Calculul rezistenței de intrare. Calculul rezistenței complexe de intrare a circuitului

DISPOZIȚII GENERALE

Sunt utilizate două metode pentru a calcula amplificatoarele cu tranzistori: grafico-analiticși analitic. La grafic-analitic Metoda necesită informații despre caracteristicile de intrare și de ieșire ale tranzistorului (conform cărții de referință). Analitic metoda de calcul decurge din teoria dispozitivelor semiconductoare si este aproximativa. Cu toate acestea, în practică, această metodă dă rezultate destul de satisfăcătoare.

Conform ESKD pentru implementarea circuitelor electrice în procesul de proiectare, este necesar să se întocmească o listă de elemente ale circuitelor fundamental electronice (prin analogie cu specificațiile dispozitivelor mecanice).

Pentru a compila o listă de elemente ale amplificatorului proiectat, elementele schemei sale de circuit trebuie numerotate folosind sistemul de notație alfanumeric adoptat în GOST.

C-condensatoare;

cipuri D;

microcircuite DA-analogice;

DD-microcircuite digitale.

L-inductanță;

R-rezistoare;

Diode semiconductoare VD;

tranzistoare VT.

Numerotarea elementelor schemei de circuit se efectuează în direcția " de sus în jos" și " de la stanga la dreapta».

Informații teoretice scurte

Circuitele amplificatoare cu tranzistori sunt clasificate după nume împământat electrodul (comun) al tranzistorului-emițător, colector și bază. Există trei scheme de comutare tranzistoare bipolare: schema emițător comun, cu colector comun, cu baza comuna.

Proprietățile de amplificare ale tranzistorului sunt caracterizate de următorii parametri statici:

Coeficientul de transfer de curent static al emițătorului tranzistorului;

coeficientul de transfer de curent static al bazei tranzistorului.

Parametrii a și b sunt legați prin relații:

a=b/(1+b); b=a/(1-a).

Circuitul OE este un amplificator putere semnal de intrare. În acest circuit, semnalele de intrare și de ieșire sunt în antifază ( defazare prin unghi). Amplificatorul OE are relativ scăzut impedanța de intrare și suficientă înalt rezistența de ieșire (impedanță). În același timp, circuitul OE oferă amplificare, ca prin curent, și prin tensiune.

Pentru a asigura un câștig dat prin curent alternativîn circuitul cu OE, rezistorul R e din circuitul emițător al tranzistorului este șuntat de condensatorul C e. Prin urmare, impedanța circuitului emițător corespunde conexiune paralelă rezistența R e și capacitatea condensatorului C e.

Câștigul complex în circuitul cu OE este determinat de expresia:

unde R k , Re - rezistența activă în circuitele colector și respectiv emițător ale tranzistorului; schimbare de fază în circuitul emițător al tranzistorului; frecvența circulară a semnalului de intrare.

Figura 1 - Circuitul electric al unui amplificator cu emițător comun

Metodă de calcul a unui amplificator cu emițător comun

Calculul amplificatoarelor se efectuează în direcția cu Ieșire la Intrare dispozitive (de la încărcături la sursă semnal de intrare).

1. Selectarea tranzistorului(la comanda individuala)

Alegerea tranzistorului se face pe tip conductivitateși prin
parametrul b.(bºh 21e - coeficientul de transfer al curentului de bază static pentru
diferiți tranzistori b se află în intervalul 10...150).

2. Calculul capacității condensatorului de izolare la ieșire

Condensatorul de izolare C3 nu transmite potențialul constant al colectorului către sarcină. Împreună cu rezistența de sarcină R n \u003d R5, condensatorul C3 formează un circuit RC care suprimă frecvențele joase și trece frecvențele înalte.

Valoarea condensatorului C3 este determinată de formula:

Din 3 calcule ³1/(2pf semnal R n).

Valoarea calculată a capacității C3 va corespunde atenuării semnalului de intrare cu un factor de 1 în raport cu semnalul la frecvențe mai mari. Pentru a reduce atenuarea semnalului de intrare și a extinde lățimea de bandă a amplificatorului datorită acestui fapt valoarea de proiectare capacitatea C 3calc crește cu 1-2 ordine de mărime (de 10-100 de ori).

3. Calculul curentului colectorului

Pentru o valoare dată a curentului emițătorului I e curentul colectorului I k este determinat de formula

4. Calculul rezistenței în circuitul colector al tranzistorului

Pentru a asigura amplificarea semnalului cu o distorsiune minimă, potențialul colectorului față de masă în modul static U k0 (în absența unui semnal de intrare) este selectat din condiția:

U k0 \u003d 0,5E animal de companie.

Rezistența R la în circuitul colectorului este determinată de legea lui Ohm

R la \u003d R3 \u003d Uk 0 / I to \u003d 0,5E pet / I to.

Puterea P3 este determinată, disipată de rezistența R3 în circuitul colector al tranzistorului

P 3 \u003d (I k) 2 * R3.

5. Calculul rezistenței echivalente de sarcină la curent alternativ

Cu o capacitate suficient de mare a condensatorului de izolare C3, rezistența de sarcină echivalentă pe curent alternativ R n.eq.oe este determinată de conectarea în paralel a rezistenței colectorului R la = R3 și rezistența de sarcină R n = R5

R n.eq.e =.

6. Calculul rezistenței în circuitul emițătorului

Rezistența R e \u003d R4 asigură stabilizarea temperaturii modului tranzistorului conform curent continuu. Pentru a reduce efectul temperaturii asupra parametrilor amplificatorului în ansamblu, potențialul emițătorului U e relativ la sol este selectat în intervalul 1 ... 2 V. De obicei, U e \u003d 1V.

Rezistența Re este determinată de legea lui Ohm:

R e \u003d U e / I e.

Curentul emițătorului I e este selectat în intervalul (0,5 ... 1,0) mA sau este setat
individual.

Puterea R4 este determinată, disipată de rezistența R e \u003d R4 în circuitul emițător al tranzistorului

P 4 \u003d (I e) 2 * R4.

7. Calculul rezistenței de intrare a tranzistorului de la bază

Rezistența de intrare a tranzistorului de la baza h 11 este determinată de formula

h 11 \u003d R e * (b + 1).

8. Calculul divizorului rezistiv în circuitul de bază a tranzistorului DC.

Pentru stabilizarea temperaturii modului tranzistorului pentru curent continuu (în absența unui semnal de intrare), este necesar să se monitorizeze diferență potenţialeîntre emițătorși baza la Schimbare temperatura. Pentru a furniza feedback de urmărire a temperaturii, un rezistor R e \u003d R4 este introdus în circuitul emițător și un divizor rezistiv R1, R2 este introdus în circuitul de bază, cu ajutorul căruia potențialul de bază al tranzistorului față de sol. este stabilizat. Dacă în modul semnal maxim curentul divizor I d depaseste curent de bază I b, atunci potențialul de bază U b va fi determinat numai de tensiunea de alimentare E pit și de raportul rezistențelor R1, R2. Prin urmare, asigurarea stabilizării temperaturii regimului este asigurată de condiția:

Am \u003d E p / (R1 + R2) \u003d I e.

Conform celei de-a doua legi Kirchhoff, potențialul de bază U b este determinat:

U b \u003d j d + U e,

unde j d este potențialul static al joncțiunii pn (pentru tranzistoarele cu germaniu j d =0,3 ... 0,4 V; pentru tranzistoare cu siliciu j d = 0,6 ... 0,8 V).

Conform legii lui Ohm, rezistențele R1, R2 sunt determinate:

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.

Puterile R 1 , R 2 disipate pe rezistențele divizorului R1, R2 se determină:

P 1 = (I d) 2 * R1;

P 2 \u003d (I d) 2 * R2.

9. Calculul divizorului rezistiv în circuitul de bază al tranzistorului pornit
curent alternativ.

La amplificarea semnalelor curent alternativ magistrală E groapă împământat prin condensatorul de filtru C F (are potential zero). Deoarece, cu o capacitate C F suficient de mare, capacitatea filtrului X C.F este destul de mică (X C.F \u003d 1 / wC F ®0), rezistențele R1, R2 AC conectat paralel.

Rezistența echivalentă a divizorului R1, R2 la curentul alternativ R d.eq este determinată de expresia

R d.eq = R1 * R2 / (R1 + R2).

10. Calculul impedanței de intrare a amplificatorului cu OE

Pe scăzut frecvențe care sunt incomensurabile cu viteza tranzistorului selectat, impedanța de intrare a amplificatorului Rin este pur activși corespunde conexiunii în paralel a rezistențelor h 11 și R d.eq,

R în. \u003d h 11 * R d.eq / (h 11+ R d.eq).

Notă. Pe înalt frecvențe proporționale cu viteza tranzistorului selectat, capacitățile interelectrodului dintre terminale afectează emițător – baza, baza – colectorși emițător – colector. Prin urmare, în regiunea de înaltă frecvență, rezistența de intrare (impedanța) este cuprinzătoare magnitudinea.

11. Calculul condensatorului de intrare în circuitul de bază a tranzistorului

Condensatorul de cuplare C1 este proiectat pentru a separa componenta constantă a semnalului de intrare. Împreună cu impedanța de intrare echivalentă R a EC, condensatorul C1 formează un circuit RC care nu trece constant potențialul de bază U b în sursa de intrare, suprimă frecvențele joase și trece frecvențele înalte.

Valoarea capacității condensatorului C1 este determinată de formula

Din 1 calcul ³1/(2pf semnal R in).

Valoarea calculată a capacității C1 va corespunde atenuării semnalului de intrare cu un factor de 1 raportat la semnalul la frecvențe mai mari. Prin urmare, pentru a reduce atenuarea semnalului de intrare, valoarea calculată a capacității C1 crește cu 1-2 ordine de mărime (de 10-100 de ori).

12. Calculul câștigului

12.1. Calculul preliminar al capacității C e în circuitul emițătorului în funcție de valoarea dată a câștigului static K u

12.2. Calculul defazajului în circuitul emițătorului

12.3. Verificare Calculul Modulului Câștigului

Condiția de finalizare a sarcinii : valoarea calculată a câștigului K u nu trebuie să fie mai mică decât valoarea specificată.

REFERINȚE

Manual de diode semiconductoare, tranzistoare și circuite integrate / Ed. N.N. Goryunova.-M.: Energie, 1972.- 568 p.
Carte de referință: Rezistori / Ed. I. I. Chetvertkova și V. M. Terekhova- M .: Radio și comunicare, 1987.- 352 p.
Stepanenko I.I. Fundamentele teoriei tranzistoarelor și a circuitelor tranzistoare / I.I. Stepanenko - M.: Energie, 1973.- 608 p.
Usatenko S.T. Executarea circuitelor electrice conform ESKD: Manual / S.T. Usatenko, T.K. Kachenyuk, M.V. Terekhov. - M.: Editura Standarde, 1989.- 325 p.

În ultimul articol, am vorbit despre cel mai simplu circuit de polarizare a tranzistorului. Acest circuit (figura de mai jos) depinde de coeficientul beta și, la rândul său, depinde de temperatură, care nu bâzâie. Ca rezultat, la ieșirea circuitului poate apărea distorsiunea semnalului amplificat.

Pentru a preveni acest lucru, mai multe rezistențe sunt adăugate acestui circuit și rezultatul este un circuit cu 4 rezistențe:

Să numim rezistența dintre bază și emițător R fi , iar rezistența conectată la emițător va fi apelată R uh . Acum, desigur, întrebarea principală: "De ce sunt necesare în circuit?"

Să începem cu poate R uh .

După cum vă amintiți, nu a fost în schema anterioară. Deci, să presupunem că de-a lungul lanțului + Upit ----> R la -----> colector ---> emițător ---> R e ----> masă alergare electricitate, cu o forță de câțiva miliamperi (dacă nu țineți cont de micul curent de bază, deoarece I e \u003d I k + I b ) În linii mari, obținem următorul lanț:

Prin urmare, o anumită tensiune va scădea pe fiecare rezistor. Valoarea sa va depinde de puterea curentului din circuit, precum și de valoarea rezistorului în sine.

Să simplificăm puțin diagrama:

R ke este rezistența joncțiunii colector-emițător. După cum știți, depinde în principal de curentul de bază.

Ca rezultat, obținem un simplu divizor de tensiune, unde

Vedem deja asta pe emițător NU VOI tensiune la zero volți, așa cum a fost în circuitul anterior. Tensiunea pe emițător va fi deja egală cu căderea de tensiune pe rezistor R e .

Care este căderea de tensiune pe R e ? Ne amintim legea lui Ohm și calculăm:

După cum putem vedea din formulă, tensiunea la emițător va fi egală cu produsul dintre curentul din circuit și valoarea rezistenței rezistorului R e . Acest lucru pare să fi fost rezolvat. De ce toată această derută, vom analiza puțin mai jos.

Care este funcția rezistențelor R b și R fi ?

Aceste două rezistențe sunt din nou un simplu divizor de tensiune. Ei setează o anumită tensiune la bază, care se va schimba dacă numai +Upit , ceea ce este extrem de rar. În alte cazuri, tensiunea de pe bază va rămâne moartă.

Înapoi la R e.

Se pare că el joacă cel mai important rol în această schemă.

Să presupunem că din cauza încălzirii tranzistorului, curentul din acest circuit începe să crească.

Acum să aruncăm o privire pas cu pas la ce se întâmplă după aceea.

a) dacă curentul din acest circuit crește, atunci crește și căderea de tensiune pe rezistor R e .

b) căderea de tensiune pe rezistor R e este tensiunea pe emițător U uh . Prin urmare, datorită creșterii curentului în circuit U uh a primit mult mai mult.

c) la bază avem o tensiune fixă U b , format dintr-un divizor de rezistențe R b și R fi

d) tensiunea dintre baza emițătorului se calculează prin formula U fi \u003d U b - U e . Prin urmare, U bae va fi mai mic deoarece U uh a crescut din cauza puterii crescute a curentului, care a crescut din cauza încălzirii tranzistorului.

e) Timpurile U bae a scăzut, de unde puterea curentă eu b trecerea prin bază-emițător a scăzut și ea.

f) Deduceți din formula de mai jos eu să

I la \u003d β x I b

Prin urmare, atunci când curentul de bază scade, scade și curentul colectorului;-) Modul de funcționare al circuitului revine la starea inițială.Drept urmare, am obținut un circuit cu feedback negativ, în rolul căruia a acționat rezistența R uh . Privind înainte, voi spune asta O negativ O fratern DIN Tie (OOS) stabilizează circuitul, iar pozitiv, dimpotrivă, duce la haos complet, dar este uneori folosit și în electronică.

Bine, mai la obiect. Termenii noștri de referință sunt următorii:

1) În primul rând, găsim din fișa de date puterea de disipare maximă admisă pe care tranzistorul o poate disipa pe sine însuși. mediu inconjurator. Pentru tranzistorul meu, această valoare este de 150 de miliwați. Nu vom stoarce tot sucul din tranzistorul nostru, așa că ne vom reduce puterea disipată prin înmulțirea cu un factor de 0,8:

Cursa P \u003d 150x0,8 \u003d 120 miliwați.

2) Determinați tensiunea pe bornă U ke . Ar trebui să fie jumătate din tensiune. Upit.

U ke \u003d Upit / 2 \u003d 12/2 \u003d 6 volți.

3) Determinați curentul colectorului:

I k \u003d P curse / U ke \u003d 120x10 -3 / 6 \u003d 20 miliamperi.

4) Deoarece jumătate din tensiune a scăzut pe colector-emițător U ke , apoi o altă jumătate ar trebui să cadă pe rezistențe. În cazul nostru, 6 volți cad peste rezistențe R la și R e . Adică obținem:

R la + R e \u003d (Upit / 2) / I la \u003d 6 / 20x10 -3 \u003d 300 Ohm.

R la + R e \u003d 300 , A R la \u003d 10R e,deoarece K U \u003d R la / R e iar noi am luat KU=10 ,

apoi facem o mica ecuatie:

10R e + R e \u003d 300

11R e = 300

R e \u003d 300 / 11 \u003d 27 Ohm

R k \u003d 27x10 \u003d 270 Ohm

5) Determinați curentul de bază eu bazez din formula:

Am măsurat coeficientul beta în exemplul anterior. L-am luat în jur de 140.

Mijloace,

I b \u003d I k / β \u003d 20x10 -3 / 140 \u003d 0,14 miliamperi

6) Curent divizor de tensiune I cazuri formata din rezistente R b și R fi , practic alegeți astfel încât să fie de 10 ori mai mult decât curentul de bază eu b :

Am cazul \u003d 10I b \u003d 10x0,14 \u003d 1,4 miliamperi.

7) Aflați tensiunea la emițător după formula:

U e \u003d I la R e \u003d 20x10 -3 x 27 \u003d 0,54 volți

8) Determinați tensiunea la bază:

U b \u003d U fi + U uh

Să luăm căderea medie de tensiune pe emițătorul de bază U fi \u003d 0,66 volți . După cum vă amintiți, aceasta este căderea de tensiune la joncțiunea P-N.

Prin urmare, U b \u003d 0,66 + 0,54 \u003d 1,2 volți . Această tensiune va fi acum la baza noastră.

9) Ei bine, acum, știind tensiunea de la bază (este 1,2 volți), putem calcula singuri valoarea rezistențelor.

Pentru comoditatea calculelor, atașez o bucată din diagrama în cascadă:

Deci, de aici trebuie să găsim valorile rezistenței. Din formula legii lui Ohm, calculăm valoarea fiecărui rezistor.

Pentru comoditate, permiteți-ne să avem o cădere de tensiune R b numit U 1 , și căderea de tensiune pe R fi va fi U 2 .

Folosind legea lui Ohm, găsim valoarea rezistenței fiecărui rezistor.

R b \u003d U 1 / I afaceri \u003d 10,8 / 1,4x10 -3 \u003d 7,7 KiloOhm . Luăm de la cel mai apropiat rând 8,2 KiloOhm

R fie \u003d U 2 / I div \u003d 1,2 / 1,4x10 -3 \u003d 860 Ohm . Luăm de la un număr de 820 ohmi.

Ca rezultat, vom avea următoarele denumiri pe diagramă:

Nu te vei sătura de o singură teorie și calcule, așa că asamblam schema în viața reală și o verificăm în practică. Am aceasta schema:

Deci, îmi iau osciloscopul digital și mă agățăm de intrarea și ieșirea circuitului cu sonde. Forma de undă roșie este semnalul de intrare, forma de undă galbenă este semnalul de ieșire semnal amplificat.

În primul rând, aplic un semnal sinusoidal folosind generatorul meu de frecvență chinezesc:

După cum puteți vedea, semnalul este amplificat de aproape 10 ori, așa cum era de așteptat, deoarece câștigul nostru a fost de 10. După cum am spus, semnalul amplificat în circuitul OE este în antifază, adică deplasat cu 180 de grade.

Să dăm un alt semnal triunghiular:

Se pare că bâzâie. Dacă te uiți cu atenție, există ușoare distorsiuni. Generatorul de frecvență chinezesc ieftin se face simțit).

Dacă ne amintim oscilograma unui circuit cu două rezistențe

atunci puteți vedea o diferență semnificativă în amplificarea semnalului triunghiular

Ce se mai poate spune despre circuitul amplificator cu OE și 4 rezistențe?

LUCRARE DE CURS

la disciplina „Inginerie electrică și electronică”

„Calculul circuitelor electrice liniare cu o sursă sinusoidală de EMF folosind metoda simbolică”

Opțiunea nr.

Completat de: student din grupa RK-233

Ivanov I.I.

Verificat de: asistent al catedrei TE

Radchenko A.V.

Termeni de referință pentru termen de hârtie

LA circuit electric(Fig. 1), care conține o sursă de energie electrică cu tensiune, efectuați următorii pași:

1. Determinați impedanța complexă de intrare a circuitului.

2. Găsiți valorile efective și instantanee ale curenților din toate ramurile circuitului.

4. Întocmește un bilanț de capacități.

5. Verificați calculele conform legilor I și II ale lui Kirchhoff.

6. Construiți o diagramă vectorială topografică a curenților și tensiunilor.

Când rezolvați sarcinile stabilite, utilizați metoda simbolică de calcul.

Orez. 1. Schema circuitului electric

Parametrii elementelor circuitului electric sunt prezentați în tabelul 1.

tabelul 1

Opțiune

Numărul schemei

grindină

Ohm

INTRODUCERE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. PARTEA TEORETICĂ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2. PARTEA DE CALCUL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1. Calculul rezistenței complexe de intrare a circuitului. . . . . . . . .
2.2. Calculul valorilor efective și instantanee ale curenților din toate ramurile circuitului. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3. Calculul valorilor efective ale căderilor de tensiune pe toate elementele circuitului. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Întocmirea unui echilibru de putere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5. Verificarea calculelor conform legilor I și II ale lui Kirchhoff. . . . . . . . . . . . . .
2.6. Construirea unei diagrame vectoriale topografice a curenților și tensiunilor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
CONCLUZIE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lista literaturii folosite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

INTRODUCERE

PARTEA TEORETICĂ

Esența metodei simbolice de calcul a circuitelor de curent sinusoidal este că, pentru a simplifica calculul, acestea trec de la rezolvarea ecuațiilor pentru valori instantanee ale curenților și tensiunilor, care sunt ecuații integro-diferențiale, la ecuații algebrice în formă complexă. În astfel de condiții, este mai convenabil să se calculeze circuitul pentru valori efective complexe ale curenților și tensiunilor sinusoidale.

În această lucrare de curs, pentru a determina curenții și tensiunile fiecărui element al unui circuit care conține o singură sursă de energie electrică, trebuie utilizată metoda transformărilor echivalente, deoarece sunt cunoscute rezistențele tuturor elementelor circuitului și FEM-ul sursei.

Pentru a rezolva o astfel de problemă, secțiunile individuale ale circuitului electric cu elemente conectate în serie sau în paralel sunt înlocuite cu o rezistență complexă echivalentă, așa cum se arată în Figura 2. Schema de conexiuni simplifică transformarea treptată a secțiunilor individuale și conduc la cel mai simplu circuit care conține o sursă de energie electrică și un element pasiv echivalent (Fig. 3), conectate în serie.

PARTEA CALCULATĂ

Calculul rezistenței complexe de intrare a circuitului

Calculăm reactanța elementelor circuitului:

Împărțim circuitul în trei secțiuni în funcție de numărul de curenți din ramuri (Fig. 2) și calculăm rezistențele complexe ale fiecărei secțiuni (ramuri).

Impedanța circuitului de intrare complex:

Z Σ = Z 1 + Z 23 = 41 – j 18,09 + 1,02 + j 5,56 = 42,02 – j 12,53 ohmi.

43,85e- j 16,6° ohmi.