Proračun ulaznog otpora. Proračun kompleksnog ulaznog otpora kola
OPĆE ODREDBE
Za proračun tranzistorskih pojačala koriste se dvije metode: grafičko-analitičke i analitički. At grafsko-analitički Metoda zahtijeva informacije o ulaznim i izlaznim karakteristikama tranzistora (prema priručniku). Analitički metoda proračuna slijedi iz teorije poluvodičkih uređaja i približna je. Međutim, u praksi ova metoda daje sasvim zadovoljavajuće rezultate.
Prema ESKD za implementaciju električnih kola u procesu projektovanja, potrebno je sastaviti listu elemenata u osnovi elektronskih kola (po analogiji sa specifikacijom mehaničkih uređaja).
Za sastavljanje liste elemenata dizajniranog pojačala, elementi njegovog dijagrama kola moraju biti numerisani pomoću alfanumeričkog sistema notacije usvojenog u GOST-u.
C-kondenzatori;
D-čipovi;
DA-analogna mikro kola;
DD-digitalna mikro kola.
L-induktivnost;
R-otpornici;
VD poluvodičke diode;
VT tranzistori.
Numeracija elemenata dijagrama strujnog kola vrši se u smjeru " odozgo prema dolje" i " s lijeva na desno».
Kratke teorijske informacije
Sklopovi tranzistorskih pojačala su klasificirani po nazivu utemeljeno(zajednička) elektroda tranzistor-emiter, kolektor i baza. Postoje tri sheme prebacivanja bipolarni tranzistori: shema zajednički emiter, sa zajedničkim razvodnikom, sa zajedničkom bazom.
Svojstva pojačanja tranzistora karakteriziraju sljedeći statički parametri:
Koeficijent prijenosa statičke struje emitera tranzistora;
statički koeficijent prijenosa struje baze tranzistora.
Parametri a i b su povezani relacijama:
a=b/(1+b) ; b=a/(1-a).
OE kolo je pojačalo moć ulazni signal. U ovom kolu ulazni i izlazni signali su u antifazi ( fazni pomak po kutu). OE pojačalo ima relativno nisko ulazna impedancija i dovoljno visoko izlazni otpor (impedansa). U isto vrijeme, OE kolo pruža pojačanje, kao po struji, i po naponu.
Da biste osigurali datu dobit od naizmjenična struja u kolu sa OE, otpornik R e u emiterskom krugu tranzistora šantira kondenzator C e. Dakle, impedancija emiterskog kola odgovara paralelna veza otpornik R e i kapacitivnost kondenzatora C e.
Kompleksno pojačanje u kolu sa OE određuje se izrazom:
,
gdje je R k , R e - aktivni otpor u kolektorskom i emiterskom krugu tranzistora, respektivno; fazni pomak u krugu emitera tranzistora; kružna frekvencija ulaznog signala.
Slika 1 - Električno kolo pojačala sa zajedničkim emiterom
Metoda za proračun pojačala sa zajedničkim emiterom
Proračun pojačala se vrši u pravcu s Izlaz to ulaz uređaji (od opterećenja to izvor ulazni signal).
1. Izbor tranzistora(po individualnoj narudžbi)
Izbor tranzistora se vrši po tipu provodljivost i po
parametar b.(bºh 21e - koeficijent prijenosa struje statičke baze za
različiti tranzistori b se nalaze u opsegu 10...150).
2. Proračun kapacitivnosti izolacionog kondenzatora na izlazu
Izolacijski kondenzator C3 ne prenosi konstantni potencijal kolektora na opterećenje. Zajedno s otporom opterećenja R n \u003d R5, kondenzator C3 formira RC krug koji potiskuje niske frekvencije i propušta visoke frekvencije.
Vrijednost kondenzatora C3 određena je formulom:
Iz 3 proračuna ³1/(2pf signal R n).
Izračunata vrijednost kapacitivnosti C3 će odgovarati slabljenju ulaznog signala za faktor 1 u odnosu na signal na višim frekvencijama. Da biste smanjili slabljenje ulaznog signala i proširili propusni opseg pojačala zbog toga vrijednost dizajna kapacitivnost C 3calc se povećava za 1-2 reda veličine (10-100 puta).
3. Proračun struje kolektora
Za datu vrijednost emiterske struje I e struja kolektora I k određena je formulom
4. Proračun otpora u kolektorskom kolu tranzistora
Da bi se osiguralo pojačanje signala uz minimalno izobličenje, potencijal kolektora u odnosu na uzemljenje u statičkom režimu U k0 (u odsustvu ulaznog signala) se bira iz uslova:
U k0 \u003d 0,5E pet.
Otpor R do u kolektorskom kolu je određen Ohmovim zakonom
R to \u003d R3 \u003d Uk 0 / I to \u003d 0,5E ljubimac / I to.
Snaga P 3 je određena, raspršena otporom R3 u kolektorskom krugu tranzistora
P 3 \u003d (I k) 2 * R3.
5. Proračun ekvivalentnog otpora opterećenja naizmjenične struje
Sa dovoljno velikim kapacitetom izolacionog kondenzatora C3, ekvivalentni otpor opterećenja na izmjeničnu struju R n.eq.oe određuje se paralelnim spajanjem kolektorskog otpornika R na = R3 i otpora opterećenja R n = R5
R n.eq.e =.
6. Proračun otpora u emiterskom kolu
Otpor R e \u003d R4 osigurava temperaturnu stabilizaciju režima tranzistora prema jednosmerna struja. Da bi se smanjio utjecaj temperature na parametre pojačala u cjelini, potencijal emitera U e u odnosu na tlo odabire se u rasponu od 1 ... 2 V. Obično U e = 1V.
Otpor R e je određen Ohmovim zakonom:
R e \u003d U e / I e.
Struja emitera I e se bira u opsegu (0,5 ... 1,0) mA, ili se postavlja
individualno.
Snaga R 4 je određena, raspršena otporom R e \u003d R4 u emiterskom krugu tranzistora
P 4 \u003d (I e) 2 * R4.
7. Proračun ulaznog otpora tranzistora iz baze
Ulazni otpor tranzistora iz baze h 11 određuje se formulom
h 11 \u003d R e * (b + 1).
8. Proračun otpornog djelitelja u osnovnom kolu jednosmjernog tranzistora.
Za stabilizaciju temperature režima tranzistora za jednosmjernu struju (u nedostatku ulaznog signala), potrebno je pratiti razlika potencijali između emiter i baza at promijeniti temperatura. Da bi se osigurala povratna informacija o temperaturi, otpornik R e \u003d R4 se uvodi u krug emitera, a otporni djelitelj R1, R2 se uvodi u osnovni krug, uz pomoć kojeg se bazni potencijal tranzistora stabilizira u odnosu na tlo. Ako je u režimu maksimalnog signala struja razdjelnika I d premašuje struja baze I b, tada će bazni potencijal U b biti određen samo naponom napajanja E pit i omjerom otpornika R1, R2. Stoga je osiguranje temperaturne stabilizacije režima osigurano uvjetom:
I d \u003d E p / (R1 + R2) \u003d I e.
Prema drugom Kirchhoffovom zakonu, bazni potencijal U b je određen:
U b \u003d j d + U e,
gde je j d statički potencijal pn-spoja (za germanijumske tranzistore j d =0,3 ... 0,4 V; za silicijumske tranzistore j d = 0,6 ... 0,8 V).
Prema Ohmovom zakonu, otpornici R1, R2 se određuju:
R2 \u003d U b / I d \u003d (j d + U e) / I e;
R1 \u003d (E pet -U b) / I d \u003d (E pet -U b) / I e.
Određene su snage R 1 , R 2 koje se rasipaju na otpornicima razdjelnika R1, R2:
P 1 = (I d) 2 * R1;
P 2 \u003d (I d) 2 * R2.
9. Proračun otpornog djelitelja u osnovnom kolu uključenog tranzistora
naizmjenična struja.
Prilikom pojačavanja signala naizmjenična struja električni autobus E jama utemeljeno kroz filterski kondenzator C F (ima nulti potencijal). Budući da je, s dovoljno velikim kapacitetom C F, kapacitivnost filtera X C.F prilično mala (X C.F = 1 / wC F ®0), otpornici R1, R2 AC povezan paralelno.
Ekvivalentni otpor razdjelnika R1, R2 naizmjeničnu struju R d.eq određuje se izrazom
R d.eq = R1 * R2 / (R1 + R2).
10. Proračun ulazne impedanse pojačala sa OE
Na nisko frekvencije koje su neuporedive sa brzinom odabranog tranzistora, ulazna impedancija pojačala Rin je čisto aktivan i odgovara paralelnoj vezi otpora h 11 i R d.eq,
R in. \u003d h 11 * R d.eq / (h 11+ R d.eq).
Bilješka. Na visoko frekvencije srazmjerne brzini odabranog tranzistora, međuelektrodni kapaciteti između terminala utiču emiter – baza, baza – kolekcionar i emiter – kolekcionar. Dakle, u području visokih frekvencija, ulazni otpor (impedansa) je integrisan magnitude.
11. Proračun ulaznog kondenzatora u osnovnom krugu tranzistora
Spojni kondenzator C1 je dizajniran da odvoji konstantnu komponentu ulaznog signala. Zajedno sa ekvivalentnom ulaznom impedancijom R EC, kondenzator C1 formira RC kolo koje ne prolazi konstantan bazni potencijal U b u ulaznom izvoru, potiskuje niske frekvencije i propušta visoke frekvencije.
Vrijednost kapacitivnosti kondenzatora C1 određena je formulom
Od 1 kalkulacije ³1/(2pf signal R in).
Izračunata vrijednost kapacitivnosti C1 odgovarat će slabljenju ulaznog signala za faktor 1 u odnosu na signal na višim frekvencijama. Stoga, da bi se smanjilo slabljenje ulaznog signala, izračunata vrijednost kapacitivnosti C1 povećava se za 1-2 reda veličine (10-100 puta).
12. Izračun dobitka
12.1. Preliminarni proračun kapacitivnosti C e u emiterskom kolu prema datoj vrijednosti statičkog pojačanja K u
.
12.2. Proračun faznog pomaka u krugu emitera
12.3. Verifikacioni proračun modula pojačanja
.
Uslov izvršenja zadatka : izračunata vrijednost pojačanja K u ne smije biti manja od navedene vrijednosti.
REFERENCE
- Priručnik za poluvodičke diode, tranzistore i integrirana kola / Ed. N.N. Goryunova.-M.: Energija, 1972.- 568 str.
- Referentna knjiga: Otpornici / Ed. I. I. Chetvertkova i V. M. Terekhova- M.: Radio i komunikacija, 1987.- 352 str.
- Stepanenko I.I. Osnove teorije tranzistora i tranzistorskih kola / I.I. Stepanenko - M.: Energija, 1973.- 608 str.
- Usatenko S.T. Izvođenje električnih kola prema ESKD: Priručnik / S.T. Usatenko, T.K. Kachenyuk, M.V. Terekhov. - M.: Izdavačka kuća Standards, 1989.- 325 str.
U prošlom članku smo govorili o najjednostavnijem tranzistorskom krugu. Ovo kolo (slika ispod) zavisi od beta koeficijenta, a on zauzvrat zavisi od temperature koja ne zuji. Kao rezultat toga, na izlazu kola može se pojaviti izobličenje pojačanog signala.
Da se to ne bi dogodilo, ovom kolu se dodaje još nekoliko otpornika i rezultat je krug sa 4 otpornika:
Nazovimo otpornik između baze i emitera R be , a otpornik spojen na emiter će biti pozvan R uh . Sada, naravno, glavno pitanje: "Zašto su oni potrebni u krugu?"
Počnimo sa možda R uh .
Kao što se sjećate, nije bilo u prethodnoj šemi. Dakle, pretpostavimo da je to duž lanca + Upit ----> R na -----> kolektor ---> emiter ---> R e ----> uzemljenje trčanje struja, sa silom od nekoliko miliampera (ako ne uzmete u obzir malu baznu struju, budući da I e \u003d I k + I b ) Grubo govoreći, dobijamo sljedeći lanac:
Stoga će neki napon pasti na svakom otporniku. Njegova vrijednost ovisit će o jačini struje u krugu, kao i o vrijednosti samog otpornika.
Hajde da malo pojednostavimo dijagram:
R ke je otpor spoja kolektor-emiter. Kao što znate, to uglavnom zavisi od struje baze.
Kao rezultat, dobijamo jednostavan djelitelj napona, gdje
To već vidimo na emiteru NEĆU napon na nula volti, kao što je bilo u prethodnom kolu. Napon na emiteru će već biti jednak padu napona na otporniku R e .
Koliki je pad napona R e ? Sjećamo se Ohmovog zakona i izračunavamo:
Kao što možemo vidjeti iz formule, napon na emiteru će biti jednak proizvodu struje u kolu i vrijednosti otpora otpornika R e . Čini se da je ovo riješeno. Čemu sve ove gluposti, analiziraćemo malo niže.
Koja je funkcija otpornika? R b i R be ?
Upravo su ova dva otpornika opet jednostavan djelitelj napona. Oni postavljaju određeni napon na bazu, koji će se promijeniti samo ako je + Upit , što je izuzetno retko. U drugim slučajevima, napon na bazi će ostati mrtav.
Nazad na R e.
Ispostavilo se da on igra najvažniju ulogu u ovoj šemi.
Pretpostavimo da zbog zagrijavanja tranzistora struja u ovom krugu počinje rasti.
Hajde sada da pogledamo korak po korak šta se dešava nakon toga.
a) ako se struja u ovom kolu poveća, tada se povećava i pad napona na otporniku R e .
b) pad napona na otporniku R e je napon na emiteru U uh . Stoga, zbog povećanja struje u krugu U uh ima mnogo više.
c) na bazi imamo fiksni napon U b , formiran razdjelnikom otpornika R b i R be
d) napon između baze emitera izračunava se po formuli U be \u003d U b - U e . shodno tome, U bae biće manji jer U uh povećana zbog povećane jačine struje, koja se povećala zbog zagrijavanja tranzistora.
e) Vremena U bae smanjena, pa stoga i jačina struje I b prolazak kroz bazni emiter se također smanjio.
f) Izvedite iz formule ispod I to
I do \u003d β x I b
Stoga, kada se bazna struja smanji, smanjuje se i struja kolektora;-) Način rada kola se vraća u prvobitno stanje.Kao rezultat toga, dobili smo krug s negativnom povratnom spregom, u čijoj je ulozi djelovao otpornik R uh . Gledajući unapred, reći ću to O negativan O bratski OD tie (OOS) stabilizuje strujno kolo, a pozitivno, naprotiv, dovodi do potpunog haosa, ali se ponekad koristi i u elektronici.
Ok, više na stvar. Naš zadatak je sljedeći:
1) Prije svega, pronalazimo iz tablice sa podacima maksimalnu dozvoljenu disipaciju snage koju tranzistor može raspršiti na sebi u okruženje. Za moj tranzistor, ova vrijednost je 150 milivata. Nećemo iscijediti sav sok iz našeg tranzistora, pa smanjujemo rasipanje snage množenjem s faktorom 0,8:
P trka \u003d 150x0,8 \u003d 120 milivata.
2) Odredite napon preko U ke . Trebao bi biti pola napona. Upit.
U ke \u003d Upit / 2 \u003d 12/2 \u003d 6 volti.
3) Odredite struju kolektora:
I k \u003d P utrke / U ke \u003d 120x10 -3 / 6 \u003d 20 miliampera.
4) Pošto je polovina napona pala na kolektor-emiter U ke , onda bi druga polovina trebala pasti na otpornike. U našem slučaju, 6 volti pada na otpornike R to i R e . Odnosno, dobijamo:
R to + R e = (Upit / 2) / I to = 6 / 20x10 -3 = 300 Ohm.
R do + R e \u003d 300 , a R do \u003d 10R e,jer K U \u003d R to / R e i uzeli smo KU=10 ,
onda pravimo malu jednačinu:
10R e + R e \u003d 300
11R e = 300
R e = 300 / 11 = 27 Ohm
R k = 27x10 = 270 Ohm
5) Odredite baznu struju I baza iz formule:
Izmjerili smo beta koeficijent u prethodnom primjeru. Dobili smo oko 140.
znači,
I b \u003d I k / β \u003d 20x10 -3 / 140 = 0,14 miliampera
6) Struja djelitelja napona I slučajevi formirana od otpornika R b i R be , u osnovi birajte tako da bude 10 puta veća od struje baze I b :
I slučaj \u003d 10I b \u003d 10x0,14 \u003d 1,4 miliampera.
7) Pronađite napon na emiteru prema formuli:
U e = I do R e = 20x10 -3 x 27 = 0,54 volta
8) Odredite napon na bazi:
U b \u003d U be + U uh
Uzmimo prosječan pad napona na baznom emiteru U biti \u003d 0,66 V . Kao što se sjećate, ovo je pad napona na P-N spoju.
shodno tome, U b = 0,66 + 0,54 = 1,2 volta . To je taj napon koji će sada biti u našoj bazi.
9) Pa, sada, znajući napon na bazi (jednako je 1,2 Volta), možemo izračunati vrijednost samih otpornika.
Radi praktičnosti proračuna, prilažem dio kaskadnog dijagrama:
Dakle, odavde moramo pronaći vrijednosti otpornika. Iz formule Ohmovog zakona izračunavamo vrijednost svakog otpornika.
Radi praktičnosti, neka nam pad napona R b pozvao U 1 i pad napona R be bice U 2 .
Koristeći Ohmov zakon, nalazimo vrijednost otpora svakog otpornika.
R b \u003d U 1 / I poslovi \u003d 10,8 / 1,4x10 -3 = 7,7 KiloOhm . Uzimamo iz najbližeg reda 8,2 KiloOhma
R be = U 2 / I div = 1,2 / 1,4x10 -3 = 860 Ohm . Uzimamo iz broja od 820 oma.
Kao rezultat toga, na dijagramu ćemo imati sljedeće denominacije:
Nećete se zasititi jedne teorije i proračuna, pa shemu sklapamo u stvarnom životu i provjeravamo u praksi. Imam ovu šemu:
Dakle, uzimam svoj digitalni osciloskop i hvatam se za ulaz i izlaz kola sa sondama. Crveni talasni oblik je ulazni signal, žuti talasni oblik je izlazni signal pojačani signal.
Prije svega, primjenjujem sinusoidalni signal koristeći svoj kineski generator frekvencije:
Kao što vidite, signal je pojačan skoro 10 puta, kako se i očekivalo, budući da nam je pojačanje bilo 10. Kao što sam rekao, pojačani signal u OE kolu je u antifazi, odnosno pomaknut za 180 stepeni.
Dajmo još jedan trouglasti signal:
Čini se da zuji. Ako bolje pogledate, postoje mala izobličenja. Jeftini kineski generator frekvencije se osjeti).
Ako se prisjetimo oscilograma kola sa dva otpornika
tada možete vidjeti značajnu razliku u pojačanju trokutastog signala
Što se još može reći o krugu pojačala s OE i 4 otpornika?
NASTAVNI RAD
u disciplini "Elektrotehnika i elektronika"
"Proračun linearnih električnih kola sa sinusoidnim izvorom EMF-a pomoću simboličke metode"
Opcija br.
Izvršio: učenik grupe RK-233
Ivanov I.I.
Provjerio: asistent katedre TE
Radchenko A.V.
Projektni zadaci za seminarski rad
AT električni krug(Sl. 1), koji sadrži jedan izvor električne energije sa naponom, uradite sledeće:
1. Odredite kompleksnu ulaznu impedanciju kola.
2. Pronađite efektivne i trenutne vrijednosti struja u svim granama kola.
4. Napraviti bilans kapaciteta.
5. Provjerite proračune prema I i II zakonu Kirchhoffa.
6. Napravite topografski vektorski dijagram struja i napona.
Prilikom rješavanja postavljenih zadataka koristite simboličku metodu izračunavanja.
Rice. 1. Šema električnog kola
Parametri elemenata električnog kola dati su u tabeli 1.
Tabela 1
| Opcija | Broj šeme | U | j | f | r1 | r2 | r3 | L1 | L2 | L 3 | C1 | C2 |
| AT | hail | Hz | Ohm | mH | uF | |||||||
| UVOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| 1. TEORIJSKI DIO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| 2. PRORAČUNSKI DIO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| 2.1. Proračun kompleksnog ulaznog otpora kola. . . . . . . . . | |
| 2.2. Proračun efektivnih i trenutnih vrijednosti struja u svim granama kola. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| 2.3. Proračun efektivnih vrijednosti padova napona na svim elementima kola. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| 2.4. Izrada ravnoteže snaga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| 2.5. Provjera proračuna prema Kirchhoffovim I i II zakonima. . . . . . . . . . . . . . | |
| 2.6. Izrada topografskog vektorskog dijagrama struja i napona. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| ZAKLJUČAK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Spisak korišćene literature. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
UVOD
TEORIJSKI DIO
Suština simboličke metode za proračun sinusoidnih strujnih kola je u tome što se radi pojednostavljenja proračuna prelaze sa rješavanja jednadžbi za trenutne vrijednosti struja i napona, koje su integro-diferencijalne jednadžbe, na algebarske jednadžbe u složenom obliku. U takvim uvjetima, prikladnije je izračunati krug za složene efektivne vrijednosti sinusoidnih struja i napona.
U ovom predmetnom radu, za određivanje struja i napona svakog elementa kola koje sadrži samo jedan izvor električne energije, treba koristiti metodu ekvivalentnih transformacija, budući da su otpori svih elemenata kola i EMF izvora poznati.
Da bi se riješio takav problem, odvojeni dijelovi električnog kola sa elementima povezanim serijski ili paralelno zamjenjuju se jednim ekvivalentnim kompleksnim otporom, kao što je prikazano na slici 2. Dijagram ožičenja pojednostaviti postepenu transformaciju pojedinačnih sekcija i dovesti do najjednostavnijeg kola koje sadrži izvor električne energije i ekvivalentni pasivni element (slika 3), spojene u seriju.
PRORAČUNSKI DIO
Proračun kompleksnog ulaznog otpora kola
Izračunavamo reaktanciju elemenata kola:
Dijelimo kolo na tri dijela prema broju struja u granama (slika 2) i izračunavamo kompleksne otpore svake sekcije (grane).
Kompleksna impedansa ulaznog kola:
Z Σ = Z 1 + Z 23 = 41 – j 18,09 + 1,02 + j 5,56 = 42,02 – j 12,53 oma.
43.85e- j 16,6° ohma.
