться.

Возможно потому, что дифкаскад запитан источником тока, а не напряжения.

Виктор, так это и есть постоянный ток, я же написал, по какому пути он пойдет (Б-Э левого транзистора, R3, источник ЭДС питания усилителя, R2, К-Б правого транзистора, источник ЭДС, питающий диффпару)

Чтобы пройти так - переход К-Б правого транзистора должен [при]открыться в прямом направлении. При [относительно] фиксированном потенциале эмиттеров (Vб лев. минус 0,65 В) - правому для этого надо изрядно насытиться. А он не может, т.к. на базе отрицательный потенциал относительно эмиттера.

[ivan58]

Армянское Радио, питание с ноутбука отключил от сети , но передача данных продолжилась . Значит не зависит от третьего провода .
Только хотелось уточнить . Если сигналы будут в линии сбалансированы , допустим 5+ и 5 - вольт или 0 и 0 вольт , то в таком случае каскады уровновесятся , ток потечет по двум цепочкам одновременно и на выходе будет ноль тоже ? Поправьте меня , в этом случае разбалансировки не будет , а приоткрытые транзисторы( неуказанные в схеме чем они приоткрытые ) , о чем говорил Виктор, будут пропускать некторый общий ток .

[ivan58]

Виктор, в любом случае с вами было приятно пообщаться и услышать грамотного человека .

[ivan58]

Армянское Радио, как это не стандартно-сложно-уникально !

[Армянское Радио]

ivan58, если честно, я очень сомневаюсь в своем объяснении ситуации. Наверняка диффпара цепляется к какой-то искуственной земле через какие-то компоненты, потому что на обратном токе коллектора далеко не уедешь.

Более того, я считаю малопродуктивной вашу затею изучения интерфейсов путем залезания на уровень отдельных транзисторов - для реальной практики в цифровой электронике, достаточно работы на уровне чипов и повторения схем из даташитов. Вы же тратите время на выяснение того, какой там транзистор куда открылся.

[ivan58]

@gbg, Вот новая подсказка от научного работника
Важным как я понял является наличие обратного тока коллектор-база . Резистор R3 искусственная земля

[Виктор]

ivan58, приятно видеть ваше упорство в достижении цели. По-моему, подсказка вашего консультанта - не по делу, обратный ток коллектора он притянул сюда за уши. Почему? На то несколько причин:
1 Обратный ток коллектора - это паразитный параметр. Любой биполярный транзистор стремятся сконструировать так, чтобы сделать этот ток минимальным, в идеале нулевым. И как тогда быть с объяснением, которое он дал?
2. Вход с базы - это высокоомный вход, ток через него обычно очень мал. Сигнал на него поступает с выхода предыдущего каскада, который, наоборот, низкоомный и поэтому способен удерживать нужное напряжение почти независимо от прочих воздействий, в т.ч. и мизерного обратного тока следующего каскада.
Ваш консультант дал рисунок (схему), где это всё хорошо видно. И глядя на неё, мне пришло в голову вернуться к исходной формулировке вашего вопроса - это где вы спрашиваете про напряжения на входах дифкаскада, а я отвечаю, что важны не напряжения, а токи. Похоже, я был неправ и зря охарактеризовал ваш вопрос как несложный, там кроются нюансы.
Итак, про напряжения на входах дифкаскада. Линия RS485, в отличие от ОУ общего назначения, работает при сильном сигнале. Это не ОУ, а компаратор. Допустим, при передаче 1 мощный выходной каскад передатчика задаёт на одном проводе витой пары плюсовой сигнал, и половинка дифкаскада приёмника, работая как эмиттерный поворитель, следом поднимает напряжение на общих эмиттерах, из-за чего вторая половинка запирается (тем более что на втором линейном проводе в это время минус). При передаче 0 - наоборот. Чтобы это происходило, источник напряжений сигнала ни в коем случае не имеет права быть гальванически развязанным, сигнал отсчитывается от земли. Собственно, именно об этом написал в своём комментарии VT100, а мы не обратили внимания и долго рассусоливали про не пойми что.
Армянское Радио,

Более того, я считаю малопродуктивной вашу затею изучения интерфейсов путем залезания на уровень отдельных транзисторов - для реальной практики в цифровой электронике, достаточно работы на уровне чипов и повторения схем из даташитов. Вы же тратите время на выяснение того, какой там транзистор куда открылся.

Вы правы только при условии, что автор вопроса будет иметь дело только с аппаратурой и её схемами. А вдруг ему взбрендит пойти в разработчики микроэлектроники? Тогда уровень отдельных транзисторов - это для него будет самое то.

[ivan58]

Виктор, Жобрый день Виктор ! Вы говорите , что сигнал не может быть гальванически развязан от земли .
Вот указание стрелками внизу схемы между корпусом передатчика и приемника это и есть электрическая связь ? Но как корпуса связаны если нет проводника ? Или проводник подразумевается ? между ножками

[Виктор]

ivan58, вы повторяетесь, а ведь я уже ответил. Если вам непонятен ответ, то вот подсказка.
Допустим, для питания приёмника и передатчика надо 24 вольта. Запитаем передатчик от источника, минус которого - это ноль вольт (заземление), а плюс - это +24. Вроде передатчик при таком питании должен нормально работать. Теперь запитаем приёмник от источника, у которого минус - это +100 вольт (относительно заземления), а плюс - это +124. Вроде тоже приёмник получит при этом 24 вольта и тоже должен нормально работать. Теперь вопрос - будет ли нормальная связь по каналу, запитанному таким образом?
Мой ответ - не будет. Покажите этот мой пример вашему консультанту, схему которого вы выставили второй раз - интересно, как он его прокомментирует. Если у вас найдётся несколько БП с подходящими напряжениями, можете попробовать проверить это экспериментально. Если линия связи с таким питанием всё-таки заработает, я готов признать своё поражение, даже если никто не сможет объяснить, почему она работает.

как корпуса связаны если нет проводника ? Или проводник подразумевается ?

Правильно сделанное заземление - это объёмный проводник с сопротивлением в несколько ом. В старину (19 век) при прокладке 2-проводных телеграфных и телефонных линий связи экономили вдвое, заменяя один проводник землёй:

[ivan58]

Виктор, https://sibsutis.ru/company/personal/user/8137/
Это Микушин Александр Владимирович там же есть адрес почты. Вот сейчас получил письмо, это действительно физический провод, его можно не подключать, но тогда скорость максимум до 300 бод. Но идея в том, что для понимания принципа работы устройства, необходим третий провод. То есть рассматривать работу RS485 надо ничинать с привязки к - V.
У меня мало выбора и нужно в моей ситуации придерживаться одного варианта. Задайте ему свой вопрос, мне тоже будет интересно.

[Виктор]

ivan58, извините, не до того. Я не стремлюсь безгранично расширять объём дискуссии.

[ivan58]

Виктор, я прошу прощения за не правильно сформулированный вопрос. Его надо было задать так:
Как интерфейсу RS485 удаётся передавать информацию не имея третьего провода. Но теперь это не актуально.

[VT100]

Как интерфейсу RS485 удаётся передавать информацию не имея третьего провода.

Проще простого. Это возможно, если синфазное напряжение на входах приёмника не выходит за допустимые границы.

Теперь запитаем приёмник от источника, у которого минус - это +100 вольт (относительно заземления), а плюс - это +124. Вроде тоже приёмник получит при этом 24 вольта и тоже должен нормально работать. Теперь вопрос - будет ли нормальная связь по каналу, запитанному таким образом?

Вы 8-страничную статейку "The Art and Science of RS-485", что я давал в ответах к прошлому вопросу, - хотя бы пролистали? А то как-то "не в коня корм идёт".

Signals A and B are complementary, but this doesn’t imply that one signal is a current return for the other. RS-485 is not a current loop. The drivers and receivers must share a common ground. This is why “two-wire network” is a misnomer when applied to RS-485. More on this later.

[VT100]

По-моему, подсказка вашего консультанта - не по делу, обратный ток коллектора он притянул сюда за уши.

+100500.

Вход с базы - это высокоомный вход, ток через него обычно очень мал.

Не совсем... Ток - действительно мал. Но и входное сопротивление каскада на биполярном транзисторе - невелико, до десятков кОм (в зависимости от тока эмиттера и сопротивлений в его цепи).

[ivan58]

VT100, 8 страница.
Сигналы A и B дополняют друг друга, но это не означает, что один сигнал является текущим возвратом для другого. RS-485 не является токовой петлей. Передатчики и приемники должны иметь общую основу. Вот почему «двухпроводная сеть» является неправильным названием при применении к RS-485. Подробнее об этом позже
Скорее всего токовой петлей его назвали из - за оконечных сопротивлений линии, вроде они по 120 ом, там ток и возникает.

[ivan58]

VT100, я не готов сейчас говорить, чтобы не сморозить фигню. Время надо. А страницу к доценту зайдите. Ссылку я выложил в ответах

[VT100]

Путанье котлет и мух - продолжается. RS-485 может

отказ от ответственности

в зависимости от помеховой обстановки, длины линии связи и скорости

работать на несогласованной (unterminated на figure 6) линии, т.к сигналы в нём передаются уровнями напряжения, а не величинами тока в линии.

P.S. Согласование линии связи - это вообще другое.

[ivan58]

VT100, разные трактовки одного и того же. Вы уж между собой договоритесь.