Токи и напряжения в цепи транзистора npn

(Первое, что нужно сделать, это четко указать, что нижний узел вашей цепи должен быть принят за землю или$0V$, чтобы упростить обсуждение. Любой узел можно произвольно сделать 0V. Но вы можете сделать это только с одним узлом и не более того. Так что это мой$0V$узел.)

Для транзисторов с малым сигналом, таких как 2N3904, я мысленно использую показатель активной области около$V_{be} = 700mV$когда$I_C=4mA$. Твой$I_c$недостаточно далеко, чтобы беспокоиться о разнице (всего лишь около$5mV$изменение.) Так что да, я бы предположил, что транзистор находится в активной области, пока более поздние расчеты не предложат другое, и я бы предварительно принял$V_{be} = 700mV$.

(Обратите внимание на то, что$\beta = \frac{I_C}{I_B} \approx 167$, что характерно для активной области, малосигнальный биполярный транзистор вроде этого. Просто быстрое подтверждение более раннего предположения, прежде чем идти вперед. Вторым прямым явным подтверждением является утверждение на диаграмме, что$V_{ce} = 5V$. Заметьте, однако, что они говорят это для$V{ec}$, что, вероятно, несовместимо с обычной используемой номенклатурой, и поэтому я предполагаю, что они на самом деле не означают$V_{ec}$но вместо$V_{ce}$.)

Ток эмиттера будет почти таким же, как ток коллектора, поэтому для первой оценки должно быть так, что$Q_1$напряжение эмиттера будет$V_e = 0V + R_e\cdot I_c \approx 1.25V$. (Другой$15\mu A$только добавляет$7.5mV$к этому.) Итак, теперь считается, что$V_b = V_e + V_{be} = 1.95V$. Кроме того, теперь вы можете использовать установленный факт, что$V_{ce} = 5V$понять, что$V_c = V_{e} + V_{ce} = 1.25V + 5V = 6.25V$.

Значение коллекторного резистора теперь можно вычислить как$R_c = \frac{V_{cc}-V_c}{2.5mA} = 1500\Omega$. Это также стандартное значение для резисторов. Хороший.

С$V_b = 1.95V$, теперь мы можем вычислить$I_1 = \frac{V_{CC} - V_b}{R_1} \approx 1mA + 6\mu A$. Я добавил туда последний кусочек, чтобы вы могли видеть, что указанный базовый ток существенно не меняет значение$I_2 \approx 1mA$. Короче говоря, делитель напряжения на$Q_1$база достаточно жесткая , так что разумные вариации (или неправильные предположения о ней из-за$\beta$отличается от предполагаемого), вероятно, не окажет существенного влияния на проектные расчеты. Итак, теперь мы можем вычислить$R_2 = \frac{1.95V - 0V}{1mA} \approx 1950\Omega$. (Чуть меньше или больше, в зависимости от того, решите ли вы получить все технические сведения и учесть некоторые своенравные$\mu A$что я предлагаю вам пока игнорировать.) Это не стандартный резистор, и похоже, что ваша проблема в любом случае не использует полностью стандартные значения. Но в задаче используются округленные значения, поэтому я бы написал$R_2 = 2k\Omega$как ответ там.

ВСТАВКА: Из моих заметок здесь вы, возможно, помните, что я сказал$V_{be}$возможно$5mV$меньше, но и то$V_e$возможно$7.5mV$больше, поэтому расчетная стоимость$1.95V$поскольку базовое напряжение действительно довольно близко, несмотря на комментарии второго порядка ранее. Вы можете вернуться ко всему этому, используя некоторые из этих недавно разработанных значений резисторов, и сделать некоторые переоценки, чтобы сузить круг. Но, честно говоря, вы действительно не знаете ценности$\beta$во всяком случае для транзистора. Ни, технически, более точное значение$V_{be}$. Эти вещи будут скрыты в параметрах модели детали, и даже в этом случае фактические детали различаются. Так что нет смысла тратить на это дополнительное время.

Результат$R_2 = 2k\Omega$и$R_c = 1500\Omega$и$I_1 \approx I_2 \approx 1mA$.

PS Нет, симуляции для проверки работы не делал. Я не чувствовал необходимости в этом случае. Скорее всего, базовый ток будет еще ниже (поскольку$\beta$типичный 2N3904, который у меня здесь валяется, ближе к$250$при этих токах и при комнатной температуре [нагрев 15мВт на БЮТ в ТО92 добавит возможно$3^{\circ}C$и не собирается сильно возиться с этим или чем-то еще.]) Кроме того,$V_{be}$вероятно, будет немного ниже, чем оценка, которую я использовал, и это немного увеличит ток коллектора. Но нет смысла прибивать его дальше отчасти потому, что реальные детали различаются, и вам нужно создавать проекты, которые работают, не завися от мелких деталей, которые вы не можете и не можете контролировать. Рабочая точка этой схемы будет примерно там, где она рассчитана. И достаточно хорош для большинства применений даже с вариациями параметров BJT. Так что нет смысла симулировать это. Это было бы поиском «глупых последовательностей». (Или пытаясь убедиться, что я не облажался. Но это слишком просто для этого, поэтому я не волновался.)

Окончательное РЕДАКТИРОВАТЬ: Да, учитывая, что$V_{ce} = 5V$и$V_{be} = 700mV$, можно обоснованно сказать, что$V_{cb} = V_{ce} - V_{be} = 4.3V$.

Последнее ПРИМЕЧАНИЕ. Падение напряжения покоя на$R_c$действительно$3.75V$. В вашем расчете нет ничего плохого$1500\Omega\cdot 2.5mA = 3.75V$. Просто это падение напряжения на коллекторном резисторе. Это не напряжение на коллекторе. Чтобы получить напряжение на коллекторе, используя падение напряжения, вы должны вычесть его из$10V$шина, которая находится на верхнем конце коллекторного резистора. Таким образом, вы обнаружите, что напряжение коллектора равно$V_c = 10V - 3.75V = 6.25V$. Какое значение я нашел вместо добавленного$V_{ce} = 5V$к$V_e = 1.25V$чтобы получить такое же значение. Два способа сделать одно и то же. Тот же ответ.

Обычно Ib намного меньше, чем Ic, возможно, вы пропустили десятичную точку. Кроме того, база 8k R не может быть источником более 10 В/8K = 1,25 мА, если Vb равно 0 В.

Оба они предполагают, что ваш Ib неверен.

Обычно вы вычисляете Ve из Ie, тогда напряжения других узлов определяют значения R.

Ответьте на ваши вопросы:

1.) I1 — это ток через делитель напряжения, который обеспечивает необходимое базовое напряжение VB на резисторе R2. Обычно резисторы R1 и R2 выбираются так , чтобы ток I1 был не менее I1=(10xIB). Я думаю, это обеспечено в вашей схеме.

2.) I2 — это просто разность I2=(I1-IB).

3.) Я не понимаю вопроса. Возможно, ответ содержится в 2) ?

Следующие два вопроса:

1.) При расчете предполагается, что напряжение VBE составляет ок. (0,65...0,7) вольт. Этой оценки достаточно, потому что у вас есть эмиттерный резистор RE (вырождение эмиттера, отрицательная обратная связь по постоянному току), который снижает чувствительность схемы к погрешностям VBE. Это классический метод, поскольку точное значение VBE (которое обеспечивает требуемый ток IC) неизвестно.

Эта стабилизация работает хорошо, потому что вы обеспечили относительно стабильное (жесткое) напряжение VB на базе. Поэтому напряжение VB мало зависит от базового тока IB (который имеет очень большие допуски).

2.) VBC=(VB-VC) с VB=(I2xR2)-(ICxRC).

• Общее замечание:

Схема и токи выглядят разумными и реалистичными. Я не собираюсь вычислять за вас все резисторы; вместо этого я дал вам несколько советов, как сделать это самостоятельно.

Дополнительный комментарий :

Моделирование схемы (PSpice) подтверждает проект. Для IC=2,515 мА базовый ток равен IB=16,21 мкА. Ваш проект подтверждает, что ток коллектора IC зависит только от VBE - резисторы R1 и R2 почти не зависят от тока базы IB (из-за «жесткого» напряжения VB и RE, обеспечивающего обратную связь по постоянному току). Когда дополнительный базовый ток через делитель напряжения предполагается с IB=0 (буфер с единичным коэффициентом усиления между базовым узлом и делителем напряжения), ток коллектора по-прежнему составляет IC=2,56 мА.

1. I1 не то же самое, что Ib или Ic. На самом деле I1 = I2 + Ib.
2. I2 также отличается от Ic или Ib.

про транзисторы:

Vbe равно 0,7 В, а Veb равно -0,7 (обычно учитывается при анализе).

Таким образом, напряжение на R2 составляет 0,7 В. Используйте правило деления напряжения между R1 и R2. Вы найдете R2, из которых вы можете найти I2. Зная Ib, вы можете найти I1. Зная Ic и Ib, вы можете найти Ie = Ib + Ic. Примените КВЛ на выходе и сможете найти Rc.