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[仿真] 如何计算三极管共射放大电路偏置电阻以及饱和电流

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 楼主 | 2020-6-5 16:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 captzs 于 2020-6-19 21:34 编辑

如何计算三极管共射放大电路偏置电阻

  1),偏置电阻计算是一个非常基础的问题,到网上找答案,几乎都以0.7V计算Vbe,似乎是共识。以下两个电路就以Rb=(E-0.7)β/Ic计算仿真。设计要求Ic=1.5mA,即,
左管β=45Rb=(6-0.7)45/1.5=159K
右管β=60Rb=(6-0.7)60/1.5=212K
仿真结果如下,因为没有以不同Vbe计算。

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 楼主 | 2020-6-5 22:13 | 显示全部楼层
2),以 Rb=(E-Vbe)b/Ic关系式,按照对应的Vbe计算就符合设计指标。
电路参数V=6V,设Rc=2KIc=0.5E/Rc=1.5mA
QaRb=(6-0.189)83/1.5=321K
QbRb=(6-0.963)137/1.5=460K


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| 2020-6-5 22:34 | 显示全部楼层
还是黑田彻的书说得好,采用一定的负反馈技术来保证静态工作点的一致性。

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 楼主 | 2020-6-5 22:53 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2020-6-5 22:13
2),以 Rb=(E-Vbe)b/Ic关系式,按照对应的Vbe计算就符合设计指标。电路参数V=6V,设Rc=2K,Ic=0.5E/Rc=1.5m ...

3)E极加Re得到负反馈,发射极电压Ve=Re(Ic+Ib)=ReIc(1+1/b)。偏置电阻的计算相应改为,Rb=(E-Vbe-Ve)b/Ic。设Re=0.2K,即,
QaVe=0.2*1.5(1+1/83)=0.304V
Rb=(6-0.189-0.304)83/1.5=304K
QbVe=0.2*1.5(1+1/137)=0.302V
Rb=(6-0.963-0.302)137/1.5=432K
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 楼主 | 2020-6-7 14:47 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2020-6-5 22:53
3),E极加Re得到负反馈,发射极电压Ve=Re(Ic+Ib)=ReIc(1+1/b)。偏置电阻的计算相应改为,Rb=(E-Vbe-Ve)b/ ...

4),基极上下偏置电阻的计算
上电阻电流要数倍于基极电流加信号最大电流之和,I1=k(Ib+Iin),而下电阻的电流少一个基极电流I2=I1-Ib。先求出基极电压Vb=Ve+Vbe=ReIc(1+1/b)+Vbe,则,
上偏置电阻R1=(E-Vb)/I1
下偏置电阻R2=Vb/I2
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 楼主 | 2020-6-7 14:49 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2020-6-7 14:47
4),基极上下偏置电阻的计算上电阻电流要数倍于基极电流加信号最大电流之和,则I1=k(Ib+Iin),而下电阻的 ...

4*),计算与仿真
   三极管BD550参数, b=45,电路参数E=6VIz=1.5mA,则,
*)Ib=1.5/45=0.033mA,不考虑Iin,取k=10,即
I1=kIb=10*0.033=0.33mA
I2=I1-Ib=0.33-0.033=0.297mA
计算得Vbe=0.189V
   Vb=Vbe+Ve=0.189+0.2(1.5+0.033)=0.496V
*)R1=(E-Vb)/I1=(6-0.496)/0.33=16.6K
*)R2=Vb/I2=0.496/0.297=1.67K

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| 2020-6-8 10:34 | 显示全部楼层
老哥,你那二的个管子是不是进入了饱和区啊?

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bagel 2020-6-9 13:47 回复TA
@captzs :?我也是初学,有些东西就是自己瞎猜 
captzs 2020-6-9 09:32 回复TA
@bagel :莫挖坑。三极管问世这么多年,专家们对Vbe的计算岂能没有论述? 
bagel 2020-6-8 19:16 回复TA
@captzs :0.7不是个假设值吗,老哥,BSX32管子(VBE)=6-((1.287mA/60)*212K)=1.5V左右吗 
captzs 2020-6-8 17:44 回复TA
@bagel :想不到这么多年来,都是这样计算,根深蒂固,与"平衡电阻"一样都进了教科书。错误的反复就成了正确。 
captzs 2020-6-8 17:40 回复TA
@bagel :Vbe要固定0.7V计算是错误的,不然我就没有必要发此帖。 
bagel 2020-6-8 17:24 回复TA
@captzs :1.287mA/((6-0.7)/212K) 
captzs 2020-6-8 14:49 回复TA
@bagel :放大51倍怎么算出? 
bagel 2020-6-8 13:36 回复TA
@captzs :我一菜鸟,就是感觉,两个管子除了Rb其它都一样,第二个管子的Rb比第一个大,那Ib就小了,要让IC一样大,那么放大倍数就得较第一个管子大,但是却没有达到60倍,而是51倍,那么是不是管子本身的参数最终影响到了?,如果你那第二个管子也换成第一个管子一样的BD550还会这样吗? 
captzs 2020-6-8 10:58 回复TA
您如何判断进入饱和区? 
 楼主 | 2020-6-8 11:32 | 显示全部楼层
bagel 发表于 2020-6-8 10:34
老哥,你那二的个管子是不是进入了饱和区啊?

5),
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| 2020-6-8 18:20 | 显示全部楼层
本帖最后由 andy520520 于 2020-6-9 10:00 编辑
captzs 发表于 2020-6-7 14:49
4*),计算与仿真   三极管BD550参数, b=45,电路参数E=6V,Iz=1.5mA,则,*),Ib=1.5/45=0.033mA,不考 ...

正确的计算应该是先计算Ib 电流,这个由偏置电阻决定的,
Rb = Rb1 // Rb2

REeq = (1 + Beta)*0.2K , 射极等效输入回路的电阻

从Vb端口往左边等效一个二端网络,一个开路电压源Vopen = E* Rb2/(Rb1 + Rb2)和一个串联电阻Rb

Ib = ( Vopen  - 0.7 ) / (Rb + REeq)

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 楼主 | 2020-6-11 14:36 | 显示全部楼层
今天天气不错!


6),三极管临界饱和是放大进入饱和的状态转折点,所有工作状态唯一稳定点,最适合定量分析,CB极短接是典型电路(左图),特征是Vc=Vbe,并保持Ic=βIb=(E-Vbe)/Rc的放大比例关系,有唯一性。c结被短路,剩下e结等效PN结,压降用伏安特性关系式Vbe=Vt*Ln(Ic/Is)计算,但是适用范围受三极管参数的限制。电路整体视为PN结,Ic=Iin-Ib,但是在计算中将Iin视为Ic作为导通电流。
例如,Is=1e-16AVbe=Vt*Ln[(2.102e-3)/(1e-16)]=25.86*30.68=793.4mV



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 楼主 | 2020-6-11 14:38 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2020-6-11 14:36
今天天气不错!

6),三极管临界饱和是放大进入饱和的状态转折点,所有工作状态唯一稳定点,最适合定量分 ...

6*),将共射放大电路按照临界饱和电路特征Vc=VbeIc=βIb=(E-Vbe)/Rc设置(右图),即e极压降Vbe=Vc=E-IcRc与上图的电路一样,即压降以Vbe=Vt*Ln(Ic/Is)计算
计算与仿真,三极管参数Is=1e-16Aβ=100
由于要求Vbe同上述电路,即Ic=(E-Vbe)/Rc=5-0.7934=2.033mAIb=Ic/β=0.02033mA,偏置电阻Rb=(E-Vbe)β/Ic=(5-0.793)β/2.1033=200K。计算的e结的导通压降Vbe=Vt*Ln(Ic/Is)=0.973V
临界饱和点是电路放大状态的极限,所以,放大电路的Vbe可以相同公式计算。电路输出电阻要匹配于负载电阻,而集电极电压取值0.5E,集电极电流就可以确定Ic=0.5E/Rc
计算:Ic=0.5*5/2=1.25mAVbe=Vt*Ln[(1.25e-3)/(1e-16)]=25.86*30.16=779.9mV
      Rb=(5-0.7799)β/1.25=337.6K
仿真如右图:


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 楼主 | 2020-6-14 22:34 | 显示全部楼层

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 楼主 | 2020-6-15 22:06 | 显示全部楼层
7),临界饱和时Vce=VbeIc=(E-Vbe)/Rc=[E-Vt*Ln(Ic/Is)]/Rc={E-Vt[Ln(1/Is)+Ln(Ic)]}/Rc,由于Ic未知,采取逐渐逼近法,将Ln(Ic)舍去,先用Ic=[E-Vt*Ln(1/Is)]/Rc计算后再修正Vbe
左图,三极管BDX33参数1e-14A,电路参数E=5VRc=2K,即,
Ic=[E-Vt*Ln(1/Is)]/Rc=[5-Vt*Ln(1/(1e-14))]/2=(5-25.86*32.24)/2=2.08mA
修正Vbe=Vt[Ln(1/Is)+Ln(Ic)]=Vt[Ln(1/Is)-Ln(2.08e-3)]=25.86(32.24-6.18)=673.9mV,即
Ic=(5-0.6739)/2=2.163mA。要更接近Vbe,将Ic代入再计算,
Vbe=Vt*Ln[(2.163e-3)/(1e-14)]=674.9mV




临界饱a和.GIF

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 楼主 | 2020-6-15 22:08 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2020-6-15 22:06
7),临界饱和时Vce=Vbe,Ic=(E-Vbe)/Rc=[E-Vt*Ln(Ic/Is)]/Rc={E-Vt[Ln(1/Is)+Ln(Ic)]}/Rc,由于Ic未知,采 ...

*),再计算一个如上右图,三极管BSX32参数1e-20A,电路参数E=5VRc=2K,即,
Ic=[E-Vt*Ln(1/Is)]/Rc=[5-Vt*Ln(1/(1e-20))]/2=(5-25.86*46.05)/2=1.905mA
修正Vbe=Vt[Ln(1/Is)+Ln(Ic)]=25.86(46.05-6.26)=1.029V
Ic=[5-1.029]/2=1.986mA,代入计算,
Vbe=Vt*Ln(Ic/Is)=Vt*Ln[(1.986e-3)/(1e-20)]=1.03V

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 楼主 | 2020-6-15 22:14 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2020-6-15 22:08
*),再计算一个如上右图,三极管BSX32参数1e-20A,电路参数E=5V,Rc=2K,即,Ic=[E-Vt*Ln(1/Is)]/Rc=[5-V ...

计算方法有多个,用得顺手就行。例如首个假设Vbe可以用0.7V计算,然后再逐渐逼近。

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 楼主 | 2020-6-19 20:27 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2020-6-15 22:08
*),再计算一个如上右图,三极管BSX32参数1e-20A,电路参数E=5V,Rc=2K,即,Ic=[E-Vt*Ln(1/Is)]/Rc=[5-V ...

7*),多大的输入电流才能使电路饱和
临界饱和的基极电流Ib=Ic/β=(E-Vbe)/Rcβ(计算IcVbe阅上节),是电路饱和的最小输入电流。设输入信号强度Vi,则输入电阻Rin<(Vi-Vbe)/Ib即可饱和。
左图Ib=(5-0.201)/45*2=0.0533mA,设Vi=2V,即Rin=(2-0.201)/0.0533=33.73K.
右图Ib=(5-1.03)/1498*2=0.001333mAVi=2V,即Rin=(2-1.03)/0.001333=727.7K

7a.GIF

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 楼主 | 2020-6-21 21:46 | 显示全部楼层
搭建三极管开关电路,就会遇到饱和电路设计,那么,如何计算饱和电流?

饱和.GIF

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