Bipolar Transistor Biasing Circuits

#185: Back to Basics: Bipolar Transistor bias circuits and Beta dependence (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Bipolar Transistor Biasing Circuits

Dyskretne urządzenia półprzewodnikowe i obwody


Pytanie 1

Nie siedź tam! Zbuduj coś !!

Nauka matematycznego analizowania obwodów wymaga dużo nauki i praktyki. Zazwyczaj uczniowie ćwiczą poprzez pracę z wieloma problemami i sprawdzanie swoich odpowiedzi w porównaniu z tymi dostarczonymi przez podręcznik lub instruktora. Chociaż jest to dobre, istnieje o wiele lepszy sposób.

Dowiesz się o wiele więcej, budując i analizując rzeczywiste obwody, pozwalając swojemu sprzętowi testowemu dostarczać "odpowiedzi" zamiast książki lub innej osoby. Aby odnieść sukces w budowaniu obwodów, wykonaj następujące kroki:

  1. Dokładnie zmierz i zanotuj wszystkie wartości składowe przed budową obwodu, wybierając wartości rezystorów wystarczająco wysokie, aby uszkodzić jakiekolwiek aktywne komponenty, które są mało prawdopodobne.
  2. Narysuj schemat obwodu, który będzie analizowany.
  3. Ostrożnie zbuduj ten obwód na płytce protezowej lub innym dogodnym podłożu.
  4. Sprawdź dokładność konstrukcji obwodu, po każdym przewodzie do każdego punktu połączenia i sprawdzaj te elementy jeden po drugim na schemacie.
  5. Matematycznie przeanalizuj obwód, rozwiązując wszystkie wartości napięcia i prądu.
  6. Dokładnie zmierz wszystkie napięcia i prądy, aby zweryfikować dokładność analizy.
  7. Jeśli wystąpią jakiekolwiek istotne błędy (większe niż kilka procent), dokładnie sprawdź konstrukcję obwodu względem diagramu, a następnie dokładnie oblicz ponownie wartości i ponownie zmierz pomiar.

Kiedy uczniowie najpierw zapoznają się z urządzeniami półprzewodnikowymi i najprawdopodobniej ich uszkodzą poprzez niewłaściwe połączenia w swoich obwodach, polecam eksperymentować z dużymi komponentami o dużej mocy (diody prostownicze 1N4001, tranzystory mocy TO-220 lub TO-3) itp.), a zamiast tego korzysta się z zasilanych bateriami suchych ogniw. Zmniejsza to prawdopodobieństwo uszkodzenia podzespołów.

Jak zwykle, unikaj bardzo wysokich i bardzo niskich wartości rezystorów, aby uniknąć błędów pomiarowych spowodowanych przez "ładowanie" licznika (na wyższym końcu) i uniknąć wypalenia tranzystora (na niskim końcu). Polecam rezystory od 1 kΩ do 100 kΩ.

Jednym ze sposobów zaoszczędzenia czasu i zmniejszenia prawdopodobieństwa błędu jest rozpoczęcie od bardzo prostego obwodu i stopniowe dodawanie składników w celu zwiększenia jego złożoności po każdej analizie, zamiast budowania zupełnie nowego obwodu dla każdego problemu praktycznego. Inną techniką oszczędzającą czas jest ponowne użycie tych samych komponentów w różnych konfiguracjach obwodów. W ten sposób nie będziesz musiał zmierzyć wartości żadnego składnika więcej niż jeden raz.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwól, by elektrony same udzieliły odpowiedzi na twoje własne "problemy praktyczne"!

Uwagi:

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​studenci potrzebują wielu ćwiczeń z analizą obwodów, aby stać się biegły. W tym celu instruktorzy zwykle zapewniają swoim uczniom wiele problemów związanych z praktyką i udzielają odpowiedzi uczniom, którzy mogą sprawdzić swoją pracę. Takie podejście sprawia, że ​​uczniowie biegle posługują się teorią obwodów, ale nie potrafią ich w pełni wykształcić.

Uczniowie nie potrzebują jedynie praktyki matematycznej. Potrzebują także prawdziwych, praktycznych ćwiczeń w budowaniu obwodów i korzystaniu z urządzeń testowych. Sugeruję następujące alternatywne podejście: uczniowie powinni budować własne "problemy praktyczne" z rzeczywistymi komponentami i próbować matematycznie przewidywać różne wartości napięcia i prądu. W ten sposób teoria matematyczna "ożywa", a uczniowie zyskują praktyczną biegłość, której nie zyskaliby jedynie przez rozwiązywanie równań.

Innym powodem zastosowania tej metody jest nauczenie studentów metody naukowej : proces testowania hipotezy (w tym przypadku matematycznych przewidywań) poprzez przeprowadzenie prawdziwego eksperymentu. Uczniowie będą również rozwijać prawdziwe umiejętności rozwiązywania problemów, ponieważ czasami popełniają błędy konstrukcyjne obwodu.

Spędź kilka chwil ze swoją klasą, aby zapoznać się z niektórymi "zasadami" budowania obwodów przed ich rozpoczęciem. Porozmawiaj o tych problemach ze swoimi uczniami w taki sam sposób, w jaki zwykle omawiasz pytania z arkusza roboczego, zamiast po prostu mówić im, czego powinni i czego nie powinni robić. Nigdy nie przestaje mnie dziwić, jak słabo studenci chwytają instrukcje, gdy są prezentowane w typowym wykładzie (monolog instruktorski)!

Uwaga dla instruktorów, którzy mogą narzekać na "zmarnowany" czas wymagany do tego, aby uczniowie zbudowali rzeczywiste obwody zamiast tylko matematycznej analizy obwodów teoretycznych:

Jaki jest cel studentów, którzy biorą udział w kursie "itemsheetpanel panel-default" itemscope>

pytanie 2

Wypełnij tabelę napięć wyjściowych dla kilku podanych wartości napięcia wejściowego w obwodzie wzmacniacza wspólnego kolektora. Załóżmy, że tranzystor jest standardową krzemową jednostką NPN, o nominalnym napięciu przednim złącza podstawy 0, 7 wolta:

V wV na zewnątrz
0, 0 V
0, 5 V
1, 0 V
1, 5 V
5, 0 V
7, 8 V

Na podstawie obliczonych wartości wyjaśnij, dlaczego konfiguracja obwodu wspólnego kolektora jest często nazywana obserwatorem nadajnika .

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V wV na zewnątrz
0, 0 V0, 0 V
0, 5 V0, 0 V
1, 0 V0, 3 V
1, 5 V0, 8 V
5, 0 V4, 3 V
7, 8 V7.1 V

Napięcie na końcówce emitera tranzystora w przybliżeniu "podąża" za napięciem przyłożonym do terminala bazowego, stąd nazwa.

Uwagi:

Początkowo obwód tranzystora "emitter follower" może wydawać się bezcelowy, ponieważ napięcie wyjściowe jest praktycznie równe napięciu wejściowemu (szczególnie dla napięć wejściowych znacznie przekraczających 0, 7 V DC). "To, co możliwe, to taki obwód, jak ten" panel z panelem roboczym "- domyślnie" itemscope "

pytanie 3

Opisz, jakie będzie napięcie wyjściowe tego obwodu tranzystora (mierzone w odniesieniu do masy), jeśli wycieraczka potencjometru rozpoczyna się w pozycji całkowicie w dół (wspólne z uziemieniem) i powoli przesuwa się w kierunku do góry (bliżej + V) :

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V- out wzrośnie, od 0 woltów do około 9, 3 woltów (zakładając tranzystor krzemowy o nominalnym spadku napięcia podstawy emiter 0, 7 wolta), ponieważ wycieraczka potencjometru jest przesuwana bliżej + V.

Pytanie uzupełniające: na podstawie tego wyniku, czy byłbyś skłonny nazwać ten wzmacniacz odwracającym się lub nieodwracającym obwodem "uwagi ukryte"> Uwagi:

Chociaż ten obwód jest bardzo prosty, jest również bardzo ważny do opanowania. Pamiętaj, aby dokładnie omówić jego działanie ze swoimi uczniami, aby zrozumieli.

Pytanie 4

Opisz napięcie wyjściowe tego obwodu tranzystora (mierzone w odniesieniu do masy), jeżeli napięcie wejściowe zmienia się od 0 V do -10 V (mierzone względem masy):

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Podchwytliwe pytanie! V OUT pozostanie na 0 wolt przez cały czas.

Uwagi:

To może nie być wynik, którego oczekują wielu studentów! Ważne jest jednak, aby zrozumieli znaczenie polaryzacji w obwodach tranzystorowych. Ten przykład powinien wyraźnie to wyjaśnić.

Pytanie 5

Gdybyśmy zastosowali sinusoidalny sygnał AC do wejścia tego obwodu wzmacniacza tranzystorowego, wyjście z pewnością nie będzie sinusoidalne:

Powinno być oczywiste, że tylko fragmenty wejścia są odtwarzane na wyjściu tego obwodu. Reszta kształtu fali wydaje się być "brakująca", zastąpiona przez płaską linię. Wyjaśnij, dlaczego ten obwód tranzystora nie jest w stanie wzmocnić całego przebiegu.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Tranzystory są zasadniczo urządzeniami stałoprądowymi, a nie urządzeniami prądu przemiennego. Rozważ węzeł PN-emiter, do którego wysyłany jest sygnał wejściowy: może on przewodzić tylko w jednym kierunku (pozytywna baza i ujemna emitancja).

Uwagi:

Czasami pomocne jest dla uczniów ponowne narysowanie obwodu za pomocą modelu tranzystora pokazującego złącze bazy-emiter jako diodę. Jeśli uważasz, że ten model pomoże niektórym twoim uczniom zrozumieć tę koncepcję, niech inny uczeń narysuje model tranzystora na tablicy i użyje tego rysunku jako pomocy w dyskusji. Podobnie jak każde złącze PN, połączenie bazy-emiter BJT "chce" tylko przewodzić prąd w jednym kierunku.

Pytanie 6

Operację klasy A można uzyskać z tego prostego obwodu tranzystora, jeśli napięcie wejściowe (V in ) jest "tendencyjne" z szeregowo podłączonym źródłem napięcia DC:

Najpierw określ operację wzmacniacza "klasy A". Następnie wyjaśnij, dlaczego dla tego tranzystora wymagane jest przesunięcie, aby to osiągnąć.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Operacja wzmacniacza "klasy A" ma miejsce, gdy tranzystor pozostaje w swoim "aktywnym" trybie (przewodzącym prąd) w całym przebiegu. Biasing może być uważany za rodzaj "sztuczki" używanej do uzyskania tranzystora (urządzenia DC), aby "myśleć", że wzmacnia DC, gdy sygnał wejściowy jest naprawdę AC.

Uwagi:

Może to być "sztuczka", ale bardzo przydatna i bardzo popularna "sztuczka"! Przedyskutuj tę koncepcję ze swoimi uczniami, mając pewność, że mają wystarczająco dużo czasu i okazji, by zadać własne pytania.

Jednym z pytań, które mogą się pojawić, jest "ile napięcia polaryzacji napięcia stałego jest konieczne" panel panelu roboczego - domyślnie "itemscope"

Pytanie 7

Wyjaśnij, jak działają następujące sieci stronniczości:

Każdy ma ten sam podstawowy cel, ale działa w inny sposób, aby go osiągnąć. Opisz cel jakiejkolwiek sieci przesyłu sygnału w wzmacniaczu sygnału AC i skomentuj różne sposoby osiągnięcia tego celu, wykorzystywane przez każdy z trzech obwodów.

Wskazówka: wyobraź sobie, że źródło sygnału AC w ​​każdym obwodzie zostało wyłączone (zastąpione skrótem). Wyjaśnij, w jaki sposób każda sieć odchylająca utrzymuje tranzystor częściowo w stanie "włączonym", nawet bez sygnału wejściowego AC.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Celem jakiejkolwiek sieci odchylającej w wzmacniaczu sygnału AC jest zapewnienie wystarczającego prądu spoczynkowego przez podstawę, aby utrzymać tranzystor pomiędzy ekstremami odcięcia i nasycenia w całym przebiegu sygnału wejściowego.

Uwagi:

Wszystkie trzy techniki odchylania są powszechnie stosowane w obwodach wzmacniaczy tranzystorowych, więc każdy uczeń powinien je dobrze zrozumieć. W każdym przypadku, rezystory dostarczają "strużkę" prądu przez podstawę tranzystora, aby utrzymać ją częściowo "włączoną" przez cały czas.

Jednym z ćwiczeń, jakie możesz wykonać swoim uczniom, jest wejście na planszę przed pokojem i narysowanie przykładu tego obwodu, wtedy każdy może odnieść się do narysowanego obrazu podczas omawiania charakterystyki obwodu.

Pytanie 8

Opisz, jakie będzie napięcie wyjściowe tego obwodu tranzystora (mierzone w odniesieniu do masy), jeśli wycieraczka potencjometru rozpoczyna się w pozycji całkowicie w dół (wspólne z uziemieniem) i powoli przesuwa się w kierunku do góry (bliżej + V) :

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V- out zmniejsza się, od +10 V do prawie zera V, ponieważ wycieraczka potencjometru jest przesuwana bliżej + V.

Pytanie uzupełniające: na podstawie tego wyniku, czy byłbyś skłonny nazwać ten wzmacniacz odwracającym się lub nieodwracającym obwodem "uwagi ukryte"> Uwagi:

Chociaż ten obwód jest bardzo prosty, jest również bardzo ważny do opanowania. Pamiętaj, aby dokładnie omówić jego działanie ze swoimi uczniami, aby zrozumieli.

Pytanie 9

Gdybyśmy zastosowali sinusoidalny sygnał AC do wejścia tego obwodu wzmacniacza tranzystorowego, wyjście z pewnością nie będzie sinusoidalne:

Powinno być oczywistym, że tylko części wejścia są wzmacniane w tym obwodzie. Reszta kształtu fali wydaje się być "brakująca" na wyjściu, zastąpiona przez płaską linię. Wyjaśnij, dlaczego ten obwód tranzystora nie jest w stanie wzmocnić całego przebiegu.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Tranzystory są zasadniczo urządzeniami stałoprądowymi, a nie urządzeniami prądu przemiennego. Rozważ węzeł PN-emiter, do którego wysyłany jest sygnał wejściowy: może on przewodzić tylko w jednym kierunku (pozytywna baza i ujemna emitancja).

Uwagi:

Czasami pomocne jest dla uczniów ponowne narysowanie obwodu za pomocą modelu tranzystora pokazującego złącze bazy-emiter jako diodę. Jeśli uważasz, że ten model pomoże niektórym twoim uczniom zrozumieć tę koncepcję, niech inny uczeń narysuje model tranzystora na tablicy i użyje tego rysunku jako pomocy w dyskusji. Podobnie jak każde złącze PN, połączenie bazy-emiter BJT "chce" tylko przewodzić prąd w jednym kierunku.

Pytanie 10

Operację klasy A można uzyskać z tego prostego obwodu tranzystora, jeśli napięcie wejściowe (V in ) jest "tendencyjne" z szeregowo podłączonym źródłem napięcia DC:

Najpierw określ operację wzmacniacza "klasy A". Następnie wyjaśnij, dlaczego dla tego tranzystora wymagane jest przesunięcie, aby to osiągnąć.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Operacja wzmacniacza "klasy A" ma miejsce, gdy tranzystor pozostaje w swoim "aktywnym" trybie (przewodzącym prąd) w całym przebiegu. Biasing może być uważany za rodzaj "sztuczki" używanej do uzyskania tranzystora (urządzenia DC), aby "myśleć", że wzmacnia DC, gdy sygnał wejściowy jest naprawdę AC.

Uwagi:

Może to być "sztuczka", ale bardzo przydatna i bardzo popularna "sztuczka"! Przedyskutuj tę koncepcję ze swoimi uczniami, mając pewność, że mają wystarczająco dużo czasu i okazji, by zadać własne pytania.

Jednym z pytań, które mogą się pojawić, jest "ile napięcia polaryzacji napięcia stałego jest konieczne" panel panelu roboczego - domyślnie "itemscope"

Pytanie 11

Wyjaśnij, jak działają następujące sieci stronniczości:

Każdy ma ten sam podstawowy cel, ale działa w inny sposób, aby go osiągnąć. Opisz cel jakiejkolwiek sieci przesyłu sygnału w wzmacniaczu sygnału AC i skomentuj różne sposoby osiągnięcia tego celu, wykorzystywane przez każdy z trzech obwodów.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Celem jakiejkolwiek sieci odchylającej w wzmacniaczu sygnału AC jest zapewnienie wystarczającego prądu spoczynkowego przez podstawę, aby utrzymać tranzystor pomiędzy ekstremami odcięcia i nasycenia w całym przebiegu sygnału wejściowego.

Uwagi:

Wszystkie trzy techniki odchylania są powszechnie stosowane w obwodach wzmacniaczy tranzystorowych, więc każdy uczeń powinien je dobrze zrozumieć. W każdym przypadku, rezystory dostarczają "strużkę" prądu przez podstawę tranzystora, aby utrzymać ją częściowo "włączoną" przez cały czas.

Pytanie 12

Bardzo powszechną metodą dostarczania napięcia polaryzacji dla obwodów wzmacniacza tranzystorowego jest z dzielnikiem napięcia:

Jednakże, gdybyśmy mieli bezpośrednio podłączyć źródło napięcia sygnału AC do złącza między dwoma rezystorami dzielnika napięcia, obwód najprawdopodobniej działałby tak, jakby w ogóle nie było sieci dzielnika napięcia:

Zamiast tego projektanci obwodów zwykle umieszczają kondensator sprzęgający między źródłem sygnału a złączem dzielnika napięcia, jak poniżej:

Wyjaśnij, dlaczego kondensator sprzęgający jest niezbędny do umożliwienia działania dzielnika napięcia w harmonii ze źródłem sygnału AC. Ustal również, jakie czynniki byłyby istotne przy decydowaniu o wielkości tego kondensatora sprzęgającego.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Bardzo dobrym sposobem zrozumienia wpływu źródła prądu przemiennego na dzielnik napięcia z kondensatorem i bez niego jest zastosowanie twierdzenia o superpozycji w celu określenia, co każde źródło (sygnał AC i zasilanie prądem stałym) wykona osobno.

Jeśli ta koncepcja nadal nie jest jasna, należy rozważyć ten obwód:

Jeśli chodzi o rozmiar kondensatora, powinien on być wystarczająco duży, aby jego reaktancja była znikoma. Pozwolę ci określić, jakie czynniki definiują nieistotność w tym kontekście!

Pytanie uzupełniające: jakie źródło napięcia (AC lub DC "uwagi ukryte"> Uwagi:

Wielu początkujących studentów doświadcza trudności w zrozumieniu przeznaczenia kondensatora sprzęgającego, a ogólnie wzmacniacza tranzystorowego. Koniecznie poświęć dużo czasu na omówienie zasady tego obwodu, ponieważ jest on bardzo powszechny w obwodach tranzystorowych.

Pytanie 13

Wyjaśnij, w jaki sposób jest możliwe, aby usterka obwodu wzmacniającego wzmacniacza tranzystorowego całkowicie zniszczyła wyjście (AC) tego wzmacniacza. Jak i dlaczego przesunięcie napięcia polaryzacji prądu stałego może wpływać na wzmocnienie sygnału AC?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli napięcie polaryzacji DC przesuwa się wystarczająco daleko od normalnych (spoczynkowych) poziomów, tranzystor może zostać zmuszony do nasycenia lub odcięcia, aby nie mógł odtworzyć sygnału AC.

Uwagi:

To pytanie prosi studentów o zbadanie możliwości całkowitej awarii sygnału AC z powodu prostej zmiany nastawienia prądu stałego, w oparciu o ich wiedzę na temat działania wzmacniaczy tranzystorowych. Może wydawać się paradoksalne, że taka "mała" usterka może mieć tak duży wpływ na obwód wzmacniacza, ale powinno to mieć sens, gdy uczniowie zrozumieją, jak ważne jest nastawienie do wzmacniacza klasy A.

Pytanie 14

Student buduje następujący obwód i łączy oscyloskop z jego wyjściem:

Krzywa wyświetlana na ekranie oscyloskopu wygląda następująco:

Zdecydowanie nie jest to operacja klasy A! Podejrzewając problem z przebiegiem wejściowym, uczeń odłącza sondę oscyloskopową od wyjścia wzmacniacza i przenosi ją na zacisk wejściowy wzmacniacza. Widoczny jest następujący przebieg:

W jaki sposób obwód wzmacniacza może generować tak zniekształcony sygnał wyjściowy z tak czystym przebiegiem wejściowym "# 14"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Napięcie polaryzacji prądu stałego (odchylenie napięcia stałego) jest nadmierne.

Uwagi:

Zapytaj uczniów, w jaki sposób mogą odróżnić nadmierne przesunięcie i niewystarczające odchylenie, sprawdzając przebieg wyjściowy. Widać różnicę, ale wymaga to dobrego zrozumienia działania obwodu! Studenci mogą mieć ochotę po prostu zapamiętać przebiegi ("kiedy widzę ten rodzaj fali, wiem, że problemem jest nadmierne odchylenie …"), więc przygotujcie się, by rzucić wyzwanie ich zrozumieniu z pytaniami takimi jak:

Jaka biegunowość sygnału wejściowego napędza tranzystor w kierunku odcięcia?
Jaka polaryzacja sygnału wejściowego napędza tranzystor w kierunku nasycenia?
Gdzie na przebiegu wyjściowym jest tranzystor w odcięciu (jeśli w ogóle)?
Gdzie na wyjściu fali jest nasycenie tranzystora (jeśli w ogóle)?
Gdzie na przebiegu wyjściowym jest tranzystor w trybie aktywnym?

Kolejny punkt, o którym warto wspomnieć: niektórzy uczniowie mogą być zdezorientowani przez fazowanie przebiegów wejściowych i wyjściowych, porównując dwa różne wyświetlacze oscyloskopowe. W przypadku wzmacniacza wspólnego (nadajnika) takiego jak ten, spodziewany jest szczyt napięcia wyjściowego dodatni, gdy wartości szczytowe napięcia wejściowego są ujemne, i odwrotnie, ale tutaj dwa wyświetlacze oscyloskopu wykazują dodatnie szczyty występujące tuż obok lewego ręka po stronie ekranu. Dlaczego to? Ponieważ oscyloskop nie reprezentuje fazy, chyba że znajduje się w trybie podwójnego śledzenia! Gdy odłączysz sondę wejściową i przeniesiesz ją do innego punktu w obwodzie, utracisz odniesienie do czasu, funkcja wyzwalania oscyloskopu umieści pierwszy szczyt fali dokładnie w miejscu, w którym go opublikujesz, zwykle w pobliżu lewej strony wyświetlacza.

Pytanie 15

Załóżmy, że budujesz wzmacniacz tranzystorowy klasy A do wykorzystania częstotliwości audio, ale nie masz dostępnego oscyloskopu do sprawdzenia przebiegu wyjściowego pod kątem obecności "obcinania" spowodowanego niewłaściwym ustawianiem. Masz jednak parę słuchawek audio, których możesz używać do słuchania sygnałów.

Wyjaśnij, jak użyć pary słuchawek, aby sprawdzić obecność silnych zniekształceń w kształcie fali.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Ustaw generator sygnału na "falę sinusoidalną", a różnica brzmieniowa między czystą falą sinusoidalną a zniekształconą ("obciętą") falą sinusoidalną będzie bardzo wyraźna.

Uwagi:

Odpowiedź, jakiej potrzebuję na to pytanie, to nie tylko papugowanie odpowiedzi, którą dałem. Każdy może powiedzieć, że zniekształcona fala będzie brzmiała inaczej. "Chcę wiedzieć, jak to brzmi inaczej, a ta odpowiedź może przyjść jedynie poprzez bezpośrednie eksperymentowanie!

Pytanie 16

Oblicz przybliżony prąd spoczynkowy (DC) dla tego obwodu tranzystora, przyjmując napięcie wejściowe AC 0 woltów i tranzystor krzemowy:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

I B = 38, 3 μA

Uwagi:

Obwód został celowo narysowany w skomplikowany sposób, aby zmusić uczniów do określenia swojej konfiguracji poza standardowym układem. Wiele osób nie ma umiejętności rozumowania przestrzennego, aby to zrobić łatwo i wymaga wielu ćwiczeń, zanim staną się biegli. Zapytaj swoich bardziej doświadczonych uczniów, czy mają jakieś "wskazówki", aby pomóc tym, którzy zmagają się z takimi problemami. Czy są jakieś proste metody, których możemy użyć do ponownego narysowania tego obwodu w łatwiejszej do zrozumienia formie "worksheetpanel panel panel-default" itemscope>

Pytanie 17

Oblicz napięcie wycieraczek potencjometru ( odchylenie V) wymagane do utrzymania tranzystora w prawo na progu między trybem odcięcia a trybem aktywnym. Następnie obliczyć napięcie wejściowe wymagane do napędu tranzystora w prawo do progu między trybem aktywnym i nasyceniem. Przyjmij idealne zachowanie tranzystora krzemowego, ze stałym β 100:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Na progu między odcięciem a trybem aktywnym odchylenie V = -0, 7 wolta

Na progu między trybem aktywnym a nasyceniem odchylenie V = -1.72 woltów (przy założeniu 0 V V przy saturacji)

Pytanie uzupełniające: jeśli używaliśmy potencjometru do ustalenia napięcia polaryzacji dla sygnału prądu przemiennego, jaka wartość napięcia polaryzacji napięcia stałego spowodowałaby umieszczenie tranzystora bezpośrednio pomiędzy tymi dwoma skrajnościami działania (odcięcie względem nasycenia), tak aby umożliwić AC sygnał wejściowy do "wahania" jest równy dodatni i ujemny przy granicy zniekształceń "uwagi ukryte"> Uwagi:

Jeśli twoi uczniowie mają problemy z analizowaniem tego obwodu, poproś ich, aby zaczęli od obliczenia prądów tranzystorowych na progach odcięcia i nasycenia.

Matematyczne sztuczki, które okazały się pomocne przez lata dla znalezienia punktu środkowego pomiędzy dwiema wartościami, to dodanie dwóch wartości razem, a następnie podzielenie przez dwa. Rzuć jednak wyzwanie swoim uczniom, aby użyli innych metod obliczania tej wartości punktu środkowego.

Pytanie 18

Podczas wkładania kondensatora sprzęgającego sygnał do sieci polaryzacji dla tego wzmacniacza tranzystorowego, w jaki sposób powinien iść (spolaryzowany) kondensator? (Podpowiedź: źródło sygnału AC wyprowadza czysty prąd przemienny z uśrednioną w czasie wartością prądu stałego 0 woltów).

Wyjaśnij, dlaczego orientacja tego kondensatora ma znaczenie, a co może się stać, jeśli jest źle połączona.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Łatwo jest przeoczyć szczegóły, w których biegunowość zasilacza jest "zacofana" z tego, co zwykle widziane (ujemne zamiast dodatnie). Właściwie to jestem zaskoczony tym, jak wiele podręczników wprowadzających ma nieprawidłowy sposób podłączenia kondensatora sprzęgającego, więc należy się spodziewać, że niektórzy uczniowie mogą zostać zdezorientowani, badając ich teksty pod kątem odpowiedzi!

Pytanie 19

Opisz, w jaki sposób w tym obwodzie wzmacniacza słuchawkowego dokonuje się właściwego ustawiania czułości (odpowiednie do wzmocnienia wyjścia audio małego radia):

Opisz również funkcje potencjometru 10 kΩ i kondensatora 22 μF.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Biasing odbywa się za pomocą rezystora 100 kΩ. Potencjometr 10 kΩ jest regulatorem głośności, a kondensator 22 μF służy do "sprzęgania" sygnału wejściowego z bazą tranzystora, podczas gdy blokowanie napięcia polaryzacji prądu stałego nie jest "podawane z powrotem" do źródła sygnału audio.

Pytanie dotyczące wyzwania: istnieje nazwa używana do opisania konfiguracji dwóch tranzystorów używanych w tym obwodzie, gdzie para tranzystorów PNP lub NPN jest kaskadowana, a emiter jednego przechodzi do podstawy drugiego. Jaka jest ta nazwa i jaką zaletę zapewnia ta konfiguracja na jeden tranzystor "uwagi ukryte"> Uwagi:

Obwód ten jest na tyle prosty, że można go zmontować i przetestować w godzinę lub dwie na bezlutowej płytce prototypowej. Byłby to świetny eksperyment laboratoryjny i może być wykorzystywany przez uczniów spoza klasy!

Pytanie 20

Następujący obwód jest trójkanałowym obwodem miksera audio, używanym do mieszania i wzmacniania trzech różnych sygnałów audio (pochodzących z mikrofonów lub innych źródeł sygnału):

Załóżmy, że zmierzono sinusoidalne napięcie 9 kHz o wartości 0, 5 wolta (szczyt) w punkcie Ą na schemacie, używając oscyloskopu. Określ napięcie w punkcie "B" w obwodzie, po tym, jak napięcie sygnału przemiennego "przechodzi przez" sieć odchylającą dzielnika napięcia.

Napięcie w punkcie "B" będzie mieszanką prądu zmiennego i stałego, więc należy wyrazić obie wielkości! Zignoruj ​​wszelkie "ładujące" efekty prądu podstawowego tranzystora na dzielniku napięcia.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V B = 1, 318 VDC + 0, 5 VAC (pik)

Uwagi:

Zapytaj uczniów, jaki jest cel zastosowania kondensatora 47 μF. Ponieważ jego obecność nie tłumi wyraźnie sygnału AC w ​​punkcie "A" (całe 0, 5 V prądu przemiennego dochodząc do punktu B), dlaczego nie zastąpić go prostym kawałkiem drutu "panelem roboczym panelu panel-domyślny" itemscope>

Pytanie 21

Wyjaśnij, co należy rozumieć pod pojęciem "działanie wzmacniacza klasy A". Co oznacza, że ​​dany obwód wzmacniacza działa w trybie "Klasa-A"?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Operacja wzmacniacza "klasy A" oznacza, że ​​tranzystor końcowy (moc) powiela cały kształt fali sygnału wejściowego, a nie tylko jego część.

Uwagi:

Naturalne pytanie następujące po tym pytaniu brzmi: "Jakie są inne klasy operacji?" Byłby to doskonały czas na podgląd operacji klasy B (push-pull) i klasy C, jeśli pozwala na to czas.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →