家有力な手法

入力抵抗の計算。回路の複素入力抵抗の計算

一般規定

トランジスタアンプの計算には 2 つの方法が使用されます。 グラフィック分析そして 分析的。で グラフ分析この方法では、トランジスタの入出力特性に関する情報が必要です（参考書による）。 分析的計算方法は半導体デバイスの理論に基づいており、近似的なものです。ただし、実際には、この方法では非常に満足のいく結果が得られます。

ESKDによると、設計プロセスにおける電気回路の実装では、原則として要素のリストを作成する必要があります。電子回路(機械装置の仕様から類推して)。

設計されたアンプの要素のリストを作成するには、その要素回路図 GOST で採用されている英数字指定システムを使用して番号を付ける必要があります。

C コンデンサ;

Dチップ;

DA アナログマイクロ回路。

DD-デジタルマイクロ回路。

L-インダクタンス;

R 抵抗器。

VD半導体ダイオード。

VTトランジスタ。

回路図の要素の番号付けは「」の方向で実行されます。 トップダウン" そして " 左から右へ».

簡単な理論的情報

トランジスタ増幅回路を名前で分類 接地されたトランジスタの（コモン）電極 - エミッタ、コレクタ、ベース。 3つの切り替え方式がありますバイポーラトランジスタ：スキーム コモンエミッタ, 共通マニホールド付き, 共通ベース付き.

トランジスタの増幅特性は、次の静的パラメータによって特徴付けられます。

トランジスタのエミッタの静電流伝達係数。

トランジスタのベースの静電流伝達係数。

パラメータ a と b は次の関係によって関連付けられます。

a=b/(1+b) ; b=a/(1-a)。

OE回路はアンプです力入力信号。この回路では、入力信号と出力信号は逆位相になっています ( 角度による位相シフト). 純正アンプは比較的低い入力インピーダンスも十分高い出力抵抗（インピーダンス）。同時に、OE 回路は次のように増幅を行います。 電流によって、そして 電圧による.

所定のゲインを確保するには、交流電流 OEを備えた回路では、トランジスタのエミッタ回路の抵抗R e がコンデンサC e によって分流されます。したがって、エミッタ回路のインピーダンスは、並列接続抵抗Ｒ e とコンデンサＣ e の静電容量。

OE を備えた回路の複素ゲインは、次の式で求められます。

ここで、R k 、R e - それぞれトランジスタのコレクタ回路とエミッタ回路のアクティブ抵抗。トランジスタのエミッタ回路における位相シフト。入力信号の円周周波数。

図 1 - エミッタ接地型アンプの電気回路

エミッタ接地アンプの計算方法

アンプの計算は次の方向で実行されます。出口に 入り口デバイス（から負荷に ソース入力信号）。

1. トランジスタの選択(個別注文による)

トランジスタの選択はタイプによって行われます 導電率そしてによって
パラメータ b.(b°h 21e - 静的ベース電流伝達係数
異なるトランジスタ b は 10 ～ 150 の範囲内にあります。

2. 出力の絶縁コンデンサの容量の計算

絶縁コンデンサ C3 はコレクタの定電位を負荷に渡しません。負荷抵抗R n \u003d R5とともに、コンデンサC3はRC回路を形成し、低周波そして高周波を通過させます。

コンデンサ C3 の値は次の式で求められます。

3つの計算から 31/(2pf 信号 R n)。

計算された静電容量 C3 の値は、より高い周波数の信号に比べて 1 倍の入力信号の減衰に対応します。入力信号の減衰を軽減し、これによるアンプの帯域幅を拡大します。設計値静電容量 C 3calc は 1 ～ 2 桁 (10 ～ 100 倍) 増加します。

3. コレクタ電流の計算

エミッタ電流 I e の特定の値に対して、コレクタ電流 I k は次の式で求められます。

4. トランジスタのコレクタ回路の抵抗の計算

最小限の歪みで信号増幅を保証するために、静的モード U k0 (入力信号がない場合) でのグランドに対するコレクタ電位は、次の条件から選択されます。

U k0 \u003d 0.5E ペット。

コレクタ回路の抵抗 R はオームの法則によって決まります

Rから\u003d R3 \u003d Uk 0 / Iから\u003d 0.5Eペット/ Iから。

電力 P 3 は、トランジスタのコレクタ回路の抵抗 R3 によって消費されます。

P 3 \u003d (I k) 2 * R3。

5. 交流等価負荷抵抗の計算

絶縁コンデンサ C3 の静電容量が十分に大きい場合、交流の等価負荷抵抗 R n.eq.oe は、コレクタ抵抗 R to = R3 と負荷抵抗 R n = R5 の並列接続によって決まります。

R n.eq.e =.

6. エミッタ回路の抵抗の計算

抵抗 R e \u003d R4 は、次に従ってトランジスタモードの温度安定化を提供します。直流。アンプ全体のパラメータに対する温度の影響を軽減するために、グランドに対するエミッタ電位U e は1 ... 2 Vの範囲で選択されます。通常はU e \u003d 1Vです。

抵抗 R e はオームの法則によって決まります。

R e \u003d U e/I e。

エミッタ電流 I e は (0.5 ... 1.0) mA の範囲で選択されるか、設定されます。
個別に。

電力R 4 は、トランジスタのエミッタ回路の抵抗R e \u003d R4によって消費されます。

P 4 \u003d (I e) 2 * R4。

7. トランジスタのベースからの入力抵抗の計算

ベースからのトランジスタの入力抵抗 h 11 は次の式で決まります。

h 11 \u003d R e * (b + 1)。

8. DC トランジスタのベース回路の抵抗分圧器の計算。

直流用トランジスタモード（入力信号がない場合）の温度安定化のためには、温度を監視する必要があります。違い 可能性間 エミッターそして ベースで変化温度。温度の追跡フィードバックを提供するために、抵抗R e \u003d R4がエミッタ回路に導入され、抵抗分圧器R1、R2がベース回路に導入され、その助けを借りて、トランジスタのベース電位が温度に対して安定します。地面。最大信号モードの場合、分圧器電流 I d を超えるベース電流 I b の場合、ベース電位 U b は電源電圧 E pig と抵抗 R1、R2 の比によってのみ決まります。したがって、レジームの温度安定性を確保するには、次の条件が必要です。

I d \u003d E p / (R1 + R2) \u003d I e。

キルヒホッフの第 2 法則に従って、基本ポテンシャル U b は次のように決定されます。

U b \u003d j d + U e、

ここで、j d は pn 接合の静電位です (ゲルマニウムトランジスタの場合は j d =0.3 ～ 0.4 V、シリコントランジスタの場合は j d = 0.6 ～ 0.8 V)。

オームの法則に従って、抵抗 R1、R2 は次のように決定されます。

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。

分圧器 R1、R2 の抵抗で消費される電力 R 1 、R 2 は次のように求められます。

P 1 = (I d) 2 * R1;

P 2 \u003d (I d) 2 * R2。

9. トランジスタのベース回路の抵抗分圧器の計算
交流電流。

信号を増幅する場合 交流電流パワーバスEピット 接地されたフィルタコンデンサC F を介して（ゼロ電位を持ちます）。十分に大きな静電容量C F では、フィルターの静電容量X C.F は非常に小さいため（X C.F \u003d 1 / wC F ®0）、抵抗R1、R2 交流接続されています平行.

分圧器 R1、R2 の交流電流 R d.eq に対する等価抵抗は、次の式で求められます。

R d.eq = R1 * R2 / (R1 + R2)。

10. OE付きアンプの入力インピーダンスの計算

の上低い選択したトランジスタの速度と比例しない周波数の場合、アンプの入力インピーダンス Rin は純粋に アクティブ抵抗 h 11 と R d.eq の並列接続に対応します。

Rインチ。 \u003d h 11 * R d.eq / (h 11+ R d.eq)。

注記。の上高い選択したトランジスタの速度に応じた周波数では、端子間の電極間容量が影響します。 エミッター – ベース, ベース – コレクタそして エミッター – コレクタ。したがって、高周波領域では入力抵抗（インピーダンス）は 包括的な 大きさ.

11. トランジスタベース回路の入力コンデンサの計算

カップリングコンデンサ C1 は、入力信号の定常成分を分離するように設計されています。 EC の等価入力インピーダンス R とともに、コンデンサ C1 は通過しない RC 回路を形成します。 絶え間ない入力ソースのベース電位 U b は、低周波を抑制し、高周波を通過させます。

コンデンサ C1 の静電容量の値は次の式で決まります。

1回の計算から 31/(2pf 信号 R 入力)。

計算された静電容量 C1 の値は、より高い周波数の信号に比べて 1 倍の入力信号の減衰に対応します。したがって、入力信号の減衰を減らすために、静電容量 C1 の計算値は 1 ～ 2 桁 (10 ～ 100 倍) 増加します。

12. ゲイン計算

12.1. 与えられた静的ゲイン K u の値に応じたエミッタ回路の静電容量 C e の予備計算

12.2. エミッタ回路の位相シフトの計算

12.3. ゲイン係数の検証計算

タスクの実行条件 : ゲイン K u の計算値は、指定された値未満であってはなりません。

参考文献

半導体ダイオード、トランジスタ、集積回路のハンドブック / Ed. N.N. ゴリュノバ.-M.: エネルギー、1972.- 568 p.
参考図書：抵抗器編 I. I. Chetvertkova および V. M. Terekhova-M.: ラジオと通信、1987.- 352 p。
ステパネンコ I.I. トランジスタ理論とトランジスタ回路の基礎 / I.I. ステパネンコ - M.: エネルギー、1973.- 608 p。
うさてんこS.T. ESKD に従った電気回路の実行: ハンドブック / S.T. うさてんこ、T.K. カチェニュク、MV テレホフ。 - M.: Standards Publishing House、1989.- 325 p.

前回の記事では、最も単純なトランジスタのバイアス回路について説明しました。この回路 (下図) はベータ係数に依存し、さらに温度にも依存しますが、これはブザー音ではありません。その結果、回路の出力に増幅信号の歪みが現れる場合があります。

これを防ぐために、この回路にさらにいくつかの抵抗が追加され、その結果、4 つの抵抗を備えた回路が形成されます。

ベースとエミッタの間の抵抗を抵抗と呼びましょう あります 、エミッタに接続された抵抗は呼び出されます R ああ。さて、当然のことですが、主な疑問は「なぜサーキットでそれらが必要なのか？」です。

おそらくから始めましょう R ああ .

ご記憶のとおり、以前の計画にはありませんでした。それで、連鎖に沿って次のように仮定しましょう + Upit ----> R から ----> コレクタ ---> エミッタ ---> R e ----> グランド ランニング電気、数ミリアンペアの力で（小さなベース電流を考慮しない場合、 I e \u003d I k + I b ）大まかに言えば、次のチェーンが得られます。

したがって、各抵抗器の両端でいくらかの電圧が降下します。その値は、回路内の電流の強さと抵抗自体の値によって決まります。

図を少し単純化してみましょう。

Rけコレクタ - エミッタ接合の抵抗です。ご存知のとおり、それは主にベース電流に依存します。

その結果、単純な分圧器が得られます。

エミッターではすでにそれが確認されています しない前の回路と同様に、電圧をゼロボルトにします。エミッタ両端の電圧はすでに抵抗両端の電圧降下と等しくなります。レ .

両端の電圧降下はいくらですかレ ? オームの法則を覚えて次のように計算します。

式からわかるように、エミッタの電圧は、回路内の電流と抵抗の抵抗値の積に等しくなります。レ。これで整理がついたようです。なぜこのような厳密なルールが存在するのか、もう少し詳しく分析していきます。

抵抗器の役割は何ですか? Rb そして あります ?

これら 2 つの抵抗も単純な分圧器です。ベースに特定の電圧を設定します。この電圧は、 + ウピット 、これは非常にまれです。他の場合には、ベースの電圧は静止したままになります。

戻るレ。

彼がこの計画で最も重要な役割を果たしていることが判明しました。

トランジスタの加熱により、この回路内の電流が増加し始めると仮定しましょう。

それでは、その後に何が起こるかを段階的に見てみましょう。

a) この回路の電流が増加すると、抵抗器の両端の電圧降下も増加します。レ .

b) 抵抗両端の電圧降下レエミッタ両端の電圧です うーん 。したがって、回路内の電流が増加するため、 うーん それはさらに多くなりました。

c) ベースには固定電圧がありますウブ、抵抗の分圧器によって形成されます。 Rb そして あります

d) エミッタ・ベース間の電圧は次の式で計算されます。 U be \u003d U b - U e 。したがって、ウベ小さくなるからです うーん 電流強度の増加により増加し、トランジスタの加熱により増加しました。

e) 時間ウベ減少したので現在の強さ Ib ベース・エミッタ間の通過も減少しました。

f) 以下の式から推定します。私は

I to \u003d β x I b

したがって、ベース電流が減少すると、コレクタ電流も減少します。-) 回路の動作モードは元の状態に戻ります。その結果、抵抗がその役割を果たす負帰還回路が得られました。 R ああ。将来を見据えて言えば、 についてネガティブ について兄弟的なとタイ (OOS) は回路を安定させ、逆にポジティブは完全な混乱をもたらしますが、電子機器でも使用されることがあります。

さて、もっと要点です。当社の委託条件は次のとおりです。

1) まず、データシートから、トランジスタがそれ自体で消費できる最大許容消費電力を見つけます。環境。私のトランジスタの場合、この値は 150 ミリワットです。トランジスタからすべての機能を絞り出すわけではないので、0.8 倍して消費電力を削減します。

Pレース\u003d 150x0.8 \u003d 120ミリワット。

2) 両端の電圧を決定します。うけ。電圧は半分になるはずです。 うぴっと。

Uke \u003d Upit / 2 \u003d 12/2 \u003d 6 ボルト。

3) コレクタ電流を決定します。

I k \u003d Pレース/ U ke \u003d 120x10 -3 / 6 \u003d 20ミリアンペア。

4) コレクタ・エミッタ間の電圧の半分が降下しているためうけ、その後、残りの半分が抵抗器に落ちるはずです。この場合、抵抗器の両端には 6 ボルトがかかります。 Rから そしてレ。つまり、次のようになります。

Rから+ R e \u003d（Upit / 2）/ Iから\u003d 6 / 20x10 -3 \u003d 300オーム。

Rから+ R e \u003d 300 、A Rから\u003d 10R e、なぜなら K U \u003d R to / R e そして私たちは取った KU=10 ,

次に、小さな方程式を作成します。

10R e + R e \u003d 300

11R e = 300

R e \u003d 300 / 11 \u003d 27 オーム

R k \u003d 27x10 \u003d 270 オーム

5) ベース電流の決定 私はベースです 式から:

前の例ではベータ係数を測定しました。 140くらいで取れました。

手段、

I b \u003d I k / β \u003d 20x10 -3 / 140 \u003d 0.14 ミリアンペア

6) 分圧器電流 私はケース 抵抗で形成される Rb そして あります 基本的にはベース電流の10倍となるように選定してください。 Ib :

私は\u003d 10I b \u003d 10x0.14 \u003d 1.4ミリアンペアの場合です。

7) 次の式に従ってエミッタの電圧を求めます。

U e \u003d I to R e \u003d 20x10 -3 x 27 \u003d 0.54 ボルト

8) ベースの電圧を決定します。

U b \u003d U be + U ああ

ベース-エミッタ間の平均電圧降下を見てみましょう あなたは0.66ボルトです 。覚えているとおり、これは P-N 接合における電圧降下です。

したがって、 U b \u003d 0.66 + 0.54 \u003d 1.2 ボルト 。この電圧が私たちのベースとなるのです。

9) さて、ベースの電圧 (1.2 ボルトに等しい) がわかったので、抵抗器自体の値を計算できます。

計算の便宜上、カスケード図の一部を添付します。

したがって、ここから抵抗値を見つける必要があります。オームの法則の公式から、各抵抗の値を計算します。

便宜上、両端の電圧降下を考えます。 Rb 呼ばれた U1 、両端の電圧降下 あります 意思 U2 .

オームの法則を使用して、各抵抗器の抵抗値を求めます。

Rb \u003d U 1 / I事務\u003d 10.8 / 1.4x10 -3 \u003d 7.7キロオーム 。最も近い列から 8.2 キロオームを取得します

R be \u003d U 2 / I div \u003d 1.2 / 1.4x10 -3 \u003d 860 オーム 。 820オームという数値を採用します。

その結果、図上には次の宗派が表示されます。

一つの理論や計算だけでは飽きてしまうものではないので、実際にスキームを組み立て、実際に確認していきます。この回路図を入手しました。

そこで、私はデジタルオシロスコープを持って、プローブで回路の入力と出力にしがみつきます。赤い波形が入力信号、黄色の波形が出力信号です。増幅された信号.

まず、中国の周波数発生器を使用して正弦波信号を適用します。

ご覧のとおり、ゲインが 10 であったため、信号は予想通りほぼ 10 倍に増幅されています。前述したように、OE 回路の増幅信号は逆位相、つまり 180 度シフトしています。

別の三角信号を与えてみましょう。

ざわざわしているようです。よく見ると若干の歪みがあります。安価な中国製周波数発生器はそれ自体を感じさせます）。

2 つの抵抗を備えた回路のオシログラムを思い出してください。

三角信号の増幅に大きな違いがあることがわかります。

OE と 4 つの抵抗を備えたアンプ回路について他に何が言えるでしょうか?

コースワーク

「電気工学およびエレクトロニクス」分野

「シンボリック手法を使用した正弦波電磁波源を使用した線形電気回路の計算」

オプションNo.

完成者: グループ RK-233 の学生

イワノフ I.I.

確認者: TE 部門のアシスタント

ラドチェンコ A.V.

の委託条件学期末レポート

で電子回路(図 1)、電圧の電気エネルギー源が 1 つ含まれている場合は、次の操作を行います。

1. 回路の複素入力インピーダンスを決定します。

2. 回路のすべての分岐における電流の実効値と瞬間値を求めます。

4. 容量のバランスを考慮します。

5. キルヒホッフの I および II の法則に従って計算を確認します。

6. 電流と電圧のトポグラフィックベクトル図を作成します。

設定されたタスクを解決するときは、記号的な計算方法を使用します。

米。 1. 電気回路図

電気回路要素のパラメータを表 1 に示します。

表1

オプション

スキーム番号

で

雹

オーム

μF

導入。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
1. 理論的な部分。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
2. 計算部分。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
2.1. 回路の複素入力抵抗の計算。。。。。。。。。
2.2. 回路のすべての分岐における電流の実効値と瞬間値を計算します。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
2.3. すべての回路要素の電圧降下の実効値を計算します。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
2.4. パワーバランスを図ります。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
2.5. キルヒホッフの法則 I および II に従って計算をチェックします。。。。。。。。。。。。。。
2.6. 電流と電圧の地形ベクトル図の構築。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
結論。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
中古文献のリストです。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。