Diseño de una fuente de tensión dura utilizando un seguidor de emisor

Question

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

Soy nuevo en la electrónica, y estoy tratando de hacer Ejercicio 2.2, página 67 de El Arte de la Electrónica.

El uso de un seguidor con base impulsada a partir de un divisor de voltaje para proporcionar una rigidez de la fuente de +5V a partir de una disposición de +15V de suministro. Corriente de carga (máx.) = 25 mA. Eligió sus valores de la resistencia, de modo que el voltaje de salida no caer más de un 5% a plena carga.

De acuerdo a mi entendimiento, un BJT en configuración de seguidor de emisor tiene su emisor siguientes a la base, no importa lo que el emisor de la señal es alimentada a. Por lo tanto, en condiciones normales de operación el emisor sigue la base (con una diferencia de 0,6 V debido a la caída de voltaje directo), y no está muy influenciado por lo que está conectado a ella.

Necesitamos encontrar los valores de la resistencia, de modo que incluso bajo carga máxima corriente de 25mA, el voltaje del emisor nunca cae por debajo de 5V - 0.05*5V = 4.75 V.

Si me puse de CINCO(mínimo) = 4.75 V, I(carga máxima) = 25mA, puedo calcular el correspondiente mínimo de la carga el valor de la resistencia pero creo que esto es inútil y no tiene sentido.

Si no hay ninguna carga, me la VO = 5V. Así VB = 5.6 V. yo habría usado el divisor de voltaje de la ecuación para encontrar la relación necesaria entre R1 y R2, pero no estoy seguro de que esto es válido, ya que hay una corriente que pasa a través de los BJT coleccionista.

Estoy un poco perdido en lo que tengo que hacer. Es el primer diseño de la pregunta que me tratan, me parece que hay más incógnitas que las restricciones y por tanto tenemos que configurar algunos valores, y no tengo eléctrica intution/experiencia para saber lo que para establecer el valor de la cual y por qué.

Gracias por su ayuda.

Answer 1

He aquí un resumen del proceso de diseño para ayudarle a empezar. Voy a dejar de trabajar fuera de los cálculos exactos.

Me gustaría reemplazar \$R_{\text{load}}\$ con una independiente de la fuente de corriente \$I_{\text{load}}\$ para su simulación (usted puede utilizar su CircuitLab esquema de simulación una vez que agregue los valores de la resistencia). Conjunto de \$I_{\text{load}} = 25\$mA ya que es tu peor de los casos.

Escoge un relativamente gran emisor resistor \$R_3\$. Esto simplemente provee una carga para el transistor si la carga real no está conectado (por ejemplo,\$I_{\text{load}} = 0\$). Por ejemplo, el uso de \$R_3 = 10\$k\$\Omega\$. Si \$V_{\text{out}} = 5\$V entonces la corriente a través de \ $R_3\$ \$0.5\$mA y \$I_{E} \approx 25.5\$mA en el peor de los casos (\$I_{\text{load}} = 25\$mA).

Lo siguiente que necesita para determinar el peor de los casos (el más alto) \$I_B\$. Usar la menor \$\beta\$ en el transistor de la hoja de datos (peor caso) y, a continuación, calcular

$$I_B = \frac{I_E}{\beta + 1}$$

Ahora para hacer la resistencia del divisor de voltaje de la "rigidez" que usted necesita para asegurarse de que la descarga corriente de polarización a través de los resistores ( \ $I_{\text{div}}\$ ) es al menos 10 veces la corriente de carga (en este caso \$I_B\$ es la carga para el divisor de tensión). De lo contrario, la corriente de carga atrae demasiado actual, lejos de la \$R_{2}\$, lo que hace que el voltaje en la salida del divisor de tensión disminuya demasiado. Esto pone una restricción en el valor máximo de \$R_1 + R_2\$ desde

$$I_{\text{div}} = \frac{15}{R_1 + R_2} > 10I_B$$

Esta ecuación más el divisor de voltaje de la ecuación

$$\frac{R_2}{R_1+R_2}15 = 5.6$$

le da dos ecuaciones y dos incógnitas.

Answer 2

Esto puede ser abordado como un divisor de voltaje problema. Sin carga, la salida debe ser de 5V, lo que significa (utilizando Vf = 0,6 V) que la base debe estar en 5.6 V. por lo Tanto, 15V(R2/R1+R2) = 5.6 V. Solución para R1, R1 = 1.679R2.

Desde R3 puede ser arbitrariamente grande, puede ser ignorada. Si usted encuentra que usted no puede ignorar, sólo se hacen más grandes.

A 5V, 200 Ohmios dará 25mA. Por supuesto, el voltaje del emisor ha caído un 5%, a 4.95, que dan una nueva corriente de 24.75 mA, que es lo suficientemente cerca como para 25mA, dado que vamos a utilizar el 5% de resistencias para nuestra solución.

Un resistor de emisor se ve beta+1 veces más grande a la entrada de la base, por lo que el transistor además de la base de la resistencia R3 puede ser reemplazado por un resistor en paralelo con R2 con un valor de (beta+1)*R3. Si estamos usando una versión beta de 100, 101*200 = 20.2 K ohmios.

Si el emisor ha decaído a 4.95 V, entonces la base es ahora 4.95+0.6 = 5.55 V

Sabemos que la relación entre R1 y R2, que es R1 = 1.679R2.

También sabemos que el 15((R2||20.2 K)/(R1 + R2||20.2 K) = 4.95 V

La sustitución de 1.679R2 para R1, ahora tenemos 15((R2||20.2 K)/(1.679*R2 + R2||20.2 K) = 4.95 V.

Álgebra nos da R2 = 4.2 K Ohmios. El más cercano a 5% de la resistencia de menos de 4.2 K es de 3.9 K Ohmios.

R1 es entonces 5.1 K * 1.679 = 6.5 K, que es justo entre 6.2 K y 6.8 K.

6.2 K da un Vbase de 5.79 V 6.8 K da un Vbase de 5.46 V

Answer 3

Digo esto como una respuesta para no llegar gritó en muchos comentarios.
OK vamos a escoger primero R3. El propósito de R3 es sólo mantener el transistor feliz sin carga. quieres tener un poco pasando actual a través de él. Podría ser un bonito número 1mA de corriente tan en 5V toma R3 que 5kohm. R3 entonces siempre tendrá 1 mA que fluye (y ahora podemos olvidarnos.) Ahora seguir adelante y elegir R1 y R2 para darle 5,6 voltios en la base.