Расчет транзисторных схем.

[mickbell]

Как я себе понимаю (и пусть лично Пол Хоровиц и Уинфилд Хилл меня поправят, если что), это уравнение описывает не каскады ОЭ, ОК, ОБ, а только сам транзистор - которому, как тут было сказано, ничего не известно о том, в какую схему он включён, да оно ему и без особой разницы. Так что и уравнения вполне достаточно одного.
А теперь - ВНИМАНИЕ, ВОПРОС!!! На кой хрен надо строить ВАХ? Что с ней потом делать? Да и h-параметры, если заниматься достаточно простыми вещами вроде прикидочного расчёта каскада ОБ, не очень-то и нужны. Мы рассчитали каскад, не пользуясь ни h-параметрами, ни ВАХами и даже не особо углубляясь в теорию. Не плодите сложностей сверх необходимых, и будет вам щастье.
Что касается ВАХ с картинки - не очень-то доверяйте таковым, хрен знает, кто и как их малевал.

[Gisteresis]

Хорошо. В каком месте расчета каскада с ОБ вы воспользовались этим уравнением? Я пока не могу понять каким боком применить эту связь Uбэ c Iк.
Вот только лишь в этом:

Падение 0.6 В на эмиттерном переходе кремниевого транзистора, конечно, зависит от базового тока, но для расчёта достаточно принять его вот таким.

Ну и оно помогло в вычислении сопротивления перехода БЭ.

Получается, что во всех схемах ОЭ, ОК и ОБ логика расчета номиналов резисторов, токов и напряжений почти одинакова? Ну за исключение некоторых деталей.

ВАХ. Ну чтобы рабочую точку смотреть с нагрузочной прямой.
Уравнение описывает переход. Как у диода. У транзистора 2 перехода. В учебниках разные формулы (комбинации этой формулы) приводят в зависимости от способа включения транзистора. Поэтому и подумал что надо смотреть 3 формы таких уравнений.

Так, ладно, попробуем что нибудь рассчитать.

[HochReiter]

ВАХ с картинки, судя по картинке, - от германиевого транзистора. А 25 мВ из расчётов - от кремниевого. Потому и несовпадение.

[Gisteresis]

Еще вот не могу понять. В схемах ОЭ и ОК управление происходит по средством базы. Оно понятно, так как базовый ток управляет коллекторным.
Но как происходит управление в ОБ, когда база привязана... Я бы мог понять что сигнал немного оттягивает или добавляет с эмиттера (ток, напряжение?) но он еще и усиливает...

[Slabovik]

Что касается привязок. Для простого понимания можно поступить чуть проще. Для управления транзистором требуется ЭДС, приложенная между базой транзистора и его эмиттером. Собственно, совершенно всё-равно, какую точку этой ЭДС мы примем на нулевую. В каскаде с ОЭ за нулевую принимаем точку эмиттера. В каскаде ОБ - базы. Просто тут накладывается ещё то, что через эмиттер идёт и ток коллектора.

И получается, если отталкиваться от такого включения, разницы между ОЭ и ОБ действительно будет не видно. Она появится только тогда, когда в схему будут введены естественные ограничители, основным из которых (наиболее влияющее на характеристику каскада в частотной области) является сопротивление источника сигнала (в радиотехнике вообще интересует не само сопротивление, а энергия сигнала).

[mickbell]

[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611118#p3611118"]Хорошо. В каком месте расчета каскада с ОБ вы воспользовались этим уравнением?
Ну и оно помогло в вычислении сопротивления перехода БЭ.[/uquote]Вот вы сами и ответили. Это уравнение, точнее, оно в продифференцированном по току виде помогло определить входное сопротивление каскада. Разве этого мало? По-другому ни в жисть не догадаетесь, как его подсчитать.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611118#p3611118"]Получается, что во всех схемах ОЭ, ОК и ОБ логика расчета номиналов резисторов, токов и напряжений почти одинакова? Ну за исключение некоторых деталей.[/uquote]Ну как-то так. Всегда помните, что транзистор, или там операционный усилитель, диод, чёрт лысый - все они не знают, в какую схему включены, и ведут себя только в соответствии со своими внутренними правилами функционирования. Правило функционирования транзистора хорошо описывается этим самым уравением, но это не значит, что его надо применять всегда.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611118#p3611118"]ВАХ. Ну чтобы рабочую точку смотреть с нагрузочной прямой.[/uquote]А чего её смотреть? Мы, рассчитывая ОБ, никаких графиков не строили и ничего не смотрели - ну кроме осциллограммы на коллекторе. И ничего, справились.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611118#p3611118"]Уравнение описывает переход. Как у диода. У транзистора 2 перехода. В учебниках разные формулы (комбинации этой формулы) приводят в зависимости от способа включения транзистора. Поэтому и подумал что надо смотреть 3 формы таких уравнений.[/uquote]Другой переход находится в состоянии обратного смещения, к нему это уравнение как-то не очень подходит. Разве что для инверсного включения, когда коллектор меняется с эмиттером.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611118#p3611118"]Так, ладно, попробуем что нибудь рассчитать.[/uquote]Например, каскад ОЭ. Свойства должны быть наперёд заданы. Входное сопротивление по переменному току пусть будет не менее 50 кОм, усиление по напряжению 100. Выходное сопротивление - какое получится. Диапазон частот - звуковые.

[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611128#p3611128"]Еще вот не могу понять. В схемах ОЭ и ОК управление происходит по средством базы. Оно понятно, так как базовый ток управляет коллекторным.
Но как происходит управление в ОБ, когда база привязана... Я бы мог понять что сигнал немного оттягивает или добавляет с эмиттера (ток, напряжение?) но он еще и усиливает...[/uquote]Тут одного учили-учили, учили-учили! Языки себе обмозолили. Почитайте, пригодится. https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=21&t=158858

[Gisteresis]

Например, каскад ОЭ. Свойства должны быть наперёд заданы. Входное сопротивление по переменному току пусть будет не менее 50 кОм, усиление по напряжению 100. Выходное сопротивление - какое получится. Диапазон частот - звуковые.

Хорошо, рассуждения такие.
Транзистор допустим h21=250.
Напряжение питания 12В.
Из формулы h21*Uт/Iк видно, что чем меньше ток коллектора тем больше будет сопротивление БЭ.
Возьмем ток покоя 100мкА (я его уже подобрал), тогда сопротивление БЭ=62.5k
Зададимся напряжением на эмиттере. Если его взять слишком малым, тогда будет высокая температурная нестабильность, если слишком большим тогда меньше диапазон усиливаемой амплитуды.
Возьмем 2В. Тогда температурная нестабильность 2мВ/2В=0,1%/К. Много это мало? И почему 2мВ?
Несложно сосчитать Rэ=20k.
Напряжение насыщения я так понимаю это напряжение полностью открытого перехода КЭ?
Возьмем 0.4В.
Запас по амплитуде 2В.
Таким образом напряжение коллектора должно быть не ниже 2+0.4+2=4.4В.
Возьмем 6В
Тогда Rк=(12-6)/100мкА=60k.
Ток базы соответственно 0.4мкА
Ток делителя базы 4мкА
Напряжение базы 2+0,6=2.6В
Отсюда (12-2,6)/4мкА=2,35МОм верхний резистор делителя
2,6В/(4мкА-0,4мкА)=720k нижний резистор
Входное сопротивление каскада =56k
КУ получается около 10, даже пониже.

Я не учел падение на делителе.
Понятно, что коэффициент усиления задается отношением Rк/Rэ. И при заданном КУ=100 они и должны относиться на эту величину, но как это прикрутить?
Пробую сумму резисторов разбить чтобы они относились Rк=100Rэ, но не получается симулировать схему. То срезаются экстремумы, то другие искажения.
беру 2n5551.
Амплитуда входного сигнала 10мВ.

Спойлер

Тут одного учили-учили, учили-учили! Языки себе обмозолили.

Заучили бедолагу, что аж о язык стерся и пропал. Не надо меня так
Кстати тема заканчивается декабрем 28го, чел ушел в запой, не иначе...

Кстати по поводу предыдущего расчета. Для германиевого транзистора же порог открытия перехода БЭ 0.1...0.2В (а на диаграмме с этих значений начинаются токи базы), следовательно 12943, реально прав. Следовательно Uт другое, отсюда расхождение.
Если интерес будет потом пересчитаю.

[12943]

[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"][quote="mickbell"] То срезаются экстремумы, то другие искажения.[/uquote]
Другие искажения - неправильный режим по постоянному току.
Срезаются - в табличке параметров анализа минимальный шаг по умолчанию =0, это слишком грубо, надо поставить свой шаг, чтобы и кривая была гладкая, и время расчёта приемлемое.

Добавлено after 3 hours 12 minutes 38 seconds:
Вот по постоянке регулирнул и "другие" искажения пропали:

[mickbell]

[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"
Транзистор допустим h21=250.[/uquote]Допустим??? Вы дальше выбрали ток коллектора 100 мкА. При таком токе да 250? Оно так бывает? Надо смотреть минимально возможный коэффициент передачи тока, при другом будет лучше. То есть всегда рассчитываем худший случай из возможных.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"]Напряжение питания 12В.
Из формулы h21*Uт/Iк видно, что чем меньше ток коллектора тем больше будет сопротивление БЭ.
Возьмем ток покоя 100мкА (я его уже подобрал), тогда сопротивление БЭ=62.5k[/uquote]Что это за сопротивление такое, как считали?
Ага, кажется, понял: при токе 100 мкА сопротивление эмиттера 250 Ом, и вы умножили его на слишком оптимистичный коэффициент передачи тока. Ну ладно, пусть будет таким. Вообще-то выбор микротоков для усиления - правильный выбор: меньше шума. Но усиление при этом снижается.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"]Зададимся напряжением на эмиттере. Если его взять слишком малым, тогда будет высокая температурная нестабильность, если слишком большим тогда меньше диапазон усиливаемой амплитуды.
Возьмем 2В. Тогда температурная нестабильность 2мВ/2В=0,1%/К. Много это мало? И почему 2мВ?[/uquote]Для простого усилительного каскада этого вполне достаточно. Почему 2 мВ/градус? Физика, однако. Если глянете ещё раз в Хоровица-Хилла, то увидите, что в выводе выражения участвует произведение постоянной Больцмана на температуру.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"]Несложно сосчитать Rэ=20k.
Напряжение насыщения я так понимаю это напряжение полностью открытого перехода КЭ?[/uquote]Больше не говорите "переход КЭ", нет такого перехода. Напряжение насыщения коллектор-эмиттер - это напряжение на коллекторе полностью открытого транзистора.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"]Возьмем 0.4В.[/uquote]Оптимистично. Хотя... почему нет?
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"]Запас по амплитуде 2В.[/uquote]Пожалуй, избыточно на запас оставлять два вольта. Может быть, разумно, меньше искажений будет.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"]Таким образом напряжение коллектора должно быть не ниже 2+0.4+2=4.4В.[/uquote]Принимаем.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"]Возьмем 6В[/uquote]Вот тут ляп. Смотрите: максимум выхода синусоиды будет - ну пусть не строго 12 В, там тоже запас сделаем, пусть будет 10 В. Минимум - вы установили 4.4 В. Рабочая точка 6 В расположена явно не по середине между этими значениями. Тут лучше было бы выбрать 7.2 В - это напряжение как раз на половине между 4.4 В и 10 В.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"]Тогда Rк=(12-6)/100мкА=60k.
Ток базы соответственно 0.4мкА
Ток делителя базы 4мкА
Напряжение базы 2+0,6=2.6В
Отсюда (12-2,6)/4мкА=2,35МОм верхний резистор делителя
2,6В/(4мкА-0,4мкА)=720k нижний резистор[/uquote]Ага.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"]Входное сопротивление каскада =56k[/uquote]Ага.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"]КУ получается около 10, даже пониже.[/uquote]А вот тут подробнее.Как считали?
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"]Я не учел падение на делителе.
Понятно, что коэффициент усиления задается отношением Rк/Rэ. И при заданном КУ=100 они и должны относиться на эту величину, но как это прикрутить?[/uquote]Во-первых, не Rк/Rэ, а Rк/(rэ+Rэ). Во-вторых, Rэ может быть разным для постоянного тока (чем обеспечивается режим) и переменного. Составляете его из двух резисторов, один из них шунтируете конденсатором. Оставшийся работает только по переменке, обеспечивая требуемое усиление.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"]Пробую сумму резисторов разбить чтобы они относились Rк=100Rэ, но не получается симулировать схему. То срезаются экстремумы, то другие искажения.[/uquote]Про "другие искажения" вам уже рассказали. Я обычно в низкочастотных схемах ставлю шаг по времени 1 мкс или даже 100 нс, этого чаще всего хватает для корректной симуляции. Современные компы переваривают такие времена, не подавившись.
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611507#p3611507"]Заучили бедолагу, что аж о язык стерся и пропал. Не надо меня так [/uquote]Вас вроде не за что. Тот упрямился: "научите меня, но только так, чтобы я остался при своём мнении", а мнение-то ошибочное.

[Gisteresis]

12943
Так КУ=56 и выше не поднять. mickbell неуд поставит. По ТЗ надо 100.
Повертел, без повышения напряжения питания не получилось поднять КУ.

Спойлер

КУ=103. Но неуд по входному сопротивлению... 45кОм.
И почему то неподнять верхний пик выше 17В... наверное напряжение на коллекторе надо корректировать. Кроме того Rэ маленькое = температурная нестабильность выше.

То, что написал mickbell не читал. Сейчас прочитаю...

ПС: Может выделиться в отдельную ветку? Пока моя персона не затмила "мелкие практические вопросы"

[mickbell]

[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611735#p3611735"]ПС: Может выделиться в отдельную ветку? Пока моя персона не затмила "мелкие практические вопросы" [/uquote]Угу, ещё и в теорию.

[Gisteresis]

Что это за сопротивление такое, как считали?

Не совсем так.
Посмотрел по справочнику входное сопротивление каскада с ОЭ = h21*Uт/Iк.
Уже уяснил, что сопротивление перехода БЭ = Uт/Iк для кремниевых транзисторов. Но это сопротивление перехода а не входа каскада. Думал, но пока сам не допер почему эту величину надо умножить на бету и тогда получится сопротивление каскада. Благо эта формула написана в справочнике, ей и воспользовался.
Бета = 250.
(250*0,025)/0,0001=62500 Ом.
И тут я понял, что вдовесок неверно по этой формуле считал и rэ. Балбес... rэ=250 Ом

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер - это напряжение на коллекторе полностью открытого транзистора.

https://static.chipdip.ru/lib/222/DOC000222325.pdf
https://static.chipdip.ru/lib/958/DOC002958634.pdf
Тут и меньше пишут. Понял то, что на границе с этим напряжением то мы не будем работать, поэтому вы взяли заведомо больше - 1В.

А если мы будем работать в активной зоне скажем напряжение КЭ будет = 5В это все равно насыщение? Просто полагал насыщение это когда напряжение КЭ минимально и уже не зависит от тока базы. Т.е. меньше 0.4В. Вот это зона насыщения.

А вот тут подробнее.Как считали?

Снял с графиков. Амплитуда выходного сигнала / амплитуду входного = КУ.
Разбить Rэ... сейчас помудрю...

С rэ=250 пересчитал КУ=2.37... примерно это я и вижу на графике при таких номиналах. Уже понятнее.

Спойлер

Вот добавил в эмиттерную цепь, пересчитал.
Транзистор 2n2222 Бета = 200.
Uэ=1В
КУ по расчету = 4.68, по факту значительно больше. На картинке можно дельты сигналов видеть 8.874В/99.299мВ=89
Выходное сопротивление 249.79 Ом.
Кило Омы...?

Спойлер

[mickbell]

Это я буду разбирать уже дома. А дома я сегодня буду ещё нескоро. Предварительные замечания: напряжение насыщения - это именно то, которое уже не может быть меньше; что касается входного сопротивления ОЭ - оно точно не 250 Ом, это сопротивление (rэ) вы совершенно правильно умножили на h21э. Другое дело, что в величину 250 и даже 200 при таких токах мне как-то слабо верится.
Нагуглил даташит 2N2222, попался ON семикондуктора (кто только их не делает...) - и что я там вижу? DC Current Gain (Ic = 0.1 mAdc, Vce = 10 Vdc) Min 35. Тридцать пять, Карл!

[Gisteresis]

Я же дал ссылку 2n2222
https://static.chipdip.ru/lib/958/DOC002958634.pdf
Там написано до 300
А в модельке микрокапа 200

Спойлер

Если я конечно туда куда надо смотрю

[mickbell]

А если внимательнее? Страница 2, таблица Electric Characteristics, строка hFE DC Current Gain, первая подстрока: Vce = 10 V, Ic = 0.1 mA - как раз наш случай, и что видим: Min 35.

[Gisteresis]

Это я вижу.
Хорошо, какой транзистор брать? Или эту величину ставить в расчет?

[mickbell]

В расчёт ВСЕГДА берут наихудшее значение из возможных. Если никак не получается с этой - берите другой транзистор.

[Gisteresis]

Расчет исходя из h21=35

Спойлер

Усиление = 93.48
Остается добить с сопротивлением...
График конечно косой какой то, верхние пики растянуты.

Эквивалентное сопротивление делителя считается как параллельное включение плеч? =52976 Ом
Это сопротивление нужно соединить последовательно с rэ и Rэ?
Тогда получается 63226 Ом

ПС: А "Маэстро" походу тоже ошибся. Он при расчете верхнего сопротивления делителя отнимает ток базы. Ток базы надо отнимать при расчете нижнего сопротивления, он же утек в базу. В видео это самый конец.

[mickbell]

[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611957#p3611957"]Усиление = 93.48
Остается добить с сопротивлением...
График конечно косой какой то, верхние пики растянуты.[/uquote]Я хотел обратить на это внимание, но вы и сами заметили. А теперь - внимание, вопрос: чем, по вашему мнению, вызвана такая форма выходного напряжения?
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611957#p3611957"]Эквивалентное сопротивление делителя считается как параллельное включение плеч? =52976 Ом
Это сопротивление нужно соединить последовательно с rэ и Rэ?
Тогда получается 63226 Ом[/uquote]Таки нет. Все три сопротивления для сигнала соединены параллельно. Сопротивления эти:
1. верхний резистор делителя: 364 кОм,
2. нижний резистор делителя: 62 кОм,
3. набор "усиленных" эмиттерных сопротивлений: 35*(250+230) = 16.8 кОм.
Игого получается 12.7 кОм. Требование по входному сопротивлению выполнить не смогли. Что делать будем? Ваши предложения?
[uquote="Gisteresis",url="/forum/viewtopic.php?p=3611957#p3611957"]ПС: А "Маэстро" походу тоже ошибся. Он при расчете верхнего сопротивления делителя отнимает ток базы. Ток базы надо отнимать при расчете нижнего сопротивления, он же утек в базу. В видео это самый конец.[/uquote]Возможно. Я это видео давно не смотрел, и сейчас не буду. Лениво, ашан все силы отнял. Ну ошибся - и ошибся, все мы ошибаемся, напишите ему в комментах, если хотите.

[Gisteresis]

Шоу "Что? Где? Когда? Че? Кого?" с нами играет телезритель из Екатеринбурга... Борис Бурда сидит на электрическом стуле... В студии нарастает напряжение...

А теперь - внимание, вопрос: чем, по вашему мнению, вызвана такая форма выходного напряжения?

Отвечает Gisteresis: Ээээээ Мэээээээ Нуууууу Как бэээээээээ
Ворошилов: Время вышло, ваша версия: Такая форма напряжения вызвана рассогласованием выходного напряжения делителя базы и потенциала базы. Т.е. выходное напряжение делителя занижено.
Нижний резистор 70кОм вроде нормуль. Не, поигрался 60...70к Не исправляется...
Вот, резистор эмиттера не зашунтированный немного поднимаю, кривизна исправляется, но КУ уменьшается.
Не тоже не то.
Нижние полуволны имеют амплитуду больше чем верхние. Только, что на это влияет...

Борис Бурда сидит дымится...

Что делать будем? Ваши предложения?

Ну раз не хватает сопротивления засадим последовательно базе и наверное зашунтируем кондером. В последнем не уверен, догадки.