Как построить нагрузочную прямую биполярного транзистора

Построение нагрузочной прямой по постоянному току

Уравнение нагрузочной прямой при выборе схемы включения биполярного транзистора.

Нагрузочную прямую строим по двум точкам:

1) при I_к=0 и U_кэ=E_п= 12 В

2) при U_кэ=0 и

Рабочая точка (т.РТ) выбирается в точке пересечения нагрузочной прямой с выходной характеристикой.

Для определения параметров покоя построим также входную характеристику транзистора.

Параметры режима покоя:

U_кэрт=2,5 В

I_крт=25 мА

I_брт= 0,075 мА

U_бэрт= 0,63В

I_эрт= I_крт+ I_брт= 25·10- 3 +0,075·10- 3 =25,075 мА

Расчет делителя в цепи базы

Рассчитаем сопротивления делителя R_Б1, R_Б2 в цепи базы. Чем больше будет сквозной ток делителя I_Д = E/(R_Б1 + R_Б2), тем стабильнее будет режим работы при замене транзистора и изменении температуры окружающей среды, но тем больше будет ток, потребляемый каскадом от источника питания, поэтому сквозной ток делителя выбирают из компромиссных соображений. Сквозной ток делителя выбираем из условия I_д= (310) I_{б рт.}

Выберем ток делителя , протекающий через, из условия:; Пусть , тогда

Согласно закону Ома, сопротивление резистора:

(номинал R_Б2 = 2,4кОм ± 5%)

Рассчитаем сопротивление резистора R_Б1:

(номинал R_Б1 = 8,2кОм ± 5%)

Определение h-параметров транзистора по статическим характеристикам

По статическим характеристикам транзистора можно определить три из четырех h-параметров: входное сопротивление h_11Э, статический коэффициент передачи тока базы транзистора h_21Э и выходную проводимость h_22Э.

1) Входное сопротивление при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора:

2) Статический коэффициент передачи тока базы транзистора при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора

определяют по выходным характеристикам транзистора. Для нахождения параметра h21_Э необходимо задать приращение тока базы ДI_Б и определить соответствующее приращение тока коллектора ДI_К.

3) Выходная проводимость в режиме холостого хода на входе транзистора определяют также как и параметр h_21Э по выходным характеристикам транзистора. Для нахождения параметра h_22Э необходимо задать приращение напряжения коллектор-эмиттер ДU_КЭ и определить соответствующее приращение тока коллектора ДI_К.

4) Коэффициент обратной связи по напряжению, измеряемый при холостом ходе на входе транзистора о приводимым в справочниках статическим характеристикам определить невозможно. Для всех типов биполярных транзисторов и рабочих точек принято(I_к, I_к,U_бэ, U_кэ — приращения, взятые симметрично относительно рабочей точки РТ).

Расчет параметров элементов схемы замещения транзистора

1) Емкость коллекторного перехода при напряжении коллектор — база U_КБ =U_{КБ рт}:

U_{КБ рт} = E — I_{К рт}R_К — (I_{К рт} +I_{Б рт}) R_Э — U_{БЭ рт}

2) Выходное сопротивление транзистора:

3) Сопротивление коллекторного перехода транзистора:

4) Сопротивление эмиттерного перехода транзистора для тока эмиттера:

5) Сопротивление эмиттерного перехода транзистора для тока базы:

6) Сопротивление базы транзистора:

7) Диффузионная емкость эмиттерного перехода:

где f_гр — граничная частота коэффициента передачи тока — частота, на которой модуль коэффициента передачи тока базы в схеме с общим эмиттером |h_21Э| = 1 (для граничной частоты часто используется международное обозначение f_т),

f_изм — частота, на которой измерен модуль коэффициента передачи тока базы |h_21Э|.

Значения |h_21Э| и f_изм берётся из справочника, причем значение f_изм — из той же строки справочника, что и |h_21Э| (колонка «Режимы измерения»).

Как нагрузочная прямая используется в проектировании схем

В этом учебном пособии будет описано, как нагрузочная прямая влияет на проектирование схемы, и как анализировать работу схемы, выбирая нагрузку по вольт-амперной характеристике.

Анализ цепей с выпрямительными диодами, светодиодами и транзисторами

Цепи, которые содержат нелинейные компоненты, такие как выпрямительные диоды, светодиоды или транзисторы, не могут быть всесторонне проанализированы с использованием методов, которые мы обычно применяем к цепям, состоящим только из резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов.

Например, в следующей схеме мы не можем точно рассчитать напряжение на диоде, объединив два резистора в R_экв, и затем применив закон Ома.

Рисунок 1 – Пример диодной схемы

В таких случаях мы можем выполнить необходимый анализ, нарисовав диаграмму, состоящую из нагрузочной прямой и вольт-амперной характеристики нелинейного устройства.

Чтобы создать эту диаграмму, нам сначала нужно знать зависимость между током и напряжением нелинейного устройства. Эта информация может быть получена из технического описания устройства, или мы можем использовать кривые, которые представляют типовое поведение устройств, которые относятся к обобщенной категории, которая нас интересует, – например, стандартные кремниевые диоды или низковольтные NPN-транзисторы.

Затем мы создаем нагрузочную прямую на основе ограничений, налагаемых другими элементами схемы.

Создание нагрузочной прямой по вольт-амперной характеристике диода

В диодной схеме, показанной выше, мы знаем, что напряжение на диоде не может быть выше, чем напряжение питания V_пит. Мы также знаем, что ток через диод не может быть выше, чем V_пит/R_экв, потому что ток цепи ограничен этим значением резисторов; диод может оказывать дополнительное сопротивление току и, следовательно, создавать значение ниже, чем V_пит/R_экв, но он не может увеличить ток выше уровня, установленного резисторами.

Таким образом, мы имеем ограничение как для падения напряжения на диоде, так и для тока, протекающего через диод. Все точки, лежащие на прямой линии между этими двумя ограничениями, представляют все возможные комбинации тока и напряжения, которые возможны в ограничивающей обстановке, создаваемой линейными элементами цепи.

Рисунок 2 – График, показывающий пересечение нагрузочной прямой и ВАХ диода

Эта прямая линия – это то, что мы называем нагрузочной прямой.

Только одна из этих точек соответствует сочетанию тока и напряжения, которое возможно при электрическом поведении диода, которое описывается «диодным уравнением». Мы находим эту точку, отмечая пересечение нагрузочной прямой и кривой вольт-амперной характеристики диода, как показано выше. Точка пересечения соответствует рабочей точке цепи.

Заключение

Что вам нужно узнать о нагрузочных прямых? Поделитесь своими вопросами в комментариях ниже.

Как построить нагрузочную прямую биполярного транзистора

кинопортал

Похожие материалы

• Конденсаторы: назначение, характеристики, виды. Примеры использования
• Светодиоды
• Система управления и противопомпажного регулирования фирмы "ССС"
• Катушки индуктивности: назначение, характеристики, виды. Примеры использования
• Резисторы. Назначение, виды, характеристики. Примеры использования
• Оборудование КИПиА БПТПГ, БРГ
• Назначение системы управления и противопомпажного регулирования SERIES 4, структура и реализуемые функции, СОСТАВ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ САР SERIES4
• Автоматизированные системы управления ГПА
• Система автоматического регулирования Series-4
• Алгоритм запуска ГПА-Ц-16
• ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЩИЙ АГРЕГАТ ГПА-Ц-16
• Биполярные транзисторы. Назначение, виды, характеристики
• Стабилитроны
• Противопомпажное регулирование
• Выпрямительные диоды. Назначение, характеристики, виды
• Алгоритмы управления агрегатом ГПА-Ц-16
• Исполнительные механизмы (ДУС, СУДТ-7, АПК «Моквелд») ГПА-Ц-16-18
• Метрология. Основные термины и понятия.
• Оборудование КИПиА блока автоматики и блока маслоагрегатов ГПА-Ц-16
• Двоичные и шестнадцатеричные системы счисления. Основы алгебры и логики. Триггеры, виды триггеров.

Биполярные транзисторы. Назначение, виды, характеристики

Транзисторы предназначены для решения задач усиления и переключения электрических сигналов. Время бурного развития транзисторов – 50 – 80 годы прошлого столетия. В настоящее время следует признать, что транзисторы как отдельные компоненты используются в схемах не так часто. Массово они применяются только внутри интегральных схем.

Различают транзисторы двух видов: биполярные и униполярные (полевые).

В биполярных транзисторах в создании токов участвуют как электроны (отрицательно заряженные частицы), так и дырки (положительно заряженные частицы). Отсюда название вида транзисторов.

Биполярные транзисторы устроены сложнее полупроводниковых диодов, они имеют два pn-перехода и три вывода, называемых база, эмиттер и коллектор. Различают два вида БТ: NPN и PNP.

Устройство, особенности и схемотехнику будем рассматривать на при-мере NPN-транзисторов – наиболее используемых в современной практике, для PNP-транзисторов рассуждения аналогичны и различия заключаются толь-ко в подключении питающих напряжений.

Устройство и принцип действия биполярных транзисторов

Устройство и принцип действия NPN-транзисторов показаны на рисунке 2.19.

NPN-транзистор имеет три микроэлектронные области: две – с N-проводимостью и одну – с P – проводимостью. Каждая область имеет вывод с указанными на рисунке названиями.

Структуру NPN-БТ можно также представить в уже более понятных обозначениях: как два диода, соединённых анодами в области базы.

На рисунке 2.20 показан наиболее распространённый способ использования биполярных транзисторов, когда на базу и коллектор подаются положительные (+) потенциалы по отношению к эмиттеру. При этом положительный потенциал коллектора выше потенциала базы! Другими словами, коллекторный pn-переход смещён в обратном направлении (смотрите, коллекторный диод формально закрыт), а базовый – в прямом.

При этом если в базу задать ток, то в силу структурной особенности кристалла биполярного транзистора, этот базовый ток Iб будет «подсасывать» из коллекторной области электроны и формировать коллекторный ток

где β> 1 называется коэффициентом усиления тока базы.

Типовые паспортные значения β = 20÷500. Ток эмиттера, таким образом, в соответствии с первым законом Кирхгофа

Линейный режим работы биполярных транзисторов

В линейном режиме работы биполярный транзистор усиливает входные сигналы.

Простейшие транзисторные схемы, с помощью которых можно усиливать малые напряжения показаны на рисунке 2.21. Схемы такой конфигурации принято называть схемами (каскадами) с общим эмиттером (схемы ОЭ), т.к. один из выводов БТ – эмиттер, используется для формирования как входного, так и выходного сигнала – является общим для них. Поясним работу такого усилителя.

Пусть усиливаемый сигнал – переменное синусоидальное напряжение, которое подаётся на вход схемы общего эмиттера. Усиленный сигнал снимается с выхода схемы ОЭ. Усиленный сигнал имеет ту же форму синусоиды, но следует в противофазе с входным: когда входная синусоида возрастает, выходная синусоида спадает.

Основная характеристика усилителя – коэффициент усиления входного напряжения, который рассчитывается как

где r_э – сопротивление эмиттера. Сопротивление эмиттера можно подсчитать по формуле:

где k — постоянная Больцмана,

Т – температура в кельвинах,

q – заряд электрона.

При температуре +25ºС (300 К) ϕт = 26 мВ.

1. Существует графический способ оценки r_э. Для этого требуется знание входной вольт-амперной характеристики выбранного биполярного транзистора;
2. Коэффициент усиления сигнала по напряжению, как видно из формулы, зависит от температуры. В том случае, когда диапазон работы усилительной схемы широк, применяют чуть более сложные модификации схемы объединенных эмиттеров, более устойчивые к изменению температуры.

Следует иметь в виду, что выражение для К_ус приблизительное и оно будет тем более справедливо, чем больше β, хорошо, если β >100.

Расчёт схемы ОЭ по постоянному току

На этом этапе нам необходимо рассчитать значения R1и R2, которые задают режим по постоянному току, а R2кроме того входит в выражение для К_ус.

Работа биполярного транзистора описывается входными и выходными характеристиками (показано на рисунке 2.22). Входная характеристика I_б=ʄ(U_э), как и следовало ожидать, аналогична характеристике п/п диода. Однако у транзистора поведение этой характеристики зависит (несильно) ещё и от напряжения U_кэ. Поэтому в технических описаниях на выбранный транзистор даются семейства входных характеристик, где параметром является U_кэ. Выходная характеристика ‒ также семейство зависимостей типа I_к= ʄ (U_кэ), параметром для которых является базовый ток I_б.

Оба семейства имеют принципиально нелинейное поведение, однако, это не мешает их использовать для режима линейного усиления. Для этого надо построить нагрузочную прямую на выходном семействе, рассчитать положение на ней рабочей точки (РТ) и определить из графика начальный ток базы.

Нагрузочная прямая строится, как и раньше для диода, между двумя аналогичными точками:

I_к= E_пит/R₂ и U_кэ=Е_пит. В нашем расчёте мы задались значениями Епит=15 В и I_к = E_пит/R₂ =30 мА. Тогда R2=15/0,03 = 500 Ом. Строим прямую и выбираем положение РТ – это середина линейного участка (показано на рисунке 2.22). Линейным участком будем называть участок нагрузочной прямой между напряжением насыщения и напряжением отсечки. Параметры РТ в нашем примере соответствуют следующим значениям (показано на рисунке 2.23):

Далее: выбираем из семейства входных ту характеристику, которая соответствует найденному значению U_кэ≈ 7,0 В, задаём I_б = 0,3 мА, и определяем U_бэ≈ 0,65 В. Строим актуальный участок входной нагрузочной прямой и рассчитываем R₁= (15-0,65) В/ 0,3 мА = 45 кОм.

Примечание – На практике расчёт проводиться несколько сложнее.

Рассчитаем коэффициент усиления каскада при t°=25 °С.

Важно теперь проверить: не превышает ли мощность, рассеиваемая на коллекторе, номинальное паспортное значение выбранного биполярного транзистора.

Расчёт ведётся в рабочей точке: U_кэ.рт ×I_к.рт = 7 В×16 мА=112 мВт. Это значение постоянно и не меняется в режиме усиления входного сигнала, когда напряжения и токи коллектора меняются в широком диапазоне. Это объясняется тем, что напряжение и ток коллектора меняются в этой схеме в противофазе: когда ток увеличивается, напряжения уменьшается, и наоборот.

Расчёт схемы ОЭ по переменному току

Пример формирования выходных сигналов схемы с ОЭ под воздействием изменения тока базы показан на рисунке 2.23. Под воздействием синусоидально изменяющегося тока базы (синусоида, изображённая пунктиром) РТ смещается вдоль нагрузочной прямой сначала вверх до своего максимума, а затем вниз до своего минимума.

По рисунку видим, что при изменении тока базы в диапазоне от 0,05 до 0,55 мА с амплитудой (0,55-0,05)/2 = 250 мкА, ток коллектора изменяется в диапазоне примерно от 3 мА до 29 мА с амплитудой (29-3)/2 = 13 мА. Имеем отсюда следующее значение коэффициента усиления по току:

Напряжение коллектора изменяется в диапазоне примерно от 0,5 В до 13 В с амплитудой (13-0,5)/2 = 6,25 В. Ещё раз подчеркнём, что изменение напряжения коллектора осуществляется в противофазе с изменением входного (усиливаемого) тока: при увеличении тока базы увеличивается коллекторный ток и уменьшается коллекторное напряжение!

Пока мы ничего не говорили о конденсаторах С1и С2. Это так называемые разделительные конденсаторы. Они не пропускают постоянные составляющие усиливаемых напряжений и пропускают только переменные. Их значения должны быть достаточно большими: чем больше значения ёмкостей, тем меньше ʄ_н – минимальная усиливаемая частота. Обычно эти конденсаторы имеют значения от 1 до 100 мкФ.

Ключевой режим работы биполярных транзисторов

Смотрим на выходные характеристики БТ. При подаче большого тока в базу (>0,3 мА) напряжение U_кэ уменьшается до своего минимального значения (типовое значение 0,2 В). Говорят «транзистор переходит в режим насыщения».

С другой стороны, если в базу ток не подавать (I_б

0), то коллекторный ток прерывается и напряжение на выходе каскада будет равно напряжению питания Е_пит ‒ биполярный транзистор будет находится в «режиме отсечки».

Собственно эти два состояния БТ и описывают ключевой режим его работы: ключ (транзистор) включён или выключен, нагрузка подключена к питанию или отключена. Простейшие ключевые схемы на БТ показаны на рисунке 2.24. На представленных принципиальных схемах показано, что управление схемами осуществляется с помощью цифровых сигналов: логического нуля («0»)и логической единицы («1»). В современной практике такие сигналы формируются чаще всего микроконтроллерами.

Обращаем внимание, что оба вида БТ используется в схемах с плюсовым (положительным) питанием (+Е_пит) и нагрузка в обоих случаях расположена в коллекторной цепи БТ. При этом: логическая единица в одном из случаев (NPN-транзистор) замыкает ключ, а в другом (PNP-транзистор) – размыкает.

Условие замыкания ключа: I_б* β >I_к.нас ≈ Е_пит/R_нагр. Ток базы приближённо можно рассчитать для обоих случаев так: I_б= (Е_пит-0,6)/R₁.

Зная напряжение питания, сопротивление нагрузки и коэффициент усиления тока базы β, можно рассчитать по указанным формулам R_1.

Конструктивные разновидности биполярных транзисторов

Конструктивные разновидности биполярных транзисторов показаны на рисунке 2.25.

Проверка работоспособности биполярных транзисторов

Многие мультиметры позволяют измерять коэффициент усиления тока базы (β; h₂₁) транзисторов с гибкими выводами. На рисунке 2.26 показано типовое решение этой задачи. В специальный разъём, соблюдая указанный на лицевой панели порядок, подключается транзистор. Значение β высвечивается на дисплее.

1. NPN- и PNP-транзисторы имеют раздельные гнёзда для подключения.
2. Для обоих типов транзисторов предусмотрено по два гнезда для подключения эмиттера. Это связано с возможными конструктивными различиями в цоколёвках транзисторов.

• Вы здесь:  
• Главная
• Обучение
• Техническая учеба АиМ
• Система автоматического пожаротушения ГПА-Ц-16

© 2022 Info KS — техническое обучение персонала на компрессорных станциях газотранспортных предприятий

Канал обучения по профессии Машинист ТК и Сменный инженер (инженер по ЭОГО) от А до Я

Ключ на биполярном транзисторе. Нагрузочная прямая.

Приветствую всех снова на нашем сайте, сегодня продолжаем активно погружаться в нюансы работы транзисторов и переходим к практическому рассмотрению одной из схем — ключа на биполярном транзисторе.

Суть схемы довольно проста и заключается в том, что как и любой переключатель, транзистор должен находиться в одном из двух состояний — открытом (включенном) или закрытом (выключенном). То есть либо транзистор пропускает ток, либо не пропускает. Приступаем к детальному разбору.

И первым делом рассмотрим непосредственно саму схему:

Здесь у нас используется n-p-n транзистор. А вот вариант для p-n-p:

И по нашей уже устоявшейся традиции будем разбирать все аспекты работы на примере n-p-n транзистора. Суть и основные принципы остаются неизменными и для p-n-p. Так что работаем с этой схемой (здесь мы добавили протекающие по цепи токи):

Как вы уже заметили, схема очень напоминает включение транзистора с общим эмиттером. И действительно именно схема с ОЭ чаще всего используется при построении ключей. Только здесь у нас добавились два резистора ( R_б и R_к ). Вот с них и начнем.

Зачем нужен резистор в цепи базы?

Итак, нам нужно подать на переход база-эмиттер напряжение прямого смещения. Его величина указывается среди параметров конкретного транзистора и обычно составляет в районе 0.6 В. Также мы знаем, какой управляющий сигнал мы будем подавать на вход для того, чтобы открыть транзистор. Например, при использовании микроконтроллера (возьмем STM32 к примеру) для управления ключом, на входе цепи у нас будет либо 0 В (транзистор в данном случае закрыт), либо 3.3 В (транзистор открыт). В данной схеме сигнал на вход подается не с контроллера, а напрямую с источника напряжения E_ при замыкании переключателя S_1 .

Таким образом, получаем, что при 3.3 В на входе напряжение на резисторе R_б составит:

А теперь вспоминаем, что управление биполярным транзистором осуществляется изменением тока базы — а как его менять? Верно — изменяя сопротивление этого самого резистора. То есть, варьируя сопротивление резистора, мы меняем ток базы и, соответственно, этим самым вносим изменения в работу выходной цепи нашей схемы. Чуть позже мы рассмотрим практический пример для конкретных номиналов и величин и посмотрим на деле, как это работает.

Мы уже несколько раз использовали термины «транзистор открыт» и «закрыт». Понятно, что это означает наличие, либо отсутствие коллекторного тока, но давайте рассмотрим эти понятия применительно к режимам работы транзистора. И тут все достаточно просто:

• для того, чтобы закрыть транзистор, мы стремимся перевести его в режим отсечки
• а чтобы открыть — в режим насыщения

То есть при проектировании ключа на биполярном транзисторе мы преследуем цель переводить транзистор то в режим отсечки, то в режим насыщения в зависимости от управляющего сигнала на входе.

Переходим к рассмотрению коллекторной цепи разбираемой схемы. В данном резистор R_к выполняет роль нагрузки, а также ограничивает ток в цепи во избежания короткого замыкания источника питания E_ . И вот теперь пришло время вспомнить выходные характеристики, которые мы совсем недавно обсуждали:

Но в данном случае выходные параметры схемы определяются помимо всего прочего еще и нагрузкой (то есть резистором R_к ). Для коллекторной цепи мы можем записать:

Этим уравнением задается так называемая нагрузочная характеристика цепи. Поскольку резистор — линейный элемент ( U_R = I_R R ), то характеристика представляет из себя прямую (которую так и называют — нагрузочная прямая). Наносим ее на выходные характеристики транзистора и получаем следующее:

Рабочая точка в данной схеме будем перемещаться по нагрузочной прямой. То есть величины U_ и I_к могут принимать только те значения, которые соответствуют точкам пересечения выходной характеристики транзистора и нагрузочной прямой. Иначе быть не может.

И по итогу нам нужно обеспечить, чтобы в открытом состоянии рабочая точка оказалась в положении 1. В данном случае падение напряжения U_ на транзисторе будет минимальным, то есть почти вся полезная мощность от источника окажется на нагрузке. В закрытом же состоянии рабочая точка должна быть в положении 2. Тогда почти все напряжение упадет на транзисторе, а нагрузка будет выключена.

Теперь, когда мы разобрались с теоретическими аспектами работы ключа на транзисторе, давайте рассмотрим как же на практике производятся расчеты и выбор номиналов элементов.

Расчет ключа на биполярном транзисторе.

Добавим в схему полезную нагрузку в виде светодиода. Резистор R_к при этом остается на месте, он будет ограничивать ток через нагрузку и обеспечивать необходимый режим работы:

Пусть для включения светодиода нужно подать на него напряжение 3В ( U_д ). При этом диод будет потреблять ток, равный 50 мА ( I_д ). Зададим параметры транзистора (в реальных схемах эти значения берутся из документации на используемый транзистор):

• Коэффициент усиления по току h_ = 100. 500 (всегда задан именно диапазон, а не конкретное значение)
• Падение напряжения на переходе база-эмиттер, необходимое для открытия этого перехода: U_ = 0.6 \medspace В .
• Напряжение насыщения: U_ = 0.1 \medspace В .

Мы берем конкретные значения для расчетов, но на практике все бывает несколько иначе. Как вы помните, параметры транзисторов зависят от многих факторов, в частности, от режима работы, а также от температуры. А температура окружающей среды, естественно, может меняться. Определить четкие значения из характеристик при этом бывает не так просто, поэтому нужно стараться обеспечить небольшой запас. К примеру, коэффициент усиления по току при расчете лучше принять равным минимальному из значений, приведенных в даташите. Если коэффициент в реальности будет больше, то это не нарушит работоспособности схемы, конечно, при этом КПД будет ниже, но тем не менее схема будет работать. А если взять максимальное значение h_ , то при определенных условиях может оказаться, что реальное значение оказалось меньше, и его уже недостаточно для обеспечения требуемого режима работы транзистора.

Итак, возвращаемся к примеру. Входными данными для расчета кроме прочего являются напряжения источников. В данном случае:

• E_ = 3.3\medspace В . Я выбрал типовое значение, которое встречается на практике при разработке схем на контроллерах. В этом примере подача и отключение этого напряжения осуществляется переключателем S_1 .
• E_ = 9\medspace В .

Первым делом нам необходимо рассчитать сопротивление резистора в цепи коллектора. Напряжения и ток выходной цепи во включенном состоянии связаны следующим образом:

При этом по закону Ома напряжение на резисторе R_ :

А ток у нас задан, поскольку мы знаем, какой ток потребляет нагрузка (в данном случае диод) во включенном состоянии. Тогда:

Итак, в этой формуле нам известно все, кроме сопротивления, которое и требуется определить:

Выбираем доступное значение сопротивления из стандартного ряда номиналов и получаем R_ = 120\medspace Ом . Причем важно выбирать именно большее значение. Связано это с тем, что если мы берем значение чуть больше рассчитанного, то ток через нагрузку будет немного меньше. Это не приведет ни к каким сбоям в работе. Если же взять меньшее значение сопротивления, то это приведет к тому, что ток и напряжение на нагрузке будут превышать заданные, что уже хуже.

Пересчитаем величину коллекторного тока для выбранного значения сопротивления:

Пришло время определить ток базы, для этого используем минимальное значение коэффициента усиления:

А падение напряжения на резисторе R_б :

Теперь мы можем легко определить величину сопротивления:

Опять обращаемся к ряду допустимых номиналов. Но теперь нам нужно выбрать значение, меньшее рассчитанного. Если сопротивление резистора будет больше расчетного, то ток базы будет, напротив, меньше. А это может привести к тому, что транзистор откроется не до конца, и во включенном состоянии большая часть напряжения упадет на транзисторе ( U_ ), что, конечно, нежелательно.

Поэтому выбираем для резистора базы значение 5.1 КОм. И этот этап расчета был последним 👍 Давайте резюмируем, наши рассчитанные номиналы составили:

• R_ = 5.1\medspace КОм
• R_ = 120\medspace Ом

Кстати в схеме ключа на транзисторе обычно добавляют резистор между базой и эмиттером, номиналом, например, 10 КОм. Он нужен для подтяжки базы при отсутствии сигнала на входе. В нашем примере, когда S1 разомкнут, то вход просто висит в воздухе. И под воздействием наводок транзистор будет хаотично открываться и закрываться. Поэтому добавляется резистор подтяжки, чтобы при отсутствии входного сигнала потенциал базы был равен потенциалу эмиттера. В этом случае транзистор будет гарантированно закрыт.

Сегодня мы прошлись по классической схеме, которой я стараюсь придерживаться, то есть — от теории к практике. Надеюсь, что материал был понятен, а если возникнут какие-либо вопросы, пишите в комментарии, будем разбираться.