commutator ckt analysis

下面的電路圖，將一半的電路去掉，並標上測試時量到的電壓值。因為只找得到 6V 的燈泡來代替線圈，所以把電源電壓也降為 6V。

供應電壓，6V，以電錶量得為6.03V，為了方便說明，以電錶測量值為依據。另外，依據物理測量的有效位數，最後一位是估計值，另外，電錶的輸入阻抗也會造成負載效應，所以小數第二位並非精確值。而且，我用的是低價電錶，數值相差一些也是可以接受的。

測試時，以開關代替Hall IC，驅動線圈 (drive coil) 則以 6V 燈泡代替，燈泡點亮時，電源供應器顯示的輸出電流為0.5A，與我的線圈還變相近的。

Hall IC未偵測到S方向的磁力時，輸出電晶體是未導通的，亦即開關未接上，2.2k 的電阻將電晶體 Q5 ( MPS8599) 的 base pull high，使其off，故驅動線圈 (drive coil) 無電流流過，此種情形的電路不需分析，在此略過。

當Hall IC偵測到夠大的S方向的磁力時，輸出電晶體會導通，等同於將開關接上，此時驅動線圈 (drive coil) 會有電流流過，在測試時則為燈泡會亮。在導通時各點電壓如圖中刮弧中的數值所示。

由圖中的電壓值可以看出，電晶體Q1、Q2的工作區是在飽和區。一般小信號電晶體的工作區落在飽和區時，BE間的電壓約為0.7V，CE間電壓約為0.2V。圖中的測量值，功率電晶體Q1、Q2的BE間的電壓為0.75V，CE間電壓約為0.12V，相差不多。

在估計電晶體 Q5的B極的電壓時，可以忽略C極和E極的電阻的影響，只由R4、R5的分壓決定，亦即 VCC*R5 /(R4+R5) = 6V/3.2=1.88V。此估計值與測量值1.95V相去不遠。

小信號電晶體在線性區時，BE間的電壓約為0.6V，用電錶測量Q5的BE間的電壓為0.62V，還蠻準的。用B極的估計值1.88V加上0.6V得到2.48V，為Q5的E極電壓估計值，與測量值2.61V相去不遠。

估計流過Q5的C極的電流，為Q1的B極電壓減去Q5的E極電壓，再除以R2。計算的估計值為 (6-0.7)-2.48/220 = 2.82/220 = 13 mA。流過R1和R2的估計電流為0.7/470=1.5mA。所以估計Q1、Q2的B極電流約為13-1.5=11.5mA。

Q1、Q2的電流放大率為500mA/11.5mA=43， 2N3055 (NPN)/ MJ2955 (PNP) 的規格上的 HFE 為 20~70，總覺得寬裕度不太夠，不過，實際測試能正常運作，就這樣吧。

算一下功率吧。Q5 的功率為 13mA x (2.43V-0.7V)= 13mA x1.73V=22.4mW，與 Q5 的額定功率 625mW 相差很遠，還好吧。假若電源電壓提高為12V，則Q5的B極電壓為3.6V，E極電壓為3.0V。E極電流為(12-0.7-3)/220=8.3/220=37.7mA。則其功率為 37.7mA x (3V-0.7V)= 37.7mA x2.3V=86.7mW，也還好。

估計 Q1、2 的功率，假如用 2A 的負載電流來估計則為 2A x 0.2V=0.4W。與額定的功率 100W相差甚遠，可以連散熱片也可省了。

接下來分析分析一下 Hall IC 的工作情形，假設電源電壓為12V。

當磁鐵通過且方向正確，Hall IC on，其output為0.2v，Hall IC 的sink電流為 (12-0.2)/(2.2k+1.0k)=11.8/3.2k =3.68mA，遠小於 3144 的額定電流 25 mA。

Hall IC 的功率為 3.68mA x 0.2V=0.73mW，算是非常小的。