Výpočet vstupného odporu. Výpočet komplexného vstupného odporu obvodu

VŠEOBECNÉ USTANOVENIA

Na výpočet tranzistorových zosilňovačov sa používajú dve metódy: graficko-analytické a analytické. O graficko-analytické Metóda vyžaduje informácie o vstupných a výstupných charakteristikách tranzistora (podľa referenčnej knihy). Analytický metóda výpočtu vyplýva z teórie polovodičových prvkov a je približná. V praxi však táto metóda poskytuje celkom uspokojivé výsledky.

Podľa ESKD pre implementáciu elektrických obvodov v procese návrhu je potrebné zostaviť zoznam prvkov zásadne elektronických obvodov (analogicky so špecifikáciou mechanických zariadení).

Na zostavenie zoznamu prvkov navrhnutého zosilňovača musia byť prvky jeho schémy zapojenia očíslované pomocou systému alfanumerickej notácie prijatej v GOST.

C-kondenzátory;

D-čipy;

DA-analógové mikroobvody;

DD-digitálne mikroobvody.

L-indukčnosť;

R-odpory;

VD polovodičové diódy;

VT tranzistory.

Číslovanie prvkov schémy zapojenia sa vykonáva v smere " zhora nadol" a " zľava doprava».

Stručné teoretické informácie

Obvody tranzistorových zosilňovačov sú klasifikované podľa názvu uzemnený(spoločná) elektróda tranzistor-emitor, kolektor a báza. Existujú tri schémy prepínania bipolárne tranzistory: schémy spoločný žiarič, so spoločným potrubím, so spoločnou základňou.

Zosilňovacie vlastnosti tranzistora sú charakterizované nasledujúcimi statickými parametrami:

Koeficient prenosu statického prúdu emitora tranzistora;

koeficient statického prenosu prúdu bázy tranzistora.

Parametre a a b súvisia vzťahmi:

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

OE obvod je zosilňovač moc vstupný signál. V tomto obvode sú vstupné a výstupné signály v protifáze ( fázový posun o uhol). OE zosilňovač má relatívne nízka vstupná impedancia a dosť vysoká výstupný odpor (impedancia). Zároveň OE obvod zabezpečuje zosilnenie, as prúdom, a napätím.

Na zabezpečenie daného zisku tým striedavý prúd v obvode s OE je odpor R e v emitorovom obvode tranzistora posunutý kondenzátorom C e. Preto impedancia emitorového obvodu zodpovedá paralelné pripojenie odpor R e a kapacita kondenzátora C e.

Komplexný zisk v obvode s OE je určený výrazom:

kde Rk, Re - aktívny odpor v obvodoch kolektora a emitora tranzistora; fázový posun v emitorovom obvode tranzistora; kruhová frekvencia vstupného signálu.

Obrázok 1 - Elektrický obvod zosilňovača so spoločným emitorom

Metóda výpočtu zosilňovača so spoločným emitorom

Výpočet zosilňovačov sa vykonáva v smere s VÝCHOD do vchod zariadenia (od zaťaženie do zdroj vstupný signál).

1. Výber tranzistora(podľa individuálnej objednávky)

Výber tranzistora sa vykonáva podľa typu vodivosť a podľa
parameter b.(bºh 21e - statický základný koeficient prenosu prúdu pre
rôznych tranzistorov b leží v rozsahu 10...150).

2. Výpočet kapacity izolačného kondenzátora na výstupe

Izolačný kondenzátor C3 neprenáša konštantný potenciál kolektora do záťaže. Spolu s odporom záťaže R n \u003d R5 tvorí kondenzátor C3 obvod RC, ktorý potláča nízke frekvencie a prenáša vysoké frekvencie.

Hodnota kondenzátora C3 je určená vzorcom:

Z 3 výpočtov ³1/(2pf signál Rn).

Vypočítaná hodnota kapacity C3 bude zodpovedať zoslabeniu vstupného signálu faktorom 1 vzhľadom na signál pri vyšších frekvenciách. Zníženie útlmu vstupného signálu a rozšírenie šírky pásma zosilňovača vďaka tomu dizajnová hodnota zvýšenie kapacity C 3calc o 1-2 rády (10-100 krát).

3. Výpočet kolektorového prúdu

Pre danú hodnotu emitorového prúdu I e kolektorový prúd I k je určený vzorcom

4. Výpočet odporu v kolektorovom obvode tranzistora

Na zabezpečenie zosilnenia signálu s minimálnym skreslením sa kolektorový potenciál vzhľadom na zem v statickom režime U k0 (pri absencii vstupného signálu) vyberá z podmienky:

U k0 \u003d 0,5E domáce zviera.

Odpor R až v kolektorovom obvode je určený Ohmovým zákonom

R až \u003d R3 \u003d Uk 0 / I až \u003d 0,5E domáce zviera / I až.

Výkon P 3 je určený, rozptýlený odporom R3 v kolektorovom obvode tranzistora

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

5. Výpočet ekvivalentného odporu záťaže voči striedavému prúdu

Pri dostatočne veľkej kapacite izolačného kondenzátora C3 je ekvivalentný zaťažovací odpor na striedavý prúd R n.eq.oe určený paralelným zapojením kolektorového odporu R na = R3 a zaťažovacím odporom R n = R5.

R n.eq.e =.

6. Výpočet odporu v obvode emitora

Odpor R e \u003d R4 poskytuje teplotnú stabilizáciu tranzistorového režimu podľa priamy prúd. Na zníženie vplyvu teploty na parametre zosilňovača ako celku sa potenciál emitora U e vzhľadom na zem volí v rozsahu 1 ... 2 V. Zvyčajne U e \u003d 1V.

Odpor R e je určený Ohmovým zákonom:

R e \u003d U e / I e.

Prúd vysielača I e sa volí v rozsahu (0,5 ... 1,0) mA, alebo je nastavený
individuálne.

Výkon R 4 je určený, rozptýlený odporom R e \u003d R4 v emitorovom obvode tranzistora

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

7. Výpočet vstupného odporu tranzistora od bázy

Vstupný odpor tranzistora od bázy h 11 je určený vzorcom

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

8. Výpočet odporového deliča v obvode bázy jednosmerného tranzistora.

Na stabilizáciu teploty tranzistorového režimu pre jednosmerný prúd (pri absencii vstupného signálu) je potrebné monitorovať rozdiel potenciály medzi žiarič a základňu pri zmeniť teplota. Na zabezpečenie spätnej väzby o teplote sa do obvodu emitora zavedie odpor R e \u003d R4 a do základného obvodu sa zavedie odporový delič R1, R2, pomocou ktorého je základný potenciál tranzistora stabilizovaný vzhľadom na zem. Ak je v režime maximálneho signálu prúd deliča I d presahuje bázový prúd I b, potom bázový potenciál U b bude určený len napájacím napätím E pit a pomerom rezistorov R1, R2. Zabezpečenie teplotnej stabilizácie režimu je preto zabezpečené podmienkou:

I d \u003d Ep / (R1 + R2) \u003d I e.

Podľa druhého Kirchhoffovho zákona je základný potenciál Ub určený:

U b \u003d j d + U e,

kde j d je statický potenciál pn-prechodu (pre germániové tranzistory j d =0,3 ... 0,4 V; pre kremíkové tranzistory j d = 0,6 ... 0,8 V).

Podľa Ohmovho zákona sú rezistory R1, R2 určené:

R2 \u003d Ub / I d \u003d (j d + U e) / I e;

R1 \u003d (E pet -U b) / I d \u003d (E pet -U b) / I e.

Výkony R1, R2 rozptýlené na rezistoroch deliča R1, R2 sú určené:

P1 = (Id)2*R1;

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

9. Výpočet odporového deliča v základnom obvode tranzistora na
striedavý prúd.

Pri zosilňovaní signálov striedavý prúd napájací autobus E pit uzemnený cez filtračný kondenzátor C F (má nulový potenciál). Pretože pri dostatočne veľkej kapacite C F je kapacita filtra X C.F pomerne malá (X C.F \u003d 1 / wC F ®0), odpory R1, R2 AC pripojený paralelný.

Ekvivalentný odpor deliča R1, R2 voči striedavému prúdu R d.eq je určený výrazom

Rd.eq = R1*R2/ (R1 + R2).

10. Výpočet vstupnej impedancie zosilňovača s OE

Zapnuté nízka frekvencie, ktoré sú neúmerné s rýchlosťou zvoleného tranzistora, je vstupná impedancia zosilňovača Rin čisto aktívny a zodpovedá paralelnému zapojeniu odporov h 11 a R d.eq,

R in. \u003d h 11 * R d. ekv. / (h 11 + R d. ekv.).

Poznámka. Zapnuté vysoká frekvencie úmerné rýchlosti zvoleného tranzistora ovplyvňujú medzielektródové kapacity medzi vývodmi žiarič – základňu, základňu – zberateľ a žiarič – zberateľ. Preto vo vysokofrekvenčnej oblasti je vstupný odpor (impedancia). integrovaný rozsah.

11. Výpočet vstupného kondenzátora v obvode bázy tranzistora

Väzbový kondenzátor C1 je určený na oddelenie konštantnej zložky vstupného signálu. Spolu s ekvivalentnou vstupnou impedanciou R EC tvorí kondenzátor C1 RC obvod, ktorý neprechádza konštantný základný potenciál U b vo vstupnom zdroji, potláča nízke frekvencie a prepúšťa vysoké frekvencie.

Hodnota kapacity kondenzátora C1 je určená vzorcom

Z 1 výpočtu ³1/(2pf signál R in).

Vypočítaná hodnota kapacity C1 bude zodpovedať zoslabeniu vstupného signálu faktorom 1 vzhľadom na signál pri vyšších frekvenciách. Preto, aby sa znížil útlm vstupného signálu, vypočítaná hodnota kapacity C1 sa zvyšuje o 1-2 rády (10-100 krát).

12. Výpočet zisku

12.1. Predbežný výpočet kapacity C e v obvode emitora podľa zadanej hodnoty statického zosilnenia K u.

12.2. Výpočet fázového posunu v obvode emitora

12.3. Overovací výpočet modulu zisku

Podmienka dokončenia úlohy : vypočítaná hodnota zosilnenia K u nesmie byť menšia ako stanovená hodnota.

LITERATÚRA

Príručka polovodičových diód, tranzistorov a integrovaných obvodov / Ed. N.N. Goryunova.-M.: Energia, 1972.- 568 s.
Referenčná kniha: Rezistory / Ed. I. I. Chetvertkova a V. M. Terekhova- M .: Rádio a komunikácia, 1987.- 352 s.
Stepanenko I.I. Základy teórie tranzistorov a tranzistorových obvodov / I.I. Stepanenko - M.: Energia, 1973.- 608 s.
Usatenko S.T. Vykonávanie elektrických obvodov podľa ESKD: Handbook / S.T. Usatenko, T.K. Kachenyuk, M.V. Terechov. - M.: Vydavateľstvo noriem, 1989.- 325 s.

V minulom článku sme hovorili o najjednoduchšom obvode predpätia tranzistora. Tento obvod (obrázok nižšie) závisí od koeficientu beta a ten zase závisí od teploty, ktorá nie je bzučiaca. V dôsledku toho sa na výstupe obvodu môže objaviť skreslenie zosilneného signálu.

Aby sa tomu zabránilo, do tohto obvodu sa pridá niekoľko ďalších odporov a výsledkom je obvod so 4 odpormi:

Nazvime rezistor medzi bázou a emitorom R byť , a odpor pripojený k emitoru sa bude nazývať R uh . Teraz, samozrejme, hlavná otázka: "Prečo sú potrebné v okruhu?"

Začnime možno R uh .

Ako si pamätáte, v predchádzajúcej schéme to nebolo. Takže predpokladajme, že pozdĺž reťazca + Upit ----> R na -----> kolektor ---> emitor ---> R e ----> zem beh elektriny, so silou niekoľkých miliampérov (ak neberiete do úvahy malý základný prúd, pretože I e \u003d I k + I b ) Zhruba povedané, dostaneme nasledujúci reťazec:

Preto na každom rezistore klesne určité napätie. Jeho hodnota bude závisieť od sily prúdu v obvode, ako aj od hodnoty samotného odporu.

Schéma trochu zjednodušíme:

R ke je odpor prechodu kolektor-emitor. Ako viete, závisí to hlavne od základného prúdu.

V dôsledku toho dostaneme jednoduchý delič napätia, kde

Už to vidíme na vysielači NEBUDE napätie na nulu voltov, ako to bolo v predchádzajúcom obvode. Napätie na emitore sa už bude rovnať poklesu napätia na rezistore R e .

Aký je pokles napätia naprieč R e ? Pamätáme si Ohmov zákon a vypočítame:

Ako vidíme zo vzorca, napätie na emitore sa bude rovnať súčinu prúdu v obvode a hodnote odporu rezistora R e . Zdá sa, že sa to vyriešilo. Prečo to všetko rigmarole, budeme analyzovať trochu nižšie.

Aká je funkcia rezistorov? R b a R byť ?

Práve tieto dva odpory sú opäť jednoduchým deličom napätia. Nastavujú určité napätie na základni, ktoré sa zmení, ak iba + Upit , čo je mimoriadne zriedkavé. V ostatných prípadoch bude napätie na základni mŕtve.

Späť k R e.

Ukazuje sa, že v tejto schéme hrá najdôležitejšiu úlohu.

Predpokladajme, že v dôsledku zahrievania tranzistora sa prúd v tomto obvode začne zvyšovať.

Teraz sa pozrime krok za krokom na to, čo sa stane potom.

a) ak sa prúd v tomto obvode zvýši, zvýši sa aj pokles napätia na rezistore R e .

b) pokles napätia na rezistore R e je napätie na emitore Uh . Preto v dôsledku zvýšenia prúdu v obvode Uh dostalo oveľa viac.

c) na základni máme pevné napätie U b , tvorený deličom rezistorov R b a R byť

d) napätie medzi bázou žiariča sa vypočíta podľa vzorca U byť \u003d U b - U e . v dôsledku toho U bae bude menší, pretože Uh zvýšená v dôsledku zvýšenej sily prúdu, ktorá sa zvýšila v dôsledku zahrievania tranzistora.

e) Časy U bae poklesla, teda súčasná sila ja b prechod cez bázu-emitor tiež klesol.

f) Vyvodiť z nižšie uvedeného vzorca ja do

I až \u003d β x I b

Preto pri poklese základného prúdu klesá aj kolektorový prúd ;-) Prevádzkový režim obvodu sa vráti do pôvodného stavu.V dôsledku toho sme dostali obvod s negatívnou spätnou väzbou, v úlohe ktorého pôsobil odpor R uh . Pri pohľade dopredu to poviem O negatívne O bratský OD Tie (OOS) stabilizuje obvod a pozitívny naopak vedie k úplnému chaosu, ale niekedy sa používa aj v elektronike.

Dobre, viac k veci. Naše referenčné podmienky sú nasledovné:

1) Najprv z údajového listu zistíme maximálny povolený stratový výkon, ktorý môže tranzistor rozptýliť sám životné prostredie. Pre môj tranzistor je táto hodnota 150 miliwattov. Nevytlačíme všetku šťavu z nášho tranzistora, takže stratu energie znížime vynásobením faktorom 0,8:

P závod \u003d 150x0,8 \u003d 120 miliwattov.

2) Určite napätie naprieč U ke . Malo by to byť polovičné napätie. Upit.

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

3) Určite kolektorový prúd:

I k \u003d P závody / U ke \u003d 120x10 -3 / 6 \u003d 20 miliampérov.

4) Od polovice napätia klesla na kolektor-emitor U ke , potom by mala na odpory pripadnúť ďalšia polovica. V našom prípade padá cez odpory 6 voltov R až a R e . To znamená, že dostaneme:

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

R až + R e \u003d 300 , a R až \u003d 10R e,ako K U \u003d R to / R e a zobrali sme KU=10 ,

potom vytvoríme malú rovnicu:

10R e + R e \u003d 300

11Re = 300

R e \u003d 300/11 \u003d 27 Ohm

Rk \u003d 27x10 \u003d 270 Ohm

5) Určite základný prúd ja zakladám zo vzorca:

V predchádzajúcom príklade sme merali koeficient beta. Dostali sme okolo 140.

znamená,

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

6) Prúd deliča napätia I prípady tvorené odpormi R b a R byť , zásadne voľte tak, aby to bolo 10x viac ako je základný prúd ja b :

Prípad \u003d 10Ib \u003d 10x0,14 \u003d 1,4 miliampéra.

7) Nájdite napätie na emitore podľa vzorca:

U e \u003d I až R e \u003d 20x10 -3 x 27 \u003d 0,54 V

8) Určte napätie na základni:

U b \u003d U byť + U uh

Zoberme si priemerný úbytok napätia na základni-emitor U je \u003d 0,66 voltu . Ako si pamätáte, toto je pokles napätia na P-N prechode.

v dôsledku toho Ub \u003d 0,66 + 0,54 \u003d 1,2 V . Práve toto napätie bude teraz na našej základni.

9) Teraz, keď poznáme napätie na základni (rovná sa 1,2 voltu), môžeme vypočítať hodnotu samotných odporov.

Pre pohodlie výpočtov pripájam časť kaskádového diagramu:

Takže odtiaľto musíme nájsť hodnoty odporu. Zo vzorca Ohmovho zákona vypočítame hodnotu každého rezistora.

Pre pohodlie uveďme pokles napätia naprieč R b volal U 1 a pokles napätia naprieč R byť bude U 2 .

Pomocou Ohmovho zákona zistíme hodnotu odporu každého rezistora.

Rb \u003d U 1 / I záležitosti \u003d 10,8 / 1,4x10 -3 \u003d 7,7 kiloohmov . Odoberáme z najbližšieho radu 8,2 KiloOhm

R byť \u003d U 2 / I div \u003d 1,2 / 1,4 x 10 -3 \u003d 860 Ohm . Berieme z počtu 820 ohmov.

V dôsledku toho budeme mať na diagrame nasledujúce nominálne hodnoty:

Neomrzí vás jedna teória a výpočty, takže schému zostavíme v reálnom živote a overíme v praxi. Dostal som túto schému:

Takže beriem svoj digitálny osciloskop a držím sa vstupu a výstupu obvodu so sondami. Červený priebeh je vstupný signál, žltý priebeh je výstupný signál zosilnený signál.

Najprv použijem sínusový signál pomocou môjho čínskeho frekvenčného generátora:

Ako vidíte, signál je podľa očakávania zosilnený takmer 10-krát, keďže náš zisk bol 10. Ako som povedal, zosilnený signál v obvode OE je v protifáze, teda posunutý o 180 stupňov.

Dajme ďalší trojuholníkový signál:

Zdá sa, že to bzučí. Ak sa pozriete pozorne, existujú mierne skreslenia. Lacný čínsky frekvenčný generátor sa cíti).

Ak si spomenieme na oscilogram obvodu s dvoma odpormi

potom môžete vidieť výrazný rozdiel v zosilnení trojuholníkového signálu

Čo ešte možno povedať o obvode zosilňovača s OE a 4 odpormi?

KURZOVÁ PRÁCA

v odbore "Elektrotechnika a elektronika"

"Výpočet lineárnych elektrických obvodov so sínusovým zdrojom EMP pomocou symbolickej metódy"

Možnosť č.

Vyplnil: študent skupiny RK-233

Ivanov I.I.

Kontroluje: asistentka katedry TE

Radčenko A.V.

Referenčné podmienky pre ročníková práca

AT elektrický obvod(obr. 1), ktorý obsahuje jeden zdroj elektrickej energie s napätím , vykonajte nasledovné:

1. Určte komplexnú vstupnú impedanciu obvodu.

2. Nájdite efektívne a okamžité hodnoty prúdov vo všetkých vetvách obvodu.

4. Zostavte bilanciu kapacít.

5. Skontrolujte výpočty podľa I. a II. zákona Kirchhoffa.

6. Zostavte topografický vektorový diagram prúdov a napätí.

Pri riešení zadaných úloh použite symbolickú metódu výpočtu.

Ryža. 1. Schéma elektrického zapojenia

Parametre prvkov elektrického obvodu sú uvedené v tabuľke 1.

stôl 1

Možnosť

Číslo schémy

L 3

krupobitie

Ohm

ÚVOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. TEORETICKÁ ČASŤ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2. VÝPOČTOVÁ ČASŤ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1. Výpočet komplexného vstupného odporu obvodu. . . . . . . . .
2.2. Výpočet efektívnych a okamžitých hodnôt prúdov vo všetkých vetvách obvodu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3. Výpočet efektívnych hodnôt poklesu napätia na všetkých prvkoch obvodu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Zostavenie rovnováhy síl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5. Kontrolné výpočty podľa Kirchhoffových I a II zákonov. . . . . . . . . . . . . .
2.6. Zostrojenie topografického vektorového diagramu prúdov a napätí. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ZÁVER. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zoznam použitej literatúry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ÚVOD

TEORETICKÁ ČASŤ

Podstatou symbolickej metódy na výpočet sínusových prúdových obvodov je, že pre zjednodušenie výpočtu prechádzajú z riešenia rovníc pre okamžité hodnoty prúdov a napätí, ktoré sú integro-diferenciálnymi rovnicami, na algebraické rovnice v komplexnej forme. Za takýchto podmienok je vhodnejšie vypočítať obvod pre komplexné efektívne hodnoty sínusových prúdov a napätí.

V tejto práci na kurze by sa na určenie prúdov a napätí každého prvku obvodu obsahujúceho iba jeden zdroj elektrickej energie mala použiť metóda ekvivalentných transformácií, pretože sú známe odpory všetkých prvkov obvodu a EMF zdroja.

Na vyriešenie tohto problému sú oddelené časti elektrického obvodu s prvkami zapojenými do série alebo paralelne nahradené jedným ekvivalentným komplexným odporom, ako je znázornené na obrázku 2. Elektrické schéma zjednodušiť postupnú premenu jednotlivých sekcií a viesť k najjednoduchšiemu obvodu obsahujúcemu zdroj elektrickej energie a ekvivalentný pasívny prvok (obr. 3), zapojený do série.

VYPOČÍTANÁ ČASŤ

Výpočet komplexného vstupného odporu obvodu

Vypočítame reaktanciu prvkov obvodu:

Obvod rozdelíme na tri sekcie podľa počtu prúdov vo vetvách (obr. 2) a vypočítame komplexné odpory každej sekcie (vetvy).

Impedancia komplexného vstupného obvodu:

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

43,85 e- j 16,6° ohm.