VERON TWENTE ZENDCURSUS 2013 – UITWERKINGEN

VERON TWENTE ZENDCURSUS 2013 – UITWERKINGEN OPGAVEN LES11
1. De Ru van een transistorschakeling is de verandering van de
uitgangsspanning gedeeld door de verandering van de
uitgangsstroom. De veranderingen worden bepaald in het
werkpunt van de transistor. Het werkpunt van de transsistor
in figuur 2.74 in het boek is in deze som ingesteld op UCE = 5
V en een Ic = 57 mA (dus op de lijn IB = 0,15 mA). Variëren we
de UCE van 5 naar 10 V van vinden we op de lijn Ib = 0.15 dat
de Ic gelijk wordt aan 64 mA. De berekening wordt dan
ΔU CE 15− 10
5
Ru =
=
=
= 714 Ω
−
3
−
3
ΔI C 64∗ 10 − 57∗ 10
7∗ 10− 3
P=U∗ I=U CE∗ I c
2. De dissipatie van een transistor is
.Invullen
P=12∗ I c
geeft
. Ic kennen we niet maar kunnen we wel
uitrekenen omdat we wel de basisstroom kennen. De
h
collectorstroom is altijd FE maal zo groot. Dus
I c= 250∗ 100∗ 10− 6 = 0,025 A . He gedissipeerde vermogen is dan
P=U CE∗ I C = 12∗ 0,025= 0,3W of 300mW
3. De sturing van FET gaat via de gate en door de gate loopt
geen stroom. Bij een IG-FET (een junctieFET) is de gate een
diode in sper en bij een MOSFET is de gate geisoleerd. Bij de
laatste lootp er dus helemaal geen stroom bij de junctie fet
alleen een kleine lekstroom. Er treedt dus geen
stroomversterking op omdat er geen stuurstroom is.
4. Zoek op de horizontale as van het rechterdeel van de figuur
de 10 V positie op en kijk op de kromme waar 4 bij staat (= Vgs) de hoogte Id op: dat is 3 hokjes en 1 hokje is 1 mA. De
stroom id is dus 3 mA
5. Voor deze vraag kunnen we het linker deel van de figuur 2.71
gebruiken. De afknijpspanning is gedefinieerd als de
gatespanning waarbij de Id gelijk ana nul wordt. Dat gebeurt
in de grafiek (die voor de gevraagd source/drainspanning van
15 V geldt) bij een gatespanning van -6,5 V.
ΔI D
S=
ΔU GS
6. De steilheid van een FET is gedefinieerd als
. Om die
grootheden te bepalen kijken we in de grafiek aan de
rechterkant van de figuur. Het instelpunt ligt op de lijn
Vgs= -3 V, 5 hokjes naar rechts vanaf de verticale as. Gaan
we nu voor Ugs omlaag naar de lijn Ugs = -4 V en omhoog naar
de lijn Ugs = -2 V dan lezen we af
Ugs
Ids
-4 V
3 mA
-2 V
8 mA
s=
ΔI DS 8− 3
=
= 2,5 mA/V
ΔU GS
2
Nu kunnen we S berekenen met
7. We moeten nu zelf het linkerdeel van de grafiek uit fig 2.71
U DS = 3V
construeren, nu bij een
. Dat betekent dat we een tabel
I
U GS
moeten maken van
waarden met bijbehorende D waarden. Die
U DS
moeten we aflezen uit het rechterdeel door bij
= 3 V verticaal
omhoog te gaan en bij elke kromme die we passeren de Id waarde te
noteren. We krijgen dan
Ugs
Id
-4 V
2,8 mA
-3 V
4,8 mA
-2 V
7,5 mA
-1 V
11,7 mA
0 V
15,4 mA
Deze tabel zetten we in een grafiek. Op de horizontale as Ugs en
op de verticale as Id in mA. Zie laatste blad
8. Omdat de uitgangsspanning op de emitter de ingangsspanning op
de basis volgt, er zit alleen een verschil van de
drempelspanning van de basis/emitterdiode tussen
9. Omdat de ingang gevormd wordt door de emitter/basisdiode en
de ingansgsstroom is de emitterstroom. Het instelpunt ligt op
de kromme van deze diodekarakteristiek. Een ingangsspanning
van een paar mV zal een stroom van een paar mA opleveren, dus
een weerstand van een paar Ohm.
10.
De ingansspanningsveranderingen worden direct doorgegeven
aan de emitter (de overgang basis/emtitter staat in
doorlaat). De uitgangsspanningsveranderingen zijn dus even
groot als de ingangsspanningsveranderingen en dat betekent
geen spanningsversterking.
11.
De eis is dat de collectorstroom 4 mA moet worden.
Gebruikelijk is dat de collector op de halve voedingsspanning
staat. De spanningsval over Rc moet dus 4,5 V worden bij een
4,5
Rc =
= 1125Ω
0,004
Ic van 4 mA. De wet van Ohm geeft dan
. Met Rb
moeten we een basisstroom Ib instellen die een
collectorstroom van 4 Ma oplevert. Die basisstroom moet dus
I
0,004
I b= c =
= 5,97∗ 10− 5 A
h FE 67
zijn
Over Ib staat een spanning van 9 –
8,3
Rb =
= 139028Ω= 139 k Ω
−5
5,97∗
10
0,7 = 8,3 V. Dus
12. We berekenen eerst de stroom door de weerstanden
U
9
I RB12 = =
= 0,001 A
R B1 en R B2
R
6800+2200
met
. De spanning op het
U RB12 =I RB12∗ R B2= 0,001∗ 2200= 2,2V
knoopppunt met de basis is nu
. De
RE
emitterstroom kunnen we instellen met de waarde van
, de
emitterweerstand. De emitterspanning kennen we: die is 0,7 V
lager als de basisspanning (Si-diode basis/emitter in
U E = 2,2− 0,7= 1,5V
doorlaat.
Om daarmee een emitterstroom te
1,5
R E=
= 375Ω
0,004
krijgen van 0,004 A moet
zijn. De waarde van Rc
berekenen we ook met de wet van Ohm :
RC =
4,5
= 1125 Ω
0,004
13.
Gisteravond bij
de uitwerking van deze som bleek dat de voorwaarde a, kies de
emitterweerstand Re van minstens 100 Ohm te ruim was gesteld: met
400 Ohm kwamen we in de problemen. De spanningsval over deze
weerstand werd te groot. Er is dus ook een bovengrens aan de
waarde van deze weerstand. We moeten rekening houden met het feit
dat de som van de spanningsvallen
U RC +U CE +U ℜ = Voedingsspanning = 15 V De spanningsval overt de collector
weerstand Rc moet 4,5 V worden, de halve voedingsspanning. We
hebben de andere helft van 4,5 V dus nog over om te verdelen over
de spannin tussen collector en emitter van de transistor en de
spanningsval over Rc. We houden nu als extra voorwaarde aan dat de
spanningsval over de emitterweerstand Re ongeveer 1/3 van de
halve voedingspanning die nog over is,wordt. Voor ons geval dus
1,5 V. Daarmee is dan Re te berekenen want de emitterstroom is
ongeveer gelijk aan de collectorstroom van 0,02 A die gegeven is.
UR
IE
De stappen worden dan:
E
=
1,5
= 75 Ω
0,020
¿
bereken Re =
E = 1,5 V
b) Spanningsval over Re : R
U =U E +0,7= 1,5+0,7= 2,2 V
c) B
d) Schat de basisstroom op een realistische waarde met een
h FE
= 100: dan wordt Ib 0,02/100 = 0,0002 A. De spannings
deler RB1/RB2 moet dan minstens 10* zoveel stroom
trekken, dus 0,002 A.
U 15
R B1 +R B2= =
= 7500Ω
I
0,002
e) De totale weerstand
E
f) Nu berekenen we de waarde van RB2 om de juiste
UB
2,2
R B2=
∗ Rtot =
∗ 7500= 1100 Ω
U voeding
15
basisspanning 2,2V te krijgen:
. Voor
RB1 resteert dan 7500 – 1100 = 6400 Ω.
f) Berekening
RC =
0,5∗ U voeding 0,5∗ 15
=
= 375Ω
Ic
0,02
g) Controle maximale collectordissipatie:
P coll =U CE∗ I C
U CE= U voeding − U R − U R = 15− 7,5− 2,2= 5,3V
C
E
P coll = 5,3∗ 0,02= 0,106 W=106mW
dus
en dat is ruim binnen de
toegestane collectordissipatie van 300 mW, dus OK
14.
β=100
Ic moet 1 mA
worden
eerste stap
berekenen van Rc
om de collector op
de halve
voedingsspanninh in te stellen. Spanningsval over Rc = 0,5*12 = 6
6
Rc =
= 6000Ohm
0,001
V. Ic = 0,001 A dus
. Om een collectorstroom van
0,001 A te krijgen moeten we een basisstroom hebben van 0,001/100
−5
= 1. 0∗ 10 A. Die moet ingesteld worden met Rb. De spanningsval
11,3
R B=
∗ 10− 5= 11,3∗ 105 Ω= 1,13 M Ω
1.
0
daarover is 12 – 0,7 = 11,3 V dus
.
Het probleem met deze schakeling is dat de instelling sterk
afhankelijk is van de stroomversterkingsfactor van de transistor
en ook van de temperatuur.