Číslo projektu
CZ.1.07/1.5.00/34.0514
Číslo a název šablony klíčové aktivity
III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT
Tematická oblast
Elektronické obvody, vy_32_inovace_MA_42_06
Autor
Ing. Jaroslav Bernkopf
Ročník
2, 3
Obor
26 – 41 – L/01 Mechanik elektrotechnik Pracovní list určený k procvičení výpočtu pracovního bodu zesilovače se společným kolektorem
Anotace
Použité zdroje a odkazy: AUTOR NEUVEDEN. Harrison Electronics [online]. [cit. 1.2.2014]. Dostupný na WWW: http://www.harrisonelectronics.co.uk/datasheets/bc107-8-9.pdf Všechny materiály převzaté z internetu obsahují odkaz na příslušný zdroj.
http://www.zlinskedumy.cz
Zesilovač se společným kolektorem
Zadání V následujícím schématu je zadáno: • Vcc = 12V • Re = 560Ω • Tranzistor je BC109C • Napětí emitoru proti zemi Ue je přibližně polovinou napájecího napětí
Vyhledejte katalogový list BC109C a zjistěte z něj potřebné parametry. Vypočtěte: • Odpory rezistorů R1 a R2 tak, aby • proud báze byl zanedbatelný proti proudu tekoucímu přes R1, R2 • rezistory R1 a R2 příliš nezhoršovaly vstupní odpor • Vstupní odpor Ri
Rezistory R1 a R2 dodávají do báze proud, který tranzistor potřebuje k životu.
VCC +12V
Také určují stejnosměrné napětí báze a tím i emitoru proti zemi. Nemohou být moc velké, protože pak by napětí, na kterém mají držet bázi, příliš záviselo na parametrech tranzistoru. R1 a R2 nemohou být moc malé, protože by kazily vstupní odpor, který zadavatel chce mít co největší. Jako kompromis mezi uvedenými požadavky zvolíme proud přes rezistory R1 a R2 jako pětinásobek proudu do báze:
R1 Cin
BC109C Cout
Vin R2
IR1R2 = 5* Ib
Elektronické obvody
Re
560
Vout
2
Zesilovač se společným kolektorem
Řešení V následujícím schématu je zadáno: • Vcc = 12V • Re = 560Ω • Tranzistor je BC109C • Napětí emitoru proti zemi Ue je přibližně polovinou napájecího napětí
Vyhledejte katalogový list BC109C a zjistěte z něj potřebné parametry. Vypočtěte: • Odpory rezistorů R1 a R2 tak, aby • proud báze byl zanedbatelný proti proudu tekoucímu přes R1, R2 • rezistory R1 a R2 příliš nezhoršovaly vstupní odpor • Vstupní odpor Ri
Rezistory R1 a R2 dodávají do báze proud, který tranzistor potřebuje k životu.
VCC +12V
Také určují stejnosměrné napětí báze a tím i emitoru proti zemi. Nemohou být moc velké, protože pak by napětí, na kterém mají držet bázi, příliš záviselo na parametrech tranzistoru. R1 a R2 nemohou být moc malé, protože by kazily vstupní odpor, který zadavatel chce mít co největší.
R1 Cin
BC109C
+
Jako kompromis mezi uvedenými požadavky zvolíme proud přes rezistory R1 a R2 jako pětinásobek proudu do báze:
Vin
R2
IR1R2 = 5* Ib
Elektronické obvody
Re
Cout
560
Vout
3
Zesilovač se společným kolektorem
Řešení V následujícím schématu je zadáno: • Vcc = 12V • Re = 560Ω • Tranzistor je BC109C • Napětí emitoru proti zemi Ue je přibližně polovinou napájecího napětí
Vyhledejte katalogový list BC109C a zjistěte z něj potřebné parametry. Vypočtěte: • Odpory rezistorů R1 a R2 tak, aby • proud báze byl zanedbatelný proti proudu tekoucímu přes R1, R2 • rezistory R1 a R2 příliš nezhoršovaly vstupní odpor • Vstupní odpor Ri
VCC +12V
R1 Cin
BC109C
+
Vin
R2
Re
Cout
560
Vout
Tranzistor BC109C má při kolektorovém proudu 2mA zaručený minimální proudový zesilovací činitel ß (v katalogu asi bude hFE nebo nebo h21e) ß ≥ 420. Z grafu v katalogu (obrázek) zjistíme, že směrem k vyšším proudům (náš proud bude asi 10mA) zesilovací činitel stoupá. Proto hodnotu 420 můžeme bezpečně použít. Elektronické obvody
4
Zesilovač se společným kolektorem
Řešení V následujícím schématu je zadáno: • Vcc = 12V • Re = 560Ω • Tranzistor je BC109C • Napětí emitoru proti zemi Ue je přibližně polovinou napájecího napětí
Vyhledejte katalogový list BC109C a zjistěte z něj potřebné parametry. Vypočtěte: • Odpory rezistorů R1 a R2 tak, aby • proud báze byl zanedbatelný proti proudu tekoucímu přes R1, R2 • rezistory R1 a R2 příliš nezhoršovaly vstupní odpor • Vstupní odpor Ri
Emitor má mít proti zemi přibližně polovinu z 12V, tj. asi 6V. Emitorovým rezistorem Re proto poteče proud
VCC +12V
6 10,7 0,56
R1 Proud kolektoru je prakticky stejný jako proud emitoru. Do báze poteče ß-krát méně než do kolektoru nebo do emitoru:
10,7 0,025 ß 420
Cin Vin
R2
Přes rezistory má téci 5x víc než do báze, tj.
BC109C
+
Re
Cout
560
Vout
IR1R2 = 5 * Ib = 5 * 0,025mA = 0,125mA
Elektronické obvody
5
Zesilovač se společným kolektorem
Řešení V následujícím schématu je zadáno: • Vcc = 12V • Re = 560Ω • Tranzistor je BC109C • Napětí emitoru proti zemi Ue je přibližně polovinou napájecího napětí
Vyhledejte katalogový list BC109C a zjistěte z něj potřebné parametry. Vypočtěte: • Odpory rezistorů R1 a R2 tak, aby • proud báze byl zanedbatelný proti proudu tekoucímu přes R1, R2 • rezistory R1 a R2 příliš nezhoršovaly vstupní odpor • Vstupní odpor Ri
Celkový odpor rezistorů R1 a R2 proto musí být RR1R2 =
VCC +12V
12 96 Ω 0,125
R1
Emitor má být asi na polovině napájecího napětí. Báze bude jen o 0,7V výš. Usadíme-li tedy bázi na polovinu napájecího napětí, vyhovíme zadání o napětí emitoru proti zemi.
Cin
BC109C
+
Zvolíme R1 a R2 stejné, v hodnotě 47k z normalizované řady. R1 = R2 = 47k
Vin
R2
Elektronické obvody
Re
Cout
560
Vout
6
Zesilovač se společným kolektorem
Řešení V následujícím schématu je zadáno: • Vcc = 12V • Re = 560Ω • Tranzistor je BC109C • Napětí emitoru proti zemi Ue je přibližně polovinou napájecího napětí
Vyhledejte katalogový list BC109C a zjistěte z něj potřebné parametry. Vypočtěte: • Odpory rezistorů R1 a R2 tak, aby • proud báze byl zanedbatelný proti proudu tekoucímu přes R1, R2 • rezistory R1 a R2 příliš nezhoršovaly vstupní odpor • Vstupní odpor Ri
Vstupní odpor Ri je dán paralelní kombinací R1 a R2 a odporu Re násobeného zesilovacím činitelem:
VCC +12V
ß | |
R1
kde ß 420 ∗ 560 235 200 Ω To je podstatně větší hodnota, než mají R1 a R2. Proto vstupní odpor je dán především paralelní kombinací R1 a R2: #$ % 47 47 % &'(
Elektronické obvody
Cin
BC109C
+
Vin
R2
Re
Cout
560
Vout
7
Zesilovač se společným kolektorem
Řešení V následujícím schématu je zadáno: • Vcc = 12V • Re = 560Ω • Tranzistor je BC109C • Napětí emitoru proti zemi Ue je přibližně polovinou napájecího napětí
Vyhledejte katalogový list BC109C a zjistěte z něj potřebné parametry. Vypočtěte: • Odpory rezistorů R1 a R2 tak, aby • proud báze byl zanedbatelný proti proudu tekoucímu přes R1, R2 • rezistory R1 a R2 příliš nezhoršovaly vstupní odpor • Vstupní odpor Ri
Zkontrolujme ještě napětí na emitoru:
VCC +12V
Ue = Ub – 0,7V = 6V – 0,7V = 5,3V Vzhledem k tomu, že napětí na emitoru mělo být přibližně polovinou napájecího napětí, je hodnota 5,3V vyhovující.
R1 Cin
Proud emitorem, který jsme na základě původního odhadu počítali 10,7 mA, je ve skutečnosti trochu jiný:
5,3 9,5 0,56
BC109C
+
Vin
R2
Re
Cout
560
Vout
Ale vzhledem k tomu, že jsme pak při další práci s tímto proudem stejně používali „odborně střelený“ odhad s jakýmsi pětinásobkem, je rozdíl v hodnotách 10,7 mA a 9,5 mA zanedbatelný.
Elektronické obvody
8
Zesilovač se společným kolektorem
Metodický list
Tato úloha vyžaduje odborné vedení učitelem. Vysvětlíme žákům • proč některé hodnoty volíme • jiné hodnoty odhadujeme • proč zrovna tak • proč se spokojujeme s přibližnými výsledky Pokud žáci nenajdou sami vhodný katalogový list, poskytneme jim odkaz ze snímku „Použité zdroje“. Jako zadání žákům vytiskneme jen snímek s nadpisem „ Zadání“. Svoje řešení žáci vypracují do sešitu nebo na volné listy.
Elektronické obvody
9
