Расчет сопротивлений цепей питания

Этот расчёт производится в следующем порядке:

1. Выбираем напряжение источника питания ЕК и сопротивление коллекторной нагрузки RК.

2. Задаёмся напряжениями на эмиттере и коллекторе.

Напряжение на эмиттере обычно составляет 10–20% от ЕК. Напряжение на коллекторе обычно выбирается равным ЕК/2 или немного больше (например среднее значение между EК и UЭ). Падение напряжения на RЭ должно быть больше возможных изменений напряжения UБЭ, но не настолько большим, чтобы заметно уменьшить амплитуду выходного сигнала. Для напряжения на коллекторе имеет место условие UЭ <UК< ЕК, в то время как при отсутствии RЭ UК < ЕК.

3. Исходя из заданных значений, определяем RЭ.

4. Выбираем типовое значение h21 транзистора.

5. Используя соотношение (1.2), определяем RБ и ЕБ.

6. Преобразовав выражения для RБ и ЕБ получаем RБ1 =RБ·ЕК/ЕБ,

RБ2=RБ*R_Б1/(R_Б1–R_Б).

Возможен другой способ расчета сопротивлений базового делителя. Вместо п.5 и п.6 выбираем ток делителя I_Д=(5…10)* I_{ОБ, ГДЕ ТОК БАЗЫ}

I_ОБ=I_ОК/h₂₁, напряжение базы U_Б=U_Э+U_{БЭ, СОПРОТИВДЕНИЯ ДЕЛИТЕЛЯ РАВНЫ:}

R_Б1=(E_П-U_Б)/(I_Д+I_ОБ), R_Б2=U_Б/I_Д.

Номинальные значения сопротивлений резисторов, выпускаемых промышленностью, стандартизованы в соответствии с табл. 1.

Они выбираются из определенных рядов чисел. Чаще дру­гих используются ряды Е 6, Е 12, Е 24. Цифры после буквы Е указы­вают число номинальных значений в каждом десятичном интервале. При­веденные в рядах числа могут быть продолжены путем умножения или деления этих чисел на 10 в степени n, где n - целое число. Ряды номинальных значений имеют допуск ± 20% (Е 6), ±10% (Е 12), ±5% (Е 24).

Табл.1

E 6	E 12	E 24	E 6	E 12	E 24	E 6	E 12	E 24
1,0 1,5	1,0 1,2 1,5 1,8	1,0 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,8 2,0	2,2 3,3	2,2 2,4 2,7 3,3 3,9	2,2 2,4 2,7 3,0 3,3 3,6 3,9 4,3	4,7 6,8	4,7 5,6 6,8 8,2	4,7 5,1 5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1

ПРИМЕР 1.1 Рассчитать схему с автоматическим смещением рис.1.3

Дано: ЕК=12В, RК=2кОм, а h21=150

Решение: Сначала выбираем значение UК. Допустим что, UК=9В. Тогда падение напряжения на RК равно UR_K = ЕК – UК=12В– 9В=3В.

Теперь проведём расчёт тока покоя коллектора:

IОК=UR_К/RК=3В/2кОм=1,5мА.

Ток покоя эмиттера:

IОЭ= IОК ·(1+h21)/h21=1,5мА(101/100)=1,515мА.

Ток покоя базы:

IОБ=IОК/h21=1,5мА/150=10мкА.

Выбрав напряжение эмиттера UЭ=1,7В, определяем напряжение покоя коллектор–эмиттер UКэ=UК–UЭ==9В–1,7В=7,3В и сопротивление

RЭ=UЭ/IОЭ= 1,7В/1,515мА=1,12кОм.

Согласно рекомендациям (1.2)

RБ=RЭh21/10=1,12кОм · 150/10=16,8кОм

ЕБ=UЭ + UБЭ + IОБRБ=1,7В + 0,7В + 10мкА · 16,8кОм = 2,568В,

RБ1= RБЕК/ЕБ = 16,8кОм 12В/2,568В = 56кОм,

RБ2 = RБ/ (1–ЕБ/ЕК) = 16,8кОм/ (1–2,568В/12В) = 13,2кОм.

Точка покоя в плоскости входных статических характеристик iБ=f(uБ) определена. Её координаты UБЭ= 0,7В, IОБ =10мкА.

В плоскости выходных статических характеристик iк=f(uк)

точка покоя имеет координаты UКЭ=7,3В, IОК=1,5мА.

ПРИМЕР 1.2 Рассчитать схему с эмиттерной стабилизацией (рис. 1.3) на заданную точку покоя

Дано:(UКЭ=6В, IОК=2мА) при EК=12В, h21=150

Решение: Выбираем напряжение эмиттера

UЭ=0,2EК=0,2·12=2,4В, тогда

напряжение UК=UЭ+UКЭ=2,4+6=8,4В,

напряжение UR_К=EК – UК=12–8,4=3,6В.

Сопротивления RК=UR_К/IОК=3,6В/2мА=1,8 кОм,

RЭ=UЭ/IОЭ≈UЭ/IОК≈2,4В/2мА=1,2кОм.

Рассчитываем сопротивления базового делителя:

RБ=RЭ·h21/10=1,2кОм·150/10=18кОм,

IОБ=IОК/h21=2мА/150=13мкА,

ЕБ=UЭ+UБЭ+IОБRБ=2,4В+0,7В+13мкА·18кОм=3,34В,

RБ1=RБ·EК/EБ=18кОм·12В/3,34=64,67кОм,

RБ2=RБ*R_Б1/(R_Б1–R_Б)=18кОм*64,67/(64,67–18)=24,97кОм.

Для реализации схемы рис 1.3 значения сопротивлений выбраны из табл.1: RЭ=1.2 кОм, RК=1,8 кОм, RБ1=62 кОм, RБ2=24 кОм.

ПРИМЕР 1.3 Рассчитать базовый делитель другим способом

Дано: Результаты расчетов примера 1.2.

Решение: Выбираем ток делителя I_Д=10*I_{ОБ, ГДЕ ТОК БАЗЫ} I_ОБ=I_ОК/h₂₁=2/150=0,013 мА, а ток I_Д=10*0,013=0,13 мА.

U_Б = UЭ+UБЭ =2,4+0,7=3,1В

R_Б2=U_Б/I_Д=3,1/0,13=23,84 кОм,

R_Б1=(E_К-U_Б)/(I_Д+I_ОБ)=

(12-3,1)/(0,13+0,013)=60,95 кОм

Табличные значения резисторов R_Б1 и R_Б2 совпадают с примером 1.2.

Проверка расчета сопротивлений цепей питания с помощью компьютера

• Для проверки правильности рассчитанных сопротивлений схемы рекомендуем использовать программу “Fastmean”.

Fastmean –это программа анализа схем, основанная на моделировании электрических цепей. С ее помощью можно из введенных в программу элементов “собирать “ на экране исследуемую схему по постоянному токуабилизацией() 000000 , а также выполнить анализ во временной и частотных областях. Имеется возможность многократного выполнения анализа при изменении параметров элементов схемы (приложение 1).

Пользование программой можно разбить на 3 этапа:

1. Выбор модели активных элементов (диода, транзистора, операционного усилителя);

2. Создание эквивалентной схемы и набор модели на экране;

3. Проведение расчета нужного параметра (ток, напряжение, АЧХ, ФЧХ, ПХ).

Проведем на компьютере анализ примера 1.2 с целью проверки реализации заданной точки покоя (U_КЭ=6В, I_ОК=2мА) при Е_К=12В, h₂₁=150 и рассчитанных ранее значениях сопротивлений .

Так как схема содержит биполярный транзистор и расчет идет на постоянном токе, то удобнее заменить транзистор источником тока, управляемым током (ИТУТ), как показано на рис.1.5, а.

Рис. 1.5,а Эквивалентная модель биполярного транзистора

для постоянного тока.

Параметр h_21Э-статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером (ОЭ). В дальнейшем, для удобства h_21Э заменим на h_21.

Параметр h₂₁ приводится в справочниках на транзисторы.

Он характеризует усилительные возможности транзистора на переменном токе в области низких частот. Коэффициент усиления на постоянном токе

H₂₁ ≈ h_21.

H₁₁- входное сопротивление по постоянному току, H₁₁=U_БЭ/I_ОБ.

Рис. 1.5,б показывает различия между входным сопротивлением биполярного

транзистора постоянному току H₁₁ и входным сопротивлением переменному

току h_11, определяемому касательной к входной характеристике в точке

покоя А.

Рис. 1.5,б Определение входных сопротивлений биполярного транзистора

ПРИМЕР 1.4 Вычислить параметры эквивалентной модели биполярного транзистора для постоянного тока.

Дано: Транзистор КТ-355А с коэффициентами

усиления тока h₂₁ = 80…300. Ток базы из

примера 1.2 I_ОБ=13мкА

Решение: Параметры h₂₁ характеризуют

усиление переменного тока, однако, их

значения практически не отличаются от

усиления на постоянном токе. Принимаем

среднее значение h₂₁ = 150.

Напряжение смещения в кремниевых

транзисторах принято считать U_{БЭ =} 0,7В ,

откуда H₁₁=U_БЭ/ I_ОБ =0,7В/13мкА=53,85 кОм

Эквивалентная схема биполярного транзистора представлена на рис. 1.6

Рис.1.6 Эквивалентная схема биполярного транзистора к Примеру 1.4

Для начала расчета необходимо вызвать программу Fastmean, собрать эквивалентную схему и придать элементам заданные или расчетные значения. После этого проверить соединения во всех узлах и пронумеровать их кнопкой “номера узлов’’, при этом базисный узел не нумеруется.