Расчет транзисторных схем.

Gisteresis

Коты! Помогите понять, как рассчитать усилительный каскад с ОБ.
Задача поставлена чисто в познавательных целях. Написано, что каскад с ОБ обладает самой широкой полосой частот. Хочу это увидеть на графике АЧХ. Для этого каскады с ОЭ и ОК уже осилил и нанес на график. Остался каскад с ОБ. Никаких методик расчета не нашел, кроме разве что упоминания, о эмиттерном и коллекторном резисторе, что они задают коэффициент усиления. Что я тоже не могу понять.
Сигнал 50мВ. Хочу усилить в 10 раз.
Из чего нужно исходить?
Так же нужно задаться током покоя КЭ в 1мА?
Ток делителя базы так же нужно полагать в 10 раз меньшим?

Спойлер

Разницей резисторов R22 и R25 конечно получается влиять на КУ. Но гораздо лучше получается это делать отношением токов делителя базы и делителя КЭ.
Номиналы "натырканы" по аналогии с расчетом каскадов ОЭ и ОК. Схема работает, но не уверен что хорошо и правильно. Расчет не понят.
В общем как правильно рассчитывать? (алгоритм расчета в кратце по шагам если можно)

Выделил из темы мелких вопросов.
aen

Реклама

mickbell

1. Входное сопротивление каскада ОБ принципиально низкое, этот факт следует понимать и по возможности использовать. К примеру, установить его равным 50 Ом - это стандарт в связной технике. Такое сопротивление будет при эмиттерном токе в 0.5 мА, его и установим.
2. Режим каскада ОБ устанавливается точно так же, как ОЭ. Например, так, как у вас. Скорректируйте номиналы для тока в 0.5 мА.
3. Ток делителя базы может быть любым, хоть и один ампер - сигнал он не шунтирует. Но по сигналу базу надо зашунтировать конденсатором, у вас его нету. Поставьте.
4. Повторюсь, ток делителя базы (разве только он совсем нулевой) не влияет ни на что. Режим транзистора ради усиления лучше не трогать, это повлияет на входное сопротивление, что иногда может испортить характеристики девайса - например, фильтр, рассчитанный на 50 Ом, при другой нагрузке станет работать хреново.

Реклама

Gisteresis

Для расчета каскада с ОЭ считают так:
1 На резисторах КЭ должна упасть половина питания. 12В/2=6В.
2 Принимают ток покоя. У нас это будет 0.5мА.
Отсюда сумма сопротивлений КЭ = 6В/0.0005А=12k
Верхний резистор 11k, нижний 1k.
3 Находим напряжение базы и считая что ток делителя базы должен быть в 10 раз меньше находим номиналы делителя базы.
При этих номиналах получается фигня.

Спойлер

Расчетом как для ОЭ ток эмиттера не устанавливается в желаемый.
Отношение резисторов не задает желаемый КУ.

mickbell

Так не интересно. Уберите нафиг выходной конденсатор и нагрузку, ни к чему они, и покажите напряжение на коллекторе. Резистор 11 кОм в коллекторе - это и есть наша нагрузка. Масштаб по вертикали - такой, чтобы 12 В видно было.

Реклама

Gisteresis

Были вольты и милисекунды.
Сейчас Вольты и милисекунды.
Синее это входной сигнал амплитудой 50мВ. Красное - то что усилилось.

Спойлер

Реклама

mickbell

Снижайте входное напряжение раз в десять, перегруз у вас тут явный.

Реклама

Gisteresis

Снизил амплитуду входного сигнала до 5мВ.
Усиление все равно не заданное. 2000/5=400 раз.

Спойлер

А разделительным конденсатором то нельзя снимать сигнал, чтобы он относительно нуля был?

mickbell

А вы что ожидали? Нагрузка 11 кОм, входное сопротивление 50 Ом, усиление должно быть 220. Не 400, но около того. Снижайте сопротивление нагрузки, в радиотехнике 10 кОм - это много.
Разделительный конденсатор, разумеется, можно, но контролировать лучше напряжение на коллекторе - сразу видно, где оно относительно питания и нуля.

Gisteresis

Я не знаю чего ожидать, первый раз делаю. Поэтому и обратился за советом.

Снизил, усиление стало 215 раз. Напряжение на коллекторе выросло. Ток эмиттера так же вырос.
Если номиналы еще уменьшу чтобы достичь усиления 10 раз это будет нормально? Номиналы будут мизерные. Соответственно ток эмиттера далеко не 0.5мА.

Спойлер

*********

А ну вот подогнал делитель

Спойлер

mickbell

Зачем трогаете эмиттерный резистор? Это ведь он задаёт ток эмиттера (совместно с напряжением базы), его надо оставить как был.Вы хотите, чтобы выход был пониже? А зачем? Ну если очень хочется, оставьте 11 кОм, которые там были, а нагрузку подключите через конденсатор. Пусть она будет 500 Ом для начала.

Щас домой поеду.

Gisteresis

Да я тоже поеду домой

Вечером еще потыкаю.

Зачем трогаете эмиттерный резистор?

Спойлер

Вернул как был 1k. Такое значение получилось подбором. Как его расчитать

На ток эмиттера еще сильно влияет верхний резистор базового делителя.
Частоту поставил 10МГц только чтобы убедиться что фаза не меняется и КУ.

Спойлер

В лекции мужик говорит что КУ задается Rк/Rэ у меня это 520/1000=0,5. По факту усиливает в 10 раз.

Спойлер

АЧХ тоже непонятна в угле фазы. Почему я пробником не вижу никакого сдвига, а на АЧХ 180 разворот?

Спойлер

OutE - каскад с ОЭ
OutK - ОК
OutB - ОБ
Таки стало видно что ОБ в 10 раз по частоте обходит ОЭ.
А ОК вообще не меняется, тоже непонятно почему. Не пропустит же он 10ГГц.

mickbell

[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3609419#p3609419"]Вернул как был 1k. Такое значение получилось подбором. Как его расчитать

На ток эмиттера еще сильно влияет верхний резистор базового делителя.[/uquote]Обойдёмся без подбора, всё будем рассчитывать. Вообще всё. Проявив немного волюнтаризма, на эмиттере установим напряжение 2 В. Ток эмиттера, как мы помним, требуется 0.5 мА. По закону Ома эмиттерный резистор нужен 4 кОм. Номинала такого нет, в реальности можно поставить 3.9 кОм, но симулятору пофиг, пусть будет 4 кОм.
Едем дальше. Если на эмиттере 2 В, то на базе должно быть 2.6 В. Падение 0.6 В на эмиттерном переходе кремниевого транзистора, конечно, зависит от базового тока, но для расчёта достаточно принять его вот таким. Ток базы меньше тока эмиттера, строго говоря, в (h21Э+1) раз. Считаем наш транзистор хорошим, с h21Э не менее 50. Значит, ток базы не более 10 мкА. Как будем считать делитель? Просто забубеним туда ток побольше, раз в сто, то есть 1 мА? Как-то нерационально, этот ток получается больше коллекторного. Мы поступим по-другому: ток зададим 100 мкА, а напряжение установим немного выше требуемых 2.6 В, которое снизится из-за потребления коллекторного базового (очепятался) тока. Предварительная прикидка: нижний резистор будет около 30 кОм (понятно, почему?), верхний в три раза больше. Получается, выходное сопротивление делителя порядка 22 кОм. При базовом токе 10 мкА падение на нём будет около 200 мВ. Вот на эти 200 мВ и приподнимаем выход делителя. Итак, нижний резистор 30 кОм, верхний получается (12-2.8 )/2.8*30k = 98.6 k, ставим 100 кОм вверх.
Ну и последнее. Коллекторный резистор тоже обсчитать бы. Питание 12 В, на эмиттере 2 В, напряжение насыщения транзистора пусть будет 1 В, значит, на коллекторе не может быть ниже трёх вольт. Среднее между тремя и двенадцатью - семь с половиной вольт, его и установим. Будем считать, что ток коллектора тоже 0.5 мА, пренебрегая базовым током. Падение на коллекторном резисторе 4.5 В, значит, номинал 9 кОм. Бывает 9.1 кОм, но симулятору пофиг, ставим ровно девять. Имейте в виду, этот резистор определяет только положение рабочей точки. Для высокочастотных дел туда вообще напрашивается дроссель или контур. А нагрузку подключите через конденсатор. Для усиления порядка 10 она должна быть около 500 Ом.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3609419#p3609419"]В лекции мужик говорит что КУ задается Rк/Rэ у меня это 520/1000=0,5. По факту усиливает в 10 раз.[/uquote]Тут у меня два вопроса.
1. Что это за резистор - Rэ?
2. Что это за мужик такой?
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3609419#p3609419"]АЧХ тоже непонятна в угле фазы. Почему я пробником не вижу никакого сдвига, а на АЧХ 180 разворот?
OutE - каскад с ОЭ
OutK - ОК
OutB - ОБ
Таки стало видно что ОБ в 10 раз по частоте обходит ОЭ.
А ОК вообще не меняется, тоже непонятно почему. Не пропустит же он 10ГГц.[/uquote]Тут ничего не скажу. На вопросы, касающиеся работы симуляторов, я не отвечаю, ибо не считаю себя в них специалистом.

Добавлено after 15 minutes 51 second:
[uquote="gsmart",url="/forum/viewtopic.php?p=3609835#p3609835"]Конденсатор пропустит любую частоту через себя, как низкую так и высокую[/uquote]Любую?

Gisteresis

mickbell писал(а):Проявив немного волюнтаризма, на эмиттере установим напряжение 2 В.

2В из каких соображений?

mickbell писал(а):Как-то нерационально, этот ток получается больше коллекторного.

Т.е. нормально будет больше чем Iэ/h21 но меньше Iк.

mickbell писал(а):нижний резистор будет около 30 кОм (понятно, почему?)

Потому что на нижнем резисторе должны падать эти самые 2.6+0.2В. 2.8/0,0001=28k.
Исходя из этого получаем верхний резистор, на нем должен упасть остаток питания.

Респект! респект!
Посижу переварю.

mickbell писал(а):1. Что это за резистор - Rэ?

Эмиттерный резистор, у него на схеме нарисован слева.
Коллекторный соответственно справа.

mickbell писал(а):2. Что это за мужик такой?

Лекции гуляют в нете из какого то универа.

mickbell

[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3609895#p3609895"]2В из каких соображений?[/uquote]Точного критерия нет, есть немного шаманства. Если напряжение сделать меньше, оно будет сравнимо с падением на эмиттерном переходе, так что если само падение изменится (например, от температуры), то изменится и эмиттерный ток, а это может оказаться нежелательным. Сделаем его больше - уменьшим диапазон выходных напряжений. Выбирая это напряжение, мы исходим из того, что нам в конкретном случае важнее.
Небольшое лирическое отступление. Работа инженера во многом, если не во всём, состоит именно в выборе разумной доли тех или иных обстоятельств при поиске компромиссов, и чем точнее он это сделал, тем лучше будет результат его труда. Это относится к выбору как глобальных решений, так и мелочей вроде режима работы транзистора.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3609895#p3609895"]Т.е. нормально будет больше чем Iэ/h21 но меньше Iк.[/uquote]Больше, но во сколько раз больше - это тоже имеет значение. Если слегка больше, то напряжение на базе будет сильно зависеть от коэффициента передачи тока транзистора, а он не очень стабилен - значит, и режим может плавать. Я тут не делал точных расчётов с учётом всех этих нежелательных изменений - это не обязательно, ибо в некотором смысле ловля блох, но проделывать такое никто не запрещает.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3609895#p3609895"]Эмиттерный резистор, у него на схеме нарисован слева.
Коллекторный соответственно справа.[/uquote]Ответ неверный. Кто тут ошибся - вы или тот мужик, что читает лекцию, я не знаю (киношку не смотрел пока). Дело в том, что сопротивление эмиттерного резистора шунтируется входным сопротивлением каскада, которое много меньше. Вы этот факт не учли, отсюда и ошибка в определении усиления каскада.

12943

[uquote="mickbell",url="/forum/viewtopic.php?p=3609979#p3609979"]сопротивление эмиттерного резистора шунтируется входным сопротивлением каскада, которое много меньше.[/uquote]

Я бы сказал: сопротивление эмиттерного резистора вместе со входным сопротивлением каскада образует делитель, в результате чего входное напряжение существенно меньше напряжения источника.
Решение абсолютно дебильное. В реальных схемах ОБ питается от источника тока.

Gisteresis

mickbell писал(а):Точного критерия нет...

Просто в ОЭ и ОК исходили из того, что для наибольшего размаха амплитуды следует задать рабочую точку в 2 раза меньше напряжения источника питания. Думал тут следует сделать нечто подобное.
Конечно если нас не интересует максимальная амплитуда то можно двигаться в некотором диапазоне.

mickbell писал(а):Небольшое лирическое отступление.

Совершенно с вами согласен. Но для этого нужно понимать пространство для телодвижений и его измерения в которых можно перемещаться.

12943 писал(а):В реальных схемах ОБ питается от источника тока.

Забегая вперед.
Собственно сей факт меня интересует больше всего. Посмотреть АЧХ и увидеть, что ОБ превосходит ОЭ по частоте, это конечно хорошо, но только для общего развития.
А вот применение такого каскада в купе например с генератором тока или токовым зеркалом с возможностью включения/выключения каскада весьма интересно в регуляторах и автоматике. Эта тема мне интересна. Радиопередающие же устройства, где как раз использутся свойство ОБ на высоких частотах, не очень. Опять таки только для общего развития.

Схема блока питания Койодзы, покореженная Леонидом Ивановичем

Спойлер

Или вот упрощенная схема

Спойлер

Или вот в БП ЛИ
https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=59168

Можно видеть после ОУ каскады с ОБ, отключаемые при помощи токовых зеркал.

12943

А зачем этот огород можете объяснить?

mickbell

[uquote="12943",url="/forum/viewtopic.php?p=3610030#p3610030"]Я бы сказал: сопротивление эмиттерного резистора вместе со входным сопротивлением каскада образует делитель, в результате чего входное напряжение существенно меньше напряжения источника.
Решение абсолютно дебильное. В реальных схемах ОБ питается от источника тока.[/uquote]Если уж говорить о делителе, то верхний (входной) его резистор - внутреннее сопротивление источника сигнала, а нижний - параллельно соединённые входное сопротивление транзистора и сопротивление эмиттерного резистора (которое много больше и поэтому его можно вообще не учитывать, во всяком случае в рассматриваемой схеме). Что касается дебильности - а в чём она, дебильность? В самом применении каскада ОБ? Он не подвержен эффекту Миллера, из-за чего частотные свойства его лучше, чем у каскада ОЭ. Ещё лучше - каскодная схема, про которую можно сказать вашими словами: "ОБ питается от источника тока". Но и чистый каскад ОБ может найти применение - хотя бы в тех случаях, когда имеет значение определённое входное сопротивление, о чём я уже говорил.

12943

Я про схему у "мужика".

mickbell

А, вон оно что... Я так и не смотрел, теперь придётся.

PS. Посмотрел. Зря время потратил. Объяснение никакое. Про смещение - ни слова. Знак коэффициента усиления почему-то получил отрицательный, так что пришлось оперировать модулем оного. О внутреннем сопротивлении цепи эмиттера вообще не упомянуто, не говоря уже о том, чтобы раскрыть, от чего оно зависит и как его полагается учитывать. Так что - Хоровиц с Хиллом в помощь тем, кого это действительно заинтересовало, и нехрен смотреть обучалку от какого-то мужика.