Расчет Каскада С Общим Эмиттером

[artemnv]

Здравствуйте, уважаемые форумчане, помогите с лабораторной работой студенту, необходимо найти рабочую точку транзистора 2N3702.

Имеется схема с общим эмиттером в программе Multisim

но по ходу не правильно подобраны параметры, обеспечивающие правильное положение рабочей точки и имеется сильное искажение сигнала.

Решил сам подобрать нужные параметры следующим образом:

1) построил передаточную характеристику Uвых=F(Uвх) и взял рабочую точку А посередине нормально активной области (линейного участка). Получил координаты точки А: Uвх=2В, Uвых=7В.

2) построил семейство входных характеристик и по значению Uвх нашел ток базы Iб=103 мА

3) начал строить семейство выходных характеристик и возникли проблемы, в указании по лабораторной написано построить семейство выходных характеристик от Iб=0.1мА до Iб=1А и вот что получилось:

не пойму как отметить тут рабочую точку чтобы сошлось все с предыдущими характеристиками. Не получается нормально провести прямую Eпит=Iк∙Rк+Uкэ(получается на оси ординат слишком маленькое число 12В/1000 Ом=12мА), а если по передаточной характеристике откладывать на абсциссе Uвых=7,9В, то не понятно с какой кривой брать пересечение. Если строить семейство выходных характеристик включающее значение Iб=103 мА то тоже ничего хорошего не выходит, может значение тока базы найдено неправильно?

Помогите пожалуйста и объясните общую структуру расчета усилительного каскада.

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[steeler1889]

Искуство схемотехники Т1.(Хоровиц.Хилл) Стр-107. Да и тут ниже темы посмотри.

Изменено 18 марта, 2012 пользователем steeler1889

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[oldmao]

Что-то вы совсем не в ту степь...

1) Выбираем напряжение питания, под него транзистор. Скажем, 12 вольт.

2) Выбираем ток коллектора, он зависит от требуемой нагрузочной способности, полосы пропускания (но это вам ещё рано), максимально допустимой рассеиваемой транзистором мощности. Скажем, 5 мА, как на вашей схеме.

3) Выбираем напряжение на Rэ, для нормальной термостабилизации оно должно быть примерно 2 В. По закону Ома вычисляем Rэ = 2/5 = 0,4 кОм. Базовым током, который тоже течёт через Rэ пренебрегаем, т.к. он в h21э раз меньше коллекторного. Если будем делать в железе, то берём ближайший реально существующий номинал 390 Ом.

4) Теперь рассмотрим, в каких пределах у нас будет изменяться напряжение на коллекторе. При полностью закрытом транзисторе оно будет равно напряжению питания (12 В), при полностью открытом - напряжение на Rэ + напряжение насыщения транзистора (справочный параметр), скажем 0,4В. Итого - от 12 до 2,4В. Чтобы достичь максимального неискажённого размаха напряжение коллектора выбираем посередине (7,2В). Отсюда Rк = (12-7,2)/5 = 0,96 кОм. На практике можно смело ставить 1 кОм.

5) Оценим базовый ток. При h21э транзистора = 100 он будет 5/100=0,05 мА. Ток через R1 R2 должен быть как минимум в пять раз больше, иначе не будет термостабилизации. На практике берут в 10 раз больше, поступим так же, т.е. возьмём 0,5 мА. Напряжение на R2 будет равно напряжению на Rэ + напряжению эмиттерного перехода транзистора. Вот последнее и нужно взять из вашего первого графика, только интересующая нас область в самом низу. Примем как типовое для кремниевого транзистора 0,7В. Итак, на R2 будет 2,7 вольт, его сопротивление 2,7/0,5=5,4 кОм. Ближайший стандартный номинал 5,6 кОм.

6) Понятно, что на R1 будет Uпит - напряжение на R2 = 12-2,7 = 9,3 В. Ну и сам номинал 9,3/(0,5+0,05)=16,9 кОм. Поскольку мы R2 взяли чуть больше, то и здесь возьмём ближайший стандартный в бОльшую сторону 18 кОм.

Всё, загоняйте рассчитанные резисторы в симулятор, проверяйте. Чтобы уж совсем идеально - подаём на вход такой сигнал, чтобы только-только началось ограничение на выходе и подбираем R1 или R2 для достижения симметричного ограничения. Только не забудьте отключить С2! Потом подключите, и посмотрите, что изменится.

А вообще "Искусство схемотехники" Хоровица и Хилла, а также "Полупроводниковая схемотехника" Титце и Шенка вам в помощь...

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[ПАПА]

Вы все очень правильно объяснили. Я и сам всегда так каскад считаю. И работать будет прекрасно. Но тема то не любительская, а учебная. От бедолаги преподы потребуют чтоб он это все на характеристиках нарисовал. Они в руках паяльник лет сорок не держали. Но мозги вынесут с легкостью. Рекомендую всю эту ненужную в реальном мире муру прочитать в книге

Васильев.Радиолюбителю о транзисторах.1967, там вcе любимые старичками-ламповичками графики есть. Или любой справочник, например Гершунский.Справочник по расчету электронных схем илиТерещук.Справочник радиолюбителя.Малогабаритная радиоаппаратура.1975

Изменено 18 марта, 2012 пользователем ПАПА

[artemnv]

Спасибо за ответы, только не понятно как выбирается ток коллектора, почему именно 5мА, можно по подробнее?

[oldmao]

Что будет нагрузкой этого каскада? Каскад должен выдать в нагрузку ток, не менее требуемого. Следовательно, ток покоя самого каскада должен быть как минимум в два раза больше.

Далее. Частотные свойства (быстродействие) каскада тоже зависят от тока покоя: в первом приближении - чем больше ток, тем более высокие частоты он сможет усилить.

Слишком большой ток тоже задать нельзя, т.к. у транзистора есть

а) максимально допустимый ток коллектора;

б) ОБР (область безопасной работы), за которую выходить нельзя по соображениям надёжности;

в) крайне не рекомендуется работа транзистора при двух и более максимальных параметрах (на самом деле это продолжение пункта б);

г) экономичность - иногда решающий фактор, даже в ущерб другим.

[artemnv]

@oldmao, неизвестно, что будет нагрузкой, далее надо будет исследовать зависимость коэффициентов усиление от величины нагрузки. Все равно не понял почему ток покоя каскада должен быть в 2 раза больше? напишите пожалуйста по какой именно формуле считают ток коллектора

[oldmao]

Ну почитайте же Хоровица и Хилла, не пересказывать же мне весь учебник...

Тока в два раза - потому что каскад в классе А, в идеале КПД = 50%, на практике он ограничен 25-40%. Так что двукратный запас - это ещё оптимистично... В данной схеме, например, КПД ограничен напряжением насыщения транзистора и Rэ, хотя С2 несколько выправляет дело.

Когда будете исследовать зависимость усиления от нагрузки - оцените сразу, при каком сопротивлении нагрузки в ней выделится максимальная мощность (это не совпадает с максимальным напряжением на нагрузке!). Будет это при сопротивлении нагрузки около 600 Ом (точнее считать лень), заодно поймёте, зачем нужно согласование каскадов (в многокаскадных усилителях). Кстати, это будет только частный случай, в жизни всё намного сложнее и интереснее

Изменено 18 марта, 2012 пользователем oldmao

[artemnv]

@oldmao, да читаю я Хоровица с Хиллом, но ответы на эти вопросы не нахожу, ничего про КПД там не нашел, хотя может просто плохо смотрел еще где-то нашел расчет тока коллектора следующим образом:

1) Pрас.max=0,8*Pmax=0,8*360 мВт= 288мВт (для 2n3702)

2) Iк0=Pрас.max/Uкэ0=Pрас.max/(Uи.п./2)=288/6=48 мА

Большое расхождение с вашим результатом поставило меня в тупик, и еще не получается найти положение рабочей точки по входным-выходным характеристикам

[oldmao]

А Рmax с потолка взяли? Или просто хотите нагрузить транзистор "по максимуму"?

При напряжении коллектор-эмиттер 4,8 вольт и токе 5 мА рассеиваемая на транзисторе мощность будет 24 мВт, значит в согласованную нагрузку он отдаст 12 мВт. Если нужна бОльшая мощность - то и ток коллектора должен быть больше. Как раз согласно вашему расчёту.

PS По выходным (входные не имеют смысла, транзистор - не лампа, управляется не напряжением, а током) характеристикам считать - это совсем по-другому. Это древний графический метод расчёта, ищите учебники 60-70-х годов. Я его уже и не помню, по мне численные методы проще и точнее.

Изменено 18 марта, 2012 пользователем oldmao

[artemnv]

@oldmao, и еще, потом надо будет построить усилительные схемы с ОБ и ОК и так же исследовать на входное-выходное сопротивление и коэффициент усиления по мощности. Так в методичке параметры резисторов R1, R2, Rк, Rэ те же что и с ОЭ, можно взять те же значения, что и с в схеме с ОЭ, или надо все заново пересчитывать для каждорй схемы включения?

[oldmao]

Расчёты кардинально отличаются! Например в ОК не будет Rк. Так что считать всё заново и по другим формулам.

Есть хорошая книга Гаврилов С.А. "Полупроводниковые схемы. Секреты разработчика" - почитайте её, она очень простым языком написана!

[Alkarn]

Ток покоя транзистора невозможно правильно выбрать, не зная параметров выходного сигнала и нагрузки. Если амплитуда выходного сигнала 1 вольт,

а нагрузка 1 МОм, можно взять ток и 0,1 мА - для экономии энергии, а если нагрузка 50 Ом,

ток покоя должен быть больше 20 мА.

В резистивном усилителе ток покоя должен быть 1,3-1,7 максимального тока нагрузки.

Если в ВУЗе учишься, читай серьёзную литературу по проектированию, а не надейся на подмказку на форуме.

Есть очень древняя книга, где все просто и толково расписано.

Цыкина А.В. Проектирование транзисторных усилителей НЧ (1968) Есть и другие.

Вот кусочек из неё

Изменено 18 марта, 2012 пользователем Alkarn

[ПАПА]

Есть хорошая книга Гаврилов С.А. "Полупроводниковые схемы. Секреты разработчика" -

За чтение такой крамолы его преподы на куски порубят. Книги Гаврилова для практиков.

AlkarnСпасибо за книгу

Изменено 18 марта, 2012 пользователем ПАПА