Режим работы резисторов и транзисторов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ ЭРЭ

Определяется наихудший режим работы.

Необходимо определить ток через элемент, напряжение на нем и рассеиваемую мощность.

Рисунок 2.1 – Схематическое изображение резисторов с указанием номинальной мощности

Ниже приведены примеры расчета режимов для различных схем:

1) Делитель напряжения (если сопротивлением нагрузки можно пренебречь).

I_R1,R2= , U₂=R₂* ,

P₁=I²*R₁=U₁*R₁/(R₁+R₂)²; P₂=I²*R₂

Если сопротивление нагрузки соизмеримо с сопротивлением делителя, оно включается параллельно R₂ и учитывается R₂||R_н.

2) Транзисторный каскад с ОЭ

I_R1≈ ; U_R1≈E; P_P1=U_R1*I_R1= ;

U_R2≈0.6B (переход база-эмиттер),

P_R2=I²_R1,R2*R₂.

U_R3=E, I_R3= , P_R3=U_R3*I_R3= ;

(считаем для случая, когда транзистор находится в состоянии насыщения).

На транзисторе VT₁ максимальная мощность (без учета нагрузки) будет рассеиваться тогда, когда на нем будет падать половина напряжения E (т.е. ).

Действительно, рассеиваемая на транзисторе мощность

.

Эта мощность достигает максимума, когда

.

Тогда

и .

То, что это максимум подтверждается тем, что

.

Как известно, вторая производная в точке максимума отрицательна.

Следовательно

.

3) Каскад с ОЭ и резистором в цепи эмиттера

I_R1,R2= , I_R3,R4= .

Режим VT1 при R₃+R₄=1к, Е=10 В.

P_max=

Таким образом, наихудший режим для транзистора, когда половина мощности рассеивается на транзисторе, а половина на резисторах.

Наихудший режим для резисторов, когда вся мощность рассеивается на них.

4) Двойной эмиттерный повторитель и нагрузка

I_R1≈ , P_R1=U_R1*I_R1= ;

I_R2≈ , P_R2=U_R2*I_R2= ;

I⁺_R3= , P_R3=U_R3*I_R3= ;

;

;

; .

5) Схема с источником тока и гасящим резистором

I_R1= , I_R2= , I_R3=I_R2.

Наихудший режим для транзистора VT1:

I_VT1= , U_VT1=E-U_KC-U_R3,

P_VT1=I_R2*(E-I_R2*(R₂+R₃)).

Наихудший режим для транзистора VT2:

P_VT2=I_R2*(E-I_R2*(R₂+R₃)).

В следующих ниже схемах будем определять только режим транзисторов.

Устройства с источником тока

6) Токовое зеркало в усилительном каскаде

Транзистор VT1

; (для кремниевых транзисторов)

Транзистор VT2

; Uэк мах =Е (когда VT3 в насыщении)

Транзистор VT3 без учета нагрузки имеет максимальную мощность рассеяния равную максимальной мощности рассеяния транзистора VT2.

E

7) Источник тока на двух транзисторах

Транзистор VT1

; UэбVT1 +UэбVT2 ≈ 1,2В (для кремниевых

транзисторов)

Транзистор VT2

(для кремниевых транзисторов)

Uкэ = Е- 0,6В (при RH=0)

Максимальная мощность рассеивания

8) Источник тока со стабилитроном

(при RH=0)

9) Схема с составным транзистором и нагрузкой.

R_экв= , U_экв= .

Наихудший режим для транзистора VT1:

I_VT1= , U_VT1= .

Наихудший режим для транзистора VT2:

U_VT2= , I_VT2=

Для R₁ I= ; Для R₂ I= .

10) Двухтактный эмиттерный повторитель

В этом устройстве сквозного тока через транзисторы VT1 и VT2 не бывает, т.к. напряжение, открывающее один транзистор, запирает второй. Поэтому каждый транзистор работает только на нагрузку, и максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторах VT1 и VT2 будет

P_VT= .

11) Двухтактный повторитель на схемах Шиклаи

В этой схеме транзисторы VT3 и VT4 работают на нагрузку по очереди, как и в схеме рис.2.4, поэтому мощность, рассеиваемая этими транзисторами, будет

P_VT3,4= .

Транзисторы VT1 и VT2 тоже работают по очереди, обеспечивая ток базы транзисторов VT3 и VT4.

-E

Другими словами коллекторный ток транзистора VT1 равен току базы транзистора VT3, а коллекторный ток транзистора VT2 равен току базы транзистора VT4.

Таким образом P_VT1= , а P_VT2= .

12) Параметрический стабилизатор с транзисторным усилителем тока (простой повторитель)

а) Рабочий режим.

В этом случае максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторе, будет при максимальном напряжении сети (U_{d max}=1,1U_{d ном}) и максимальном токе нагрузки

(I_{н max}).

P_max=(1,1U_{d ном}-U_вых)*I_{н max}.

б) Режим короткого замыкания.

При этом, если мощность выпрямителя намного превосходит мощность стабилизатора, то

Р_К3=1,1U_dном* *h_{21 max},

где Р_К3 – мощность, рассеиваемая на транзисторе в режиме короткого замыкания;

U_d – номинальное напряжение выпрямителя;

R₁ – сопротивление балластного резистора R₁ (рис.1);

h_{21 max} – максимальное усиление тока транзистора VT1 – берется по справочнику. Если же выпрямитель имеет мощность, согласованную со стабилизатором, то следует учесть выходное сопротивление выпрямителя. Тогда

Р_К3=0,5U_d* ,

где Р_К3 – максимальная мощность, которая может рассеиваться на транзисторе в режиме короткого замыкания;

R_выпр – выходное сопротивление выпрямителя, включающее сопротивление обмотки трансформатора и диодов.

13) Параметрический стабилизатор с усилителем тока на составном транзисторе (схема Шиклаи)

а) Рабочий режим.

В этом случае максимальная рассеиваемая мощность на транзисторе VT1 будет

P_{VT1 max}=(1,1U_{d ном}-U_вых)*I_нmax,

т.е. такая, как при простом повторителе.

Максимальная мощность на транзисторе VT2 будет определяться формулой:

P_{VT2 max}=(1,1U_{d max}-U_вых)* ,

где: - в первых скобках содержится напряжение на переходе эмиттер-коллектор транзистора VT2 (без учета падения напряжения на переходе эмиттер-база транзистора VT1);

- во вторых скобках первая дробь равна току базы транзистора VT1, а вторая - току резистора R₁; в сумме это равняется коллекторному току транзистора VT2.

б) Режим короткого замыкания.

Если мощность выпрямителя намного превосходит мощность стабилизатора, максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторе

VT1, может достигать значения

P_{VT1 max}=1,1U_d*( * h_{21 VT2 max}- )* h_{21 VT1 max},

где - максимальный ток базы транзистора VT2;

* h_{21 VT2 max} – максимальный ток коллектора VT2;

* h_{21 VT2 max}- - максимальный ток базы транзистора VT1;

h_{21 VT1 max} – максимальное усиление тока транзистора VT1 (из справочника).

Режим короткого замыкания определяется в том случае, если по условиям эксплуатации такой режим возможен. В этом случае должны быть предусмотрены меры защиты.

14) Определения граничного значения сопротивления

В слаботочных схемах используются высокоомные резисторы. При невысоком питающем напряжении многие резисторы нагружены менее, чем на 10%.

Чтобы не выполнять лишних вычислений, следует определение режимов начать с расчетов граничного значения сопротивления

;

где R_гр – граничное значение сопротивления

U_пит – напряжение питания

P_ном – номинальная мощность резистора.

Если R≥R_гр, то мощность, рассеиваемая на резисторе будет меньше 0,1P_ном и, значит, считать ее не надо, а можно сразу записать в таблицу К_н=0,1 и в дальнейшем, при определении коэффициента α1 брать его минимальным (как при К_н=0,1).

Исключением являются некоторые импульсные схемы. Например, в мультивибраторе к боковым резисторам может быть приложено напряжение в 2 раза больше U_пит.

Дата добавления: 2015-04-30