2.1 Определение режима работы эрэ

2.1.1 Режим работы резисторов и транзисторов

Определяется наихудший режим работы.

Необходимо определить ток через элемент, напряжение на нем и рассеиваемую мощность.

Рисунок 2.1 – Схематическое изображение резисторов с указанием номинальной мощности

Ниже приведены примеры расчета режимов для различных схем:

1) Делитель напряжения (если сопротивлением нагрузки можно пренебречь).

I_R1,R2=, U₂=R₂*,

P₁=I²*R₁=U₁*R₁/(R₁+R₂)²; P₂=I²*R₂

Если сопротивление нагрузки соизмеримо с сопротивлением делителя, оно включается параллельно R₂ и учитывается R₂||R_н.

2) Транзисторный каскад с ОЭ

I_R1≈; U_R1≈E; P_P1=U_R1*I_R1=;

U_R2≈0.6B (переход база-эмиттер),

P_R2=I²_R1,R2*R₂.

U_R3=E, I_R3=, P_R3=U_R3*I_R3=;

(считаем для случая, когда транзистор находится в состоянии насыщения).

На транзисторе VT₁ максимальная мощность (без учета нагрузки) будет рассеиваться тогда, когда на нем будет падать половина напряжения E (т.е. ).

Действительно, рассеиваемая на транзисторе мощность

.

Эта мощность достигает максимума, когда

.

Тогда

и .

То, что это максимум подтверждается тем, что

.

Как известно, вторая производная в точке максимума отрицательна.

Следовательно

.

3) Каскад с ОЭ и резистором в цепи эмиттера

I_R1,R2=, I_R3,R4=.

Режим VT1 при R₃+R₄=1к, Е=10 В.

	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	0	9	16	21	24	25	24	21	16	9	0

P_max=

Таким образом, наихудший режим для транзистора, когда половина мощности рассеивается на транзисторе, а половина на резисторах.

Наихудший режим для резисторов, когда вся мощность рассеивается на них.

4) Двойной эмиттерный повторитель и нагрузка

I_R1≈, P_R1=U_R1*I_R1=;

I_R2≈, P_R2=U_R2*I_R2=;

I⁺_R3=, P_R3=U_R3*I_R3=;

;

;

; .

5) Схема с источником тока и гасящим резистором

I_R1=, I_R2=, I_R3=I_R2.

Наихудший режим для транзистора VT1:

I_VT1=, U_VT1=E-U_KC-U_R3,

P_VT1=I_R2*(E-I_R2*(R₂+R₃)).

Наихудший режим для транзистора VT2:

P_VT2=I_R2*(E-I_R2*(R₂+R₃)).

В следующих ниже схемах будем определять только режим транзисторов.

Устройства с источником тока

6) Токовое зеркало в усилительном каскаде

Транзистор VT1

; (для кремниевых транзисторов)

Транзистор VT2

; Uэк мах =Е (когда VT3 в насыщении)

Транзистор VT3 без учета нагрузки имеет максимальную мощность рассеяния равную максимальной мощности рассеяния транзистора VT2.

7

E

) Источник тока на двух транзисторах

Транзистор VT1

; UэбVT1 +UэбVT2 ≈ 1,2В ( для кремниевых

транзисторов)

Транзистор VT2

(для кремниевых транзисторов)

Uкэ = Е- 0,6В (при RH=0)

Максимальная мощность рассеивания

8) Источник тока со стабилитроном

(при RH=0)

9) Схема с составным транзистором и нагрузкой.

R_экв=, U_экв=.

Наихудший режим для транзистора VT1:

I_VT1=, U_VT1=.

Наихудший режим для транзистора VT2:

U_VT2=, I_VT2=

Для R₁ I=; Для R₂ I=.

10) Двухтактный эмиттерный повторитель

В этом устройстве сквозного тока через транзисторы VT1 и VT2 не бывает, т.к. напряжение, открывающее один транзистор, запирает второй. Поэтому каждый транзистор работает только на нагрузку, и максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторах VT1 и VT2 будет

P_VT=.

11) Двухтактный повторитель на схемах Шиклаи

В этой схеме транзисторы VT3 и VT4 работают на нагрузку по очереди, как и в схеме рис.2.4, поэтому мощность, рассеиваемая этими транзисторами, будет

P_VT3,4=.

Транзисторы VT1 и VT2 тоже работают по очереди, обеспечивая ток базы транзисторов VT3 и VT4.

Д

-E

ругими словами коллекторный ток транзистора VT1 равен току базы транзистора VT3, а коллекторный ток транзистора VT2 равен току базы транзистора VT4.

Таким образом P_VT1=, а P_VT2=.

12) Параметрический стабилизатор с транзисторным усилителем тока (простой повторитель)

а) Рабочий режим.

В этом случае максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторе, будет при максимальном напряжении сети (U_{d max}=1,1U_{d ном}) и максимальном токе нагрузки

(I_{н max}).

P_max=(1,1U_{d ном}-U_вых)*I_{н max}.

б) Режим короткого замыкания.

При этом, если мощность выпрямителя намного превосходит мощность стабилизатора, то

Р_К3=1,1U_dном**h_{21 max},

где Р_К3 – мощность, рассеиваемая на транзисторе в режиме короткого замыкания;

U_d – номинальное напряжение выпрямителя;

R₁ – сопротивление балластного резистора R₁ (рис.1);

h_{21 max} – максимальное усиление тока транзистора VT1 – берется по справочнику. Если же выпрямитель имеет мощность, согласованную со стабилизатором, то следует учесть выходное сопротивление выпрямителя. Тогда

Р_К3=0,5U_d*,

где Р_К3 – максимальная мощность, которая может рассеиваться на транзисторе в режиме короткого замыкания;

R_выпр – выходное сопротивление выпрямителя, включающее сопротивление обмотки трансформатора и диодов.

13) Параметрический стабилизатор с усилителем тока на составном транзисторе (схема Шиклаи)

а) Рабочий режим.

В этом случае максимальная рассеиваемая мощность на транзисторе VT1 будет

P_{VT1 max}=(1,1U_{d ном}-U_вых)*I_нmax,

т.е. такая, как при простом повторителе.

Максимальная мощность на транзисторе VT2 будет определяться формулой:

P_{VT2 max}=(1,1U_{d max}-U_вых)*,

где: - в первых скобках содержится напряжение на переходе эмиттер-коллектор транзистора VT2 (без учета падения напряжения на переходе эмиттер-база транзистора VT1);

• во вторых скобках первая дробь равна току базы транзистора VT1, а вторая - току резистора R₁; в сумме это равняется коллекторному току транзистора VT2.

б) Режим короткого замыкания.

Если мощность выпрямителя намного превосходит мощность стабилизатора, максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторе

VT1, может достигать значения

P_{VT1 max}=1,1U_d*(* h_{21 VT2 max}-)* h_{21 VT1 max},

где - максимальный ток базы транзистора VT2;

* h_{21 VT2 max} – максимальный ток коллектора VT2;

* h_{21 VT2 max}- - максимальный ток базы транзистора VT1;

h_{21 VT1 max} – максимальное усиление тока транзистора VT1 (из справочника).

Режим короткого замыкания определяется в том случае, если по условиям эксплуатации такой режим возможен. В этом случае должны быть предусмотрены меры защиты.

14) Определения граничного значения сопротивления

В слаботочных схемах используются высокоомные резисторы. При невысоком питающем напряжении многие резисторы нагружены менее, чем на 10%.

Чтобы не выполнять лишних вычислений, следует определение режимов начать с расчетов граничного значения сопротивления

;

где R_гр – граничное значение сопротивления

U_пит – напряжение питания

P_ном – номинальная мощность резистора.

Если R≥R_гр, то мощность, рассеиваемая на резисторе будет меньше 0,1P_ном и, значит, считать ее не надо, а можно сразу записать в таблицу К_н=0,1 и в дальнейшем, при определении коэффициента α1 брать его минимальным (как при К_н=0,1).

Исключением являются некоторые импульсные схемы. Например, в мультивибраторе к боковым резисторам может быть приложено напряжение в 2 раза больше U_пит.

2.1.2 РЕЖИМ РАБОТЫ КОНДЕНСАТОРОВ

1. Определяется максимальное значение на конденсаторе U_max.

2. По справочнику определяется максимально допустимое значение U_ном.

3. Определяется коэффициент нагрузки

;

К_н должен быть меньше единицы. В противном случае конденсатор надо заменить на более высоковольтный.

2.1.3 РЕЖИМ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ

1. Определяется максимально возможное напряжение на конденсаторе U_max.

2. Определяется коэффициент нагрузки

.

3. Проверяем коэффициент пульсаций

< К_п.ном

Если требование не выполняется, конденсатор надо заменить.

2.1.4 РЕЖИМ РАБОТЫ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ ДИОДОВ

Режим работы диодов определяется по двум параметрам: U_пр.ср. и U_{обр.мах}.

1. Определяем U_{обр.мах} и I_пр.ср.

2. По справочнику находим номинальное значение U_{обр.мах} и I_пр.ср.

3. Определяем коэффициенты нагрузки по U_{обр.мах} и I_пр.ср.

4. Для расчета выбираем больший из этих двух коэффициентов. Если К_н > 1, диод требует замены.

2.1.5 РЕЖИМ РАБОТЫ СТАБИЛИТРОНОВ

1. Определяем максимальное значение тока.

2. Находим по справочнику номинальный ток.

3. Определяем коэффициент нагрузки. Если К_н > 1, стабилитрон надо заменить.

2.1.6 РЕЖИМ РАБОТЫ СВЕТОДИОДОВ

Режим определяется по прямому току. Обратное напряжение проверяется.

1. Определяем максимальное значение тока.

2. Находим по справочнику номинальный ток.

3. Определяем коэффициент нагрузки. Если К_н > 1, надо увеличить сопротивление резистора, через который питается светодиод.