На предыдущем уроке мы научились измерять мультиметром напряжение, ток и сопротивление, а также собрали первую схему на макетной плате. Сегодня мы расширим схему, добавив еще несколько резисторов. Как это повлияет на ток и напряжение в схеме? Давайте проверим! Мы начнем с создания макета в соответствии со следующей схемой: B1 – это по-прежнему наша кассета из 4 пальчиковых батареек типа АА, каждая номиналом 1,5 вольт (далее для простоты будем говорить как об одной батареи) Определить сопротивления резисторов по цветным полоскам можно здесь. Обратите внимание, что каждый резистор обозначается одним и тем же символом (R), изменяется только стоящая за ним цифра. А как обозначались бы резисторы на схеме, если все 3 имели одинаковое сопротивление? Так же, как и на схеме выше – каждый элемент будет иметь свой собственный номер! Правило чтения электронных схем – каждый элемент одного и того же типа имеет один и тот же буквенный символ, отличающийся только порядковым номером. Давайте вернемся к нашей схеме. Если вы уже подобрали резисторы, то давайте построим макет на макетной плате. Наш макет выглядит так: Давайте, для начала, выясним, какое напряжение для нашей схемы обеспечивает батарея. Возьмите мультиметр, подготовленный для измерения напряжения, с регулятором, установленным на 20В (почему такой диапазон, как подготовить мультиметр и как им пользоваться описано в уроке №1). Приложим оба щупа мультиметра к выводам нашей батареи B1: Наша батарея выдает напряжение 6,02В. Теперь измерим фактическое сопротивление всех трех резисторов (R1, R2, R3). Мы получили следующие результаты: 21,9кОм, 10кОм и 2,23кОм соответственно. Какова будет сила тока в цепи? Для начала, попробуем посчитать: I = U / R Символ U означает напряжение, которое обеспечивает наша батарея, а R - это сумма сопротивлений всех электронных компонентов, то есть резисторов, и поэтому: I = U / (R1 + R2 + R3) I = 6,02В / (21,9кОм + 10кОм + 2,23кОм) I = 6,02В / 34,13кОм I = 6,02В / 34130 Ом I = 0,000176А = 176мкA Теперь измерим мультиметром фактический ток: Мы сделали измерение, приложив красный щуп мультиметра к красному проводу батареи, а черный щуп к выводу первого резистора. Как видно на фото, фактический ток цепи равен току, который мы рассчитали ранее: 176мкA. Можно попробовать измерить ток, подключив мультиметр в другое место схемы, например, между резисторами или между резистором R3 и черным проводом батареи – уверяем, что вы получите один и тот же результат. Сила тока в нашей схеме будет одинакова. Вы помните наше предыдущее сравнение электрического тока с потоком воды? Наш „поток воды” никуда не девается, вытекает из одного вывода батареи, последовательно проходит через все резисторы и достигает второго вывода батареи. Поэтому сила тока (поток воды) в схеме одинакова. Давайте проследим, что же происходит с напряжением в нашей схеме. Мы знаем, что батарея выдает нам напряжение 6,02В, а сила тока всей цепи составляет 176мкA. Можно ли вычислить какое падение напряжения происходит на каждом из резисторов? Конечно! Поможет нам в этом закон Ома: I = U / R U = I x RU = 176мкA x 21,9кОмU = 0,000176А x 21900 ОмU = 3,85В U = I x RU = 176мкА x 10кОмU = 0,000176А x 10000 ОмU = 1,76В U = I x RU = 176мкA x 2,23кОмU = 0,000176А x 2230 ОмU = 0,39В Из приведенных расчетов можно заметить, что чем больше сопротивление резистора, тем выше на нем падение напряжения. Теперь посмотрим, какое напряжение мы получим, прикладывая щуп мультиметра к каждому из резисторов: На каждом резисторе падение напряжения составило: UR1 = 3,83В UR2 = 1,75В UR3 = 0,39В UR1 + UR2 + UR3 = 5,97В UB1 = 6,02В Сумма падений напряжений на отдельных резисторах почти равна напряжению батареи. Теоретически напряжение UB1 и UR1 + UR2+ UR3 должны быть равны, но на практике, это не всегда бывает так. Почему? В данном случае разница возникает, вероятно, из-за неточности измерения мультиметра. Помните также, что не только сами резисторы оказывают сопротивление току. Сопротивление (хотя и небольшое) также есть и у проводов, через которые протекает ток. Так или иначе, мы экспериментально пришли ко второму правилу Кирхгофа, в котором говорится о том, что сумма падения напряжения на всех участках цепи равна источнику питания этой цепи. www.joyta.ru Параллельное соединение резисторов - одно из двух видов электрических соединений, когда оба вывода одного резистора соединены с соответствующими выводами другого резистора или резисторов. Зачастую резисторы соединяют последовательно или параллельно для того, чтобы создать более сложные электронные схемы. Схема параллельного соединения резисторов показан на рисунке ниже. При параллельном соединении резисторов, напряжение на всех резисторах будет одинаковым, а протекающий через них ток будет пропорционален их сопротивлению: Общее сопротивление нескольких резисторов соединенных параллельно определяется по следующей формуле: Ток, протекающий через отдельно взятый резистор, согласно закону Ома, можно найти по формуле: При разработке устройства, возникла необходимость установить резистор с сопротивлением 8 Ом. Если мы просмотрим весь номинальный ряд стандартных значений резисторов, то мы увидим, что резистора с сопротивлением в 8 Ом в нем нет. Выходом из данной ситуации будет использование двух параллельно соединенных резисторов. Эквивалентное значение сопротивления для двух резисторов соединенных параллельно рассчитывается следующим образом: Данное уравнение показывает, что если R1 равен R2, то сопротивление R составляет половину сопротивления одного из двух резисторов. При R = 8 Ом, R1 и R2 должны, следовательно, иметь значение 2 × 8 = 16 Ом.Теперь проведем проверку, рассчитав общее сопротивление двух резисторов: Таким образом, мы получили необходимое сопротивление 8 Ом, соединив параллельно два резистора по 16 Ом. Найти общее сопротивление R из трех параллельно соединенных резисторов: Общее сопротивление R рассчитывается по формуле: Этот метод расчета может быть использованы для расчета любого количества отдельных сопротивлений соединенных параллельно. Один важный момент, который необходимо запомнить при расчете параллельно соединенных резисторов – это то, что общее сопротивление всегда будет меньше, чем значение наименьшего сопротивления в этой комбинации. Более сложные соединения резисторов могут быть рассчитаны путем систематической группировки резисторов. На рисунке ниже необходимо посчитать общее сопротивление цепи, состоящей из трех резисторов: Последовательное соединение резисторов группы 2 вычисляется как сумма сопротивлений R2 и R3: В результате мы упрощаем схему в виде двух параллельных резисторов. Теперь общее сопротивление всей схемы можно посчитать следующим образом: Расчет более сложных соединений резисторов можно выполнить используя законы Кирхгофа. Общий ток I протекающий в цепи параллельных резисторов равняется сумме отдельных токов, протекающих во всех параллельных ветвях, причем ток в отдельно взятой ветви не обязательно должен быть равен току в соседних ветвях. Несмотря на параллельное соединение, к каждому резистору приложено одно и то же напряжение. А поскольку величина сопротивлений в параллельной цепи может быть разной, то и величина протекающего тока через каждый резистор тоже будет отличаться (по определению закона Ома). Рассмотрим это на примере двух параллельно соединенных резисторов. Ток, который течет через каждый из резисторов ( I1 и I2 ) будет отличаться друг от друга поскольку сопротивления резисторов R1 и R2 не равны.Однако мы знаем, что ток, который поступает в цепь в точке «А» должен выйти из цепи в точке "B" . Первое правило Кирхгофа гласит: "Общий ток, выходящий из цепи равен току входящий в цепь". Таким образом, протекающий общий ток в цепи можно определить как: I = I1 + I2 Затем с помощью закона Ома можно вычислить ток, который протекает через каждый резистор: Ток, протекающий в R1 = U ÷ R1 = 12 ÷ 22 кОм = 0,545 мА Ток, протекающий в R 2 = U ÷ R2 = 12 ÷ 47 кОм = 0,255 мА Таким образом, общий ток будет равен: I = 0,545 мА + 0,255 мА = 0,8 мА Это также можно проверить, используя закон Ома: I = U ÷ R = 12 В ÷ 15 кОм = 0,8 мА (то же самое) где 15кОм - это общее сопротивление двух параллельно соединенных резисторов (22 кОм и 47 кОм) И в завершении хочется отметить, что большинство современных резисторов маркируются цветными полосками и назначение ее можно узнать здесь. Чтобы быстро вычислить общее сопротивление двух и более резисторов, соединенных параллельно, вы можете воспользоваться следующим онлайн калькулятором: Когда два или более резистора соединены так, что оба вывода одного резистора соединены с соответствующими выводами другого резистора или резисторов, то говорят, что они соединены между собой параллельно. Напряжение на каждом резисторе внутри параллельной комбинации одинаковое, но токи, протекающие через них, могут отличаться друг от друга, в зависимости от величины сопротивлений каждого резистора. Эквивалентное или полное сопротивление параллельной комбинации всегда будет меньше минимального сопротивления резистора входящего в параллельное соединение. www.joyta.ru 1.1. Расчет простейших электрических цепей с помощью законов Ома и Джоуля-Ленца. 1.* Дано: Рассчитать все токи в цепи и определить мощность, рассеиваемую на каждом резисторе. Решение: Эквивалентное сопротивление цепи с учетом того, что R1 и R4 соединены последовательно, а R2 и R3 параллельно, равно ; Токи I1 и I4 находятся по закону Ома . Напряжение на резисторах R2 и R3 будет равно ; Токи I2 и I3 находим также по закону Ома ; . Мощность, рассеиваемая в резисторах: Мощность источника: Суммарная мощность приемников после суммирования P1, P2 и т.д. оказывается, также равна 24,8 Вт. В этом случае говорят, что сходится баланс мощности в цепи. Последнее означает отсутствие ошибок при расчете токов. 2.* Три одинаковых резистора соединены по смешанной схеме (два в параллель и один последовательно) и потребляют от источника мощность P=100 Вт. Определить мощность, которую будут потреблять эти резисторы от источника при параллельном и последовательном включении. Решение: Считая сопротивление одного резистора, равным R, общее сопротивление цепи при смешанном включении будет равно При последовательном соединении резисторов сопротивление цепи будет равно Так при этом ,считая напряжение источника неизменным, общее сопротивление уменьшается в 2 раза. Мощность пропорциональна квадрату тока и первой степени сопротивления. (P=I2r) Это означает, что при уменьшении тока в 2 раза и возрастании сопротивления цепи в 2 раза мощность в 2 раза уменьшится и составит 50 Вт. При параллельном соединении трех резисторов сопротивление цепи составит То есть, будет в 3 раза меньше, чем при смешанном соединении. Соответственно ток возрастет в 3 раза, и мощность тоже увеличится в 3 раза и составит 300 Вт. 3.* Дано:R1=5 Ом; R2=R3=10 Ом; R4=5 Ом; R5=10 Ом; U=20 В. Рассчитать все токи в цепи (рис. 2) методом пропорционального пересчета. Решение: Задаемся током в R2: I2’=1 А. В этом случае напряжение на R2 и R3 (они включены параллельно) будет равно Ток в R3: Ток может быть найден по 1-му закону Кирхгофа Напряжение на R5: Ток По 1-му закону Кирхгофа: Напряжение на зажимах цепи: Сравниваем полученное значение напряжения с заданным и определяем коэффициент пересчета Теперь определяем действительные значения токов в цепи и т.д. 1.2. Преобразование схем электрических цепей 4.* Три одинаковых источника с E=6B и внутренним сопротивлением r=3Ом включены в параллель и работают на общую нагрузку, сопротивление которой равно R. При каком сопротивлении нагрузки в нем выделяется максимально возможная мощность? Решение: В заданной схеме (рис. 3) целесообразно произвести перенос источника за узел. Для этого подключают к узлу источники с ЭДС, равной E, но направленной против ЭДС заданных источников. Преобразование ясно из рис. 4,а и 4,б. a)б) Максимально возможная мощность выделится в нагрузке, если ее сопротивление равно внутреннему сопротивлению источника (режим согласованной нагрузки). Внутреннее сопротивление источника оказывается равным . Откуда Мощность в нагрузке составит 5.* Дано: E1=6B; E2=4B; R1=2Ом; R2=R3=6Ом; R4=4Ом; R5=1Ом. Рассчитать токи источников в цепи (рис. 5) Решение: Схему целесообразно представить в виде рис.6, используя преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду. При этом R5Параллельное соединение резисторов. Калькулятор для расчета. Напряжение на втором резисторе в схеме
Основы электроники. Урок №2: Ток и напряжение в электрической цепи
Параллельное соединение резисторов. Калькулятор для расчета
Формула параллельного соединения резисторов
Параллельное соединение резисторов - расчет
Пример №1
Пример расчета №2
Как рассчитать сложные схемы соединения резисторов
Для простоты расчета, сначала сгруппируем резисторы по параллельному и последовательному типу соединения.Резисторы R2 и R3 соединены последовательно (группа 2). Они в свою очередь соединены параллельно с резистором R1 (группа 1).
Ток, протекающий в цепи параллельно соединенных резисторах
Параллельное соединение резисторов - онлайн калькулятор
Подведем итог
Примеры решения
Схему рис. 6 можно представить, как это показано на рис. 7, и рассчитывать ее методом наложения
Закорачиваем второй источник и находим ток первого
Ток в сопротивлении при этом будет равен
Далее закорачиваем первый источник и находим ток второго
Ток в сопротивлении при действии в цепи только второго источника находим по формуле:
В соответствии с направлениями токов, показанными на рис. 7 находим действительные значения токов источников.
6.* Дано:E2=2B;E4=4B;R1=2Ом; R2=1Ом; R3=1,5Ом; R4=1Ом; R5=1,6Ом; R6=1,2Ом.
Рассчитать все токи в цепи (рис. 8), составить баланс мощности.
Решение:
Схема цепи имеет три контура и четыре узла и расчет ее с помощью законов Кирхгофа потребует решения шести уравнений.
Однако если преобразовать участки цепи, изображенные на рис. 9 и представляющие собой активные двухполюсники, то трудоемкость расчета существенно снижается.
ЭДС и, сопротивленияиможно определить следующим образом:
В результате такого преобразования схема цепи существенно упрощается (рис. 10)
В полученной схеме токиI3 и I6 одинаковы и равны
Напряжение между 3-м и 2-м узлами исходной схемы равно
Ток I5 отсюда
Ток I4 может быть определен по закону Ома
Напряжение между 1-м и 4-м узлами будет равно
Токи I1 и I2 соответственно равны
Составим баланс мощности в цепи.
Мощность, вырабатываемая источниками:
Мощность, потребляемая приемниками:
Таким образом, баланс мощностей в цепи сошелся.
1.3. Анализ сложных электрических цепей постоянного тока. Топология электрических цепей.
7.* Для схемы цепи (рис. 11) вычертить граф, выделить дерево графа, записать матрицы соединений (узловая матрица) и контуров и, используя эти матрицы, получить систему уравнений, записанную по законам Кирхгофа.
a)б)
Граф данной электрической цепи изображен на рис. 11,б. При этом дерево графа выделено жирными линиями.
Так как деревом графа называют совокупность ветвей, соединяющих все узлы схемы, но не образующей замкнутых контуров, то, очевидно, дерево, приведенное на рис. 11,б, не является единственно возможным.
Студентам предлагается самостоятельно изобразить варианты других деревьев для данного графа.
Матрица соединений (узлов) будет иметь вид:
, где номера строк – узлы, а номера столбцов – ветви.
Эта матрица записывается для k-1 узлов и, очевидно, поэтому тоже не является единственно возможной. Запишите матрицу А, если исключен, например, 1-й узел либо 2-й.
Задав направление обхода контуров по часовой стрелке (рис. 11,б), записываем матрицу контуров
, где номера строк – контуры, а номера столбцов – ветви.
Для записи уравнений по закону Кирхгофа требуется еще диагональная матрица сопротивлений цепи:
Умножая матрицу соединений на вектор-матрицу токов ветви, имеем
Или
Это уравнения, записанные по 1-му закону Кирхгофа.
Далее матрицу контуров умножаем на вектор-матрицу напряжений ветвей
Или получаем уравнения:
С учетом того, что
Имеем
Это уравнения, записанные по 2-му закону Кирхгофа.
8.* Для схемы, изображенной на рис. 11,а, записать системы уравнений для расчета цепи методом контурных токов и узловых потенциалов, используя матрицы контуров и соединений.
Решение:
При расчете цепи методом узловых потенциалов используется диагональная матрица проводимости ветвей:
,
где и т.д.
Умножаем матрицу соединений на матрицу проводимостей
Умножаем полученный результат на транспонированную матрицу соединений
В результате получили матрицу узловых проводимостей.
Далее матрицу GУ умножаем на вектор-матрицу потенциалов узлов, а вектор-матрицу токов источников тока ветвей умножаем на матрицу соединений
, (*)
где и.
После указанных выше действий получаем
.
Переносим в правую часть системы уравнений и окончательно записываем:
,
где
Для получения системы уравнений в методе контурных токов необходимо матрицу контуров умножить на диагональную матрицу сопротивления ветвей
Полученный результат умножаем на транспонированную матрицу контуров
Получили матрицу контурных сопротивлений.
Далее матрицу контуров умножаем на вектор-матрицу ЭДС источников ветвей
.
В результате получили вектор-матрицу контурных ЭДС.
Окончательно имеем
Или
,
где I11, I22, I33 – контурные токи
- контурные сопротивления и сопротивления между контурами
- контурные ЭДС.
1.4. Метод эквивалентного генератора.
9.* Определить показания приборов в схеме представленной на рис.12,а, если: R1=10Ом; R2=50Ом; R3=40Ом; R4=20Ом; R5=20Ом.
а)
б)
Решение: Определяем напряжение холостого хода на зажимах а-б при разомкнутой ветви R5.При этом токиI1 и I2 не будут зависеть друг от друга и могут быть найдены по закону Ома
Напряжение холостого хода будет равно:
Далее находим внутреннее сопротивление активного двухполюсника относительно зажимов а-б при закороченном источнике E. (см. рис. 12,б)
Ток в сопротивленииR5 (тот, что регистрирует амперметр)
Показания вольтметра:
studfiles.net
Биполярный транзистор. Резистор в базе
Ну и как успехи в изучении транзистора? Читали предыдущую статью? Если да, то это очень хорошо, если нет, срочно читайте, иначе не поймёте о чем речь в этой статье.
Итак, у некоторых возникли непонятки с резистором, который цепляется к базе транзистора. Вроде бы понятно, что он ограничивает силу тока, но непонятно зачем. Давайте вспомним нашу картинку с предыдущей статьи:
Видите резистор на 500 Ом? Что он там делает и для чего нужен, мы с вами разберем в этой статье.
Итак, у нас есть всеми нами любимый и знакомый транзистор КТ815Б – классика Советского Союза 😉
Вспоминаем его цоколевку (расположение выводов):
Включение транзистора в схему с ОЭ (Общим Эмиттером) будет выглядеть приблизительно вот так:
Как вы видите, в этой схеме мы подключали также лампочку и источник тока к коллектору-эмиттеру.
Откинем пока что лампу и источник Bat2 и просто цепанемся крокодилами от Блока питания на выводы базы и эмиттера:
Плюс от блока питания на базу, а минус на эмиттер.
Теперь давайте будем увеличивать напряжение от нуля и до какого-то значения. Итак, кручу крутилку до 0,6 В и только тогда амперметр на блоке питания показал 10 мА:
Кручу дальше и получаю следующие результаты (слева-направо):
Дальше добавлять напряжение сыкотно, так как транзистор становится горячим. Кстати, первый подопытный транзистор скончался, испустив белый дым, под напряжением в 1,5 В. Слишком резко крутанул крутилку).
Давайте построим график по нашим точкам, или как говорится в народе, Вольт амперную характеристику (ВАХ):
Чуток коряво конечно, но смысл уловить можно.
Среди профи-электронщиков этот график называется входной характеристикой биполярного транзистора, при нулевом напряжении на коллектор-эмиттере.
Как вы помните, транзистор можно схемотехнически представить, как два диода, соединенные или анодами, или катодами (кто не помнит, читаем эту статью). В нашем случае транзистор КТ815Б является транзистором NPN, следовательно, его можно представить вот так:
Так что это получается? Мы тупо подавали напряжение на диод? Ну да, все верно)
Так вот, для диода ВАХ будет выглядеть как-то вот так:
Что тут можно увидеть? Подавая напряжение на диод в прямом включении (на анод плюс, на катод – минус), мы видим, что через диод ток начинает течь только тогда, когда напряжение становится больше, чем 0,5 В. Далее подавая напряжение на диод чуточку больше, сила тока через диод возрастает непропорционально. Напряжения добавили чуть-чуть, а сила тока стала в разы больше.
Так как переход база-эмиттер – это что ни на есть самый простой диод, то следовательно, малое изменение напряжения в плюс вызовет большое изменение силы тока. Настолько большое, что транзистор можно сгореть! Для нашего подопечного максимально допустимый постоянный ток базы составляет 0,5 А. Я же выжал 0,7 А, но транзистор за эти пару секунд чуть не вскипел.
Что же это получается? Если напряжение изменится в плюс даже на каких-то десятки Вольт, то транзистору придет крындец? Да, все именно так. Но как нам теперь быть? Неужели придется использовать высокостабильный блок питания?
Делать так для каждой схемы конечно не реально, но выход есть проще некуда, и называется он Делитель напряжения.
Давайте проведем два небольших опыта. Для этого к базе цепанем резистор на 10 Ом:
Смотрим теперь на показания блока питания (слево-направо):
Строим график по полученным точкам:
Сравниваем с графиком без резистора:
Обратите внимание на вертикальную шкалу силы тока базы (Iбазы). При одном вольте на графике без резистора базовый ток был уже почти 0,7 А! А с резистором на 10 Ом базовый при 1 В уже был каких-то 0,02 А. Чувствуете разницу?
Почему же так все получилось? Дело в том, что на резисторе «осело» лишнее напряжение. Досконально это схема будет выглядеть вот таким образом:
По цепи, которую я отметил красными проводками, течёт электрический ток. Нагрузкой для электрического тока является резистор и диод транзистора. А так как они соединены последовательно, то вспоминая статью Делитель напряжения можно сказать, что и на диоде транзистора и на резисторе R падает напряжение. А сумма этих напряжений равняется напряжению батареи Bat. В данном случае вместо батареи я использовал блок питания. То есть можно записать, что
UBat = UR + Uбаза-эмиттер
Проверяем, так ли оно на самом деле?
В нашем случае используем тот же самый резистор на 10 Ом. Выставляем на блоке питания напряжение 1 В.
Видим, что сила тока, протекающая по цепи равна 20 мА.
Итак, замеряем падение напряжения на резисторе:
А теперь падение напряжения на базе-эмиттере:
Итого: 0,32 + 0,74 = 1,06 В
0,06 В спишем на погрешность вольтметра блока питания).
Ну как, теперь понятно, почему всё так происходит?
Небольшое лирическое отступление. Так как резистор рассчитан на определенную мощность, нужно таким образом подбирать резистор, чтобы он не колыхнул ярким пламенем. Какая же мощность сейчас в данный момент рассеивается на резисторе? Так как в нашем случае нагрузки подцеплены последовательно (резистор и диод транзистора), сила тока, проходящая через каждую нагрузку везде будет одинаковой. Значит, резистор в данный момент рассеивает мощность, равную
P = IU = 0,02х0,32 = 0,0064 Вт.
Мой резистор рассчитан максимум на 0,25 Вт, значит все гуд. Если на резисторе будет рассеиваться мощность больше, чем 0,25 Вт, резистор сгорит. Имейте это ввиду, когда будете проектировать свои электронные поделки.
А что будет, если взять резистор еще больше по номиналу? Давайте попробуем. Возьмем резистор на 100 Ом:
И проводим аналогичный опыт. Вот наши показания (слева-направо):
Строим по ним график:
Из всего выше сказанного, показанного и написанного делаем простые и не очень выводы:
1) Резистор в базе используется для того, чтобы плавно регулировать силу тока в базе, а также для ограничения силы тока, которая может спалить транзистор. Для чего нам плавно регулировать ток базы, мы с вами еще обсудим.
2) Чем больше номинал резистора, тем больше станет диапазон напряжения для регулировки силы тока в базе, тем самым можно плавнее регулировать этот самый ток.
На рисунке (художник из меня хреновый) мы видим резистор, который качается на качелях, прикрепленных к графику входной характеристики транзистора ну и следовательно, чем больше его номинал, тем больше он прогибает график))).
Продолжение——->
<——-Предыдущая статья
www.ruselectronic.com
Биполярный транзистор. Расчет усилителя с ОЭ. Часть 3
В прошлой статье мы с вами говорили о самой простой схеме смещения транзистора. Эта схема (рисунок ниже) зависит от коэффициента бета, а он в свою очередь зависит от температуры, что не есть гуд. В результате на выходе схемы могут появиться искажения усиливаемого сигнала.
Чтобы такого не произошло, в эту схему добавляют еще парочку резисторов и в результате получается схема с 4-мя резисторами:
Резистор между базой и эмиттером назовем Rбэ , а резистор, соединенный с эмиттером, назовем Rэ. Теперь, конечно же, главный вопрос: «Зачем они нужны в схеме?»
Начнем, пожалуй, с Rэ.
Как вы помните, в предыдущей схеме его не было. Итак, давайте предположим, что по цепи +Uпит—->Rк ——> коллектор—> эмиттер—>Rэ —-> земля бежит электрический ток, с силой в несколько миллиАмпер (если не учитывать крохотный ток базы, так как Iэ = Iк + Iб ) Грубо говоря, у нас получается вот такая цепь:
Следовательно, на каждом резисторе у нас будет падать какое-то напряжение. Его величина будет зависеть от силы тока в цепи, а также от номинала самого резистора.
Чуток упростим схемку:
Rкэ — это сопротивление перехода коллектор-эмиттер. Как вы знаете, оно в основном зависит от базового тока.
В результате, у нас получается простой делитель напряжения, где
Мы видим, что на эмиттере уже НЕ БУДЕТ напряжения в ноль Вольт, как это было в прошлой схеме. Напряжение на эмиттере уже будет равняться падению напряжения на резисторе Rэ .
А чему равняется падение напряжения на Rэ ? Вспоминаем закон Ома и высчитываем:
Как мы видим из формулы, напряжение на эмиттере будет равняться произведению силы тока в цепи на номинал сопротивления резистора Rэ . С этим вроде как разобрались. Для чего вся эта канитель, мы разберем чуть ниже.
Какую же функцию выполняют резисторы Rб и Rбэ ?
Именно эти два резистора представляют из себя опять же простой делитель напряжения. Они задают определенное напряжение на базу, которое будет меняться, если только поменяется +Uпит, что бывает крайне редко. В остальных случаях напряжение на базе будет стоять мертво.
Вернемся к Rэ .
Оказывается, он выполняет самую главную роль в этой схеме.
Предположим, у нас из-за нагрева транзистора начинает увеличиваться ток в этой цепи.
Теперь разберем поэтапно, что происходит после этого.
а) если увеличивается ток в этой цепи, то следовательно увеличивается и падение напряжения на резисторе Rэ .
б) падение напряжения на резисторе Rэ — это и есть напряжение на эмиттере Uэ. Следовательно, из-за увеличения силы тока в цепи Uэ стало чуток больше.
в) на базе у нас фиксированное напряжение Uб , образованное делителем из резисторов Rб и Rбэ
г) напряжение между базой эмиттером высчитывается по формуле Uбэ = Uб — Uэ . Следовательно, Uбэ станет меньше, так как Uэ увеличилось из-за увеличенной силы тока, которая увеличилась из-за нагрева транзистора.
д) Раз Uбэ уменьшилось, значит и сила тока Iб , проходящая через базу-эмиттер тоже уменьшилась.
е) Выводим из формулы ниже Iк
Iк =β х Iб
Следовательно, при уменьшении базового тока, уменьшается и коллекторный ток 😉 Режим работы схемы приходит в изначальное состояние. В результате схема у нас получилась с отрицательной обратной связью, в роли которой выступил резистор Rэ . Забегая вперед, скажу, что Отрицательная Обратная Связь (ООС) стабилизирует схему, а положительная наоборот приводит к полному хаосу, но тоже иногда используется в электронике.
Ладно, ближе к делу. Наше техническое задание звучит так:
Рассчитать каскад на биполярном транзисторе КТ315Б с коэффициентом усиления равным KU =10, Uпит = 12 Вольт.
1) Первым делом находим из даташита максимально допустимую рассеиваемую мощность, которую транзистор может рассеять на себе в окружающую среду. Для моего транзистора это значение равняется 150 миллиВатт. Мы не будем выжимать из нашего транзистора все соки, поэтому уменьшим нашу рассеиваемую мощность, умножив на коэффициент 0,8:
Pрас = 150х0,8=120 миллиВатт.
2) Определим напряжение на Uкэ . Оно должно равняться половине напряжения Uпит.
Uкэ = Uпит / 2 = 12/2=6 Вольт.
3) Определяем ток коллектора:
Iк = Pрас / Uкэ = 120×10-3 / 6 = 20 миллиАмпер.
4) Так как половина напряжения упала на коллекторе-эмиттере Uкэ , то еще половина должна упасть на резисторах. В нашем случае 6 Вольт падают на резисторах Rк и Rэ . То есть получаем:
Rк + Rэ = (Uпит / 2) / Iк = 6 / 20х10-3 = 300 Ом.
Rк + Rэ = 300, а Rк =10Rэ , так как KU = Rк / Rэ , а мы взяли KU =10 ,
то составляем небольшое уравнение:
10Rэ + Rэ = 300
11Rэ = 300
Rэ = 300 / 11 = 27 Ом
Rк = 27х10=270 Ом
5) Определим ток базы Iбазы из формулы:
Коэффициент бета мы замеряли в прошлом примере. Он у нас получился около 140.
Значит,
Iб = Iк / β = 20х10-3 /140 = 0,14 миллиАмпер
6) Ток делителя напряжения Iдел , образованный резисторами Rб и Rбэ , в основном выбирают так, чтобы он был в 10 раз больше, чем базовый ток Iб :
Iдел = 10Iб = 10х0,14=1,4 миллиАмпер.
7) Находим напряжение на эмиттере по формуле:
Uэ= Iк Rэ= 20х10-3 х 27 = 0,54 Вольта
8) Определяем напряжение на базе:
Uб = Uбэ + Uэ
Давайте возьмем среднее значение падения напряжения на базе-эмиттер Uбэ = 0,66 Вольт. Как вы помните — это падение напряжения на P-N переходе.
Следовательно, Uб =0,66 + 0,54 = 1,2 Вольта. Именно такое напряжение будет теперь находиться у нас на базе.
9) Ну а теперь, зная напряжение на базе (оно равняется 1,2 Вольта), мы можем рассчитать номинал самих резисторов.
Для удобства расчетов прилагаю кусочек схемы каскада:
Итак, отсюда нам надо найти номиналы резисторов. Из формулы закона Ома высчитываем значение каждого резистора.
Для удобства пусть у нас падение напряжения на Rб называется U1 , а падение напряжения на Rбэ будет U2 .
Используя закон Ома, находим значение сопротивлений каждого резистора.
Rб = U1 / Iдел = 10,8 / 1,4х10-3 = 7,7 КилоОм. Берем из ближайшего ряда 8,2 КилоОма
Rбэ = U2 / Iдел = 1,2 / 1,4х10-3 = 860 Ом. Берем из ряда 820 Ом.
В результате у нас будут вот такие номиналы на схеме:
Одной теорией и расчетами сыт не будешь, поэтому собираем схему в реале и проверяем ее в деле. У меня получилась вот такая схемка:
Итак, беру свой цифровой осциллограф и цепляюсь щупами на вход и выход схемы. Красная осциллограмма — это входной сигнал, желтая осциллограмма — это выходной усиленный сигнал.
Первым делом подаю синусоидальный сигнал с помощью своего китайского генератора частоты:
Как вы видите, сигнал усилился почти в 10 раз, как и предполагалось, так как наш коэффициент усиления был равен 10. Как я уже говорил, усиленный сигнал по схеме с ОЭ находится в противофазе, то есть сдвинут на 180 градусов.
Давайте подадим еще треугольный сигнал:
Вроде бы гуд. Если присмотреться, то есть небольшие искажения. Дешевый китайский генератор частоты дает о себе знать).
Если вспомнить осциллограмму схемы с двумя резисторами
то можно увидеть существенную разницу в усилении треугольного сигнала
Что же можно еще сказать о схеме усилителя с ОЭ и с 4-мя резисторами?
Выходное сопротивление такой схемы в основном определяется номиналом резистора Rк . В данном случае это 270 Ом. Входное сопротивление Rвх примерно равняется: Rвх = Rэβ. В данном случае Rвх = 27х140=3780 Ом.
Схема с ОЭ во времена пика популярности биполярных транзисторов использовалась как самая ходовая. И этому есть свое объяснение:
Во-первых, эта схема усиливает как по току, так и по напряжению, а следовательно и по мощности, так как P=UI.
Во-вторых, ее входное сопротивление намного больше, чем выходное, что делает эту схему отличной малопотребляемой нагрузкой и отличным источником сигнала для следующих за ней нагрузок.
Ну а теперь немного минусов:
1) схема потребляет небольшой ток, пока находится в режиме ожидания. Это значит, питать ее долго от батареек не имеет смысла.
2) она уже морально устарела в наш век микроэлектроники. Для того, чтобы собрать усилитель, проще купить готовую микросхему и сделать на ее базе мощный и простой усилок.
Продолжение——->
<——-Предыдущая статья
www.ruselectronic.com
4. Последовательные схемы
ЭКСПЕРИМЕНТ 4 Последовательные схемы
Цели
После проведения данного эксперимента Вы сможете рассчитывать общее сопротивление нескольких включенных последовательно резисторов и использовать закон Кирхгофа для напряжений, чтобы осуществлять расчеты и измерения для последовательных схем.
Необходимые принадлежности
* Цифровой мультиметр
* Макетная панель
* Источник постоянного напряжения * Резисторы — 1/4 Вт, 5%:
один резистор 470 Ом,
один резистор 680 Ом,
один резистор 2, 2 кОм,
один резистор 4, 7 кОм,
один светоизлучающий диод (LED).
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
Имеется два основных способа подключения электронных компонентов к источнику питания. При последовательном включении все компоненты подключаются концами друг к другу, образуя простую цепочку, которая соединяется с источником питания. При параллельном включении (эксперимент 5) каждый из отдельных компонентов подключается непосредственно к источнику питания. Естественно, имеются более сложные схемы, в которых используются те или иные комбинации последовательных и параллельных соединений (эксперимент 6). В данном эксперименте Вы узнаете, как выполнять последовательное включение компонентов и осуществлять различные расчеты и измерения.
Сначала познакомимся с тем, как вычислять общее сопротивление последовательной схемы. Если два или более резисторов включены последовательно, общее сопротивление комбинации равно простой сумме отдельных сопротивлений.
Типичная последовательная схема показана на рисунке 4-1. Общее сопротивление Rт равно сумме отдельных сопротивлений, то есть:
Rт=R1+ R2+ R3
При показанных значениях сопротивлений резисторов общее сопротивление равно:
Rт= 50+ 75+ 30 = 1550м
Три отдельных резистора могут быть заменены единственным резистором с номиналом 155 Ом, при этом никаких изменений в токе схемы не будет.
Падение напряжения
Когда ток протекает через последовательную схему, на каждом сопротивлении происходит падение напряжения. Па рисунке 4-1 показана последовательная схема с напряжениями, указанными для каждого сопротивления. Заметьте полярность падения напряжения на каждом резисторе.
Рис. 4-1.
Конечно, напряжение, падающее на каждом резисторе, может определяться на основании закона Ома. В данном случае общин ток схемы умножается на величину сопротивления каждого резистора для получения соответствующего падения напряжения. Например, напряжение на R2:
V2 = IR2
Исключительно важной характеристикой последовательной схемы, что надо хорошо запомнить,
является то, что сумма отдельных падений напряжения равна напряжению источника. Заметьте на рисунке 4-1, что сумма, полученная сложением напряжений на резисторах R1, R2, и R3 такая же, как и общее приложенное напряжение.
Vs= V1 + V2 + V3
Это основное соотношение известно как закон Кирхгофа для напряжений. Закон этот чрезвычайно полезен при осуществлении расчетов для последовательных схем. При использовании данного соотношения различными способами можно легко выполнять анализ и разработку последовательных схем.
Токоограничивающие резисторы
Примером использования закона Кирхгофа является расчет последовательных гасящих резисторов. Последовательный гасящий резистор — это просто резистор, соединенный последовательно с некоторым устройством с той целью, чтобы понизить напряжение, прилагаемое к данному устройству. Такой резистор называется также токоограничивающим резистором. Часто оказывается необходимым, например, включать лампу накаливания от источника высокого напряжения. Чтобы избежать повреждения устройства при перенапряжении, резистор включается последовательно с устройством, чтобы погасить излишнюю величину напряжения (см. рис. 4-2). Кроме того, может оказаться необходимым включить трехвольтовую лампочку от батареи питания 12 В. Если приложить все напряжение 12 В к лампочке, последняя перегорит. Однако при включении последовательно с лампочкой резистора с правильно выбранным
сопротивлением на резисторе создастся падение излишнего напряжения 9 вольт, тогда как для лампочки останется только 3 вольта необходимого ей напряжения. Короче говоря, резистор выбирается для ограничения тока через лампочку до максимально безопасной величины.
Рис. 4-2.
Краткое содержание
В данном эксперименте Вы убедитесь, что общее сопротивление последовательной схемы равно сумме отдельных сопротивлений включенных последовательно резисторов. Затем Вы проверите справедливость закона Кирхгофа для напряжении. Наконец, Вы рассчитаете последовательный гасящий резистор для светоизлучающего диода.
Рис. 4-3.
ПРОЦЕДУРА
1. Используя значения, указанные на рис. 4-3, рассчитайте общее сопротивление схемы.
Rт= _____Ом (вычисленное значение)
2. Соберите схему, показанную на рисунке 4-3.
3. Используя Ваш мультиметр, измерьте общее сопротивление схемы.
Rт= ______Ом (измеренное значение)
4. Сравните Ваши вычисленное и измеренное значения и объясните возможную разницу.
Рис. 4-4.
5. Подключите источник питания 9 В к схеме (см. рис. 4-4).
6. Используя значение общего сопротивления, которое Вы подсчитали ранее, рассчитайте и запищите ожидаемый ток в цепи при приложенном напряжении 9 В. I =_____мА
7. Теперь, используя закон Ома, вычислите и запишите напряжение, падающее на каждом резисторе.
V1= _______ В
V2 = _______ В
V3= _______ В
8. Теперь вычислите и запишите сумму отдельных падений напряжения.
Vs=v1+v2+v3___В
9. Используя Ваш мультиметр, измерьте падение напряжения на каждом резисторе. Не забывайте, что Вы измеряете напряжения постоянного тока, и Вам следует прикасаться испытательными выводами мультиметра к выводам резистора в корректном направлении, чтобы получить правильные в отношении полярности показания. Заметьте полярности для падений напряжения в схеме на рисунке 4-4. Запишите Ваши измеренные падения напряжения, а затем вычислите их сумму.
V1=_____В
V2=______В
V3=____в
Vs=______В
10. Сравните Ваши измеренные и расчетные значения для падений напряжения и общего напряжения. Равна ли сумма падений ли напряжения напряжению источника? 11. Обратитесь к рисунку 4-5. Здесь показан светоизлучающий диод, который должен запитываться от источника питания 9 В. Ваша задача определить сопротивление последовательного гасящего резистора R1. В проводящем состоянии светоизлучающего диода на нем падает напряжение приблизительно 2 В. Ток величиной 15 мА требуется для обеспечения умеренной яркости. Рассчитайте сопротивление потребного последовательного гасящего резистора. Запишите это значение сопротивления. R1= ________ Ом
Рис. 4. 5.
12. Среди имеющихся в Вашей лаборатории резисторов выберите резистор с сопротивлением, ближайшим по величине к найденному Вами. Затем соберите схему, показанную на рисунке 4-5. Обеспечьте соблюдение полярности как для подключения батареи, так и для выводов светоизлучающего диода. При этом отрицательный вывод источника питания должен быть подключен к катодному выводу светодиода (этот вывод идентифицируется плоской стороной на корпусе диода). В символе светодиода стрелка является анодом, тогда как прямая черта соответствует катоду.
13. Если Вы рассчитали и выбрали корректное сопротивление резистора, должен загореться светоизлучающий диод. Измерьте падения напряжения на резисторе R1 и на светоизлучающем диоде (LED).
V1=______В
Vled=_____В
Vs=_______В
14. Равна ли сумма падений напряжения напряжению источника питания? Сравните измеренные и рассчитанные значения. Имеются ли какие-либо отличия? Объясните разницу, если таковая имеется.
ОБЗОРНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Два резистора (R1 и R2) соединены последовательно. Сопротивление R1 = 68 Ом. Общее сопротивление R = 150 Ом. Каково значение сопротивления R2?
а) 28 Ом,
б) 82 Ом,
в) 86 Ом,
г) 218 Ом.
2. В последовательной схеме падения напряжений на резисторах равны V1 = 2.5 В, V2, = 1,8 В, V3 = 3,4 В и V4 = 6, 9 В. Каково напряжение источника питания?
а) 10, 3 В,
б) 12, 1 В,
в) 12, 8 В,
г) 14, 6 В.
3. Справедливо ли высказывание: «Ток через все последовательно соединенные резисторы в схеме одинаков»?
а) да,
б) нет.
4. Лампочка напряжением 6 В потребляет ток 0, 15 А. Чтобы подключить ее к источнику питания 15В, Вам требуется последовательный гасящий резистор:
а) 33 Ом,
б) 50 Ом,
в) 60 Ом,
г) 120 Ом.
5. В последовательную цепь включены резисторы 180 Ом, 2, 7 кОм, 5, 6 кОм и 6, 8 кОм. На каком из резисторов будет наименьшее падение напряжения?
а) 180 Ом,
б) 2, 7 кОм,
в) 5, 6 кОм,
г) 6, 8 кОм.
lib.qrz.ru
Поделиться с друзьями: