Расчет резисторов для транзистора

Рассмотрим предполагаемую схему включения, которая изображена на рис. 1.

Рисунок 1 – Схема включения

Нас интересует расчет резисторов R6 – базовый и R7 – подтяжки. В данном случае номиналы этих резисторов уже указаны, однако приведённый ниже алгоритм подойдет и для проверки или подгонки номиналов. Следует также заметить, что в данной схеме транзистор работает в режиме насыщения.

Для расчета необходимы следующие входные данные:

а) из даташита на транзистор:

-      ICEV – ток отсечки коллектора (Collector Cutoff Current);

-      hFE – коэф. усиления постоянного тока (DC Current Gain);

-      VBE(sat) – напряжение насыщения база-эмиттер (Base-Emitter Saturation Voltage).

б) прочие:

-      Vcc – напряжение питания (может быть одно; несколько фиксированных значений; диапазон напряжений (в таком случае нужно выделить min и max значение));

-      ток через транзистор (в случае, изображенном на рис. 1, значение коммутируемого транзистором тока определяется резистором R1);

-      V_out_logic – выходное логическое напряжение микросхемы (пояснение: второй вывод базового резистора R6 может быть подключён непосредственно на землю, а может идти на ножку микросхемы/мк. У микросхем состояние логического нуля не равно 0 В, в зависимости от типа оно может варьироваться в широком пределе, типичными значениями можно считать 0,4 или 0,8 В).

Для дальнейших расчетов обозначим базовый резистор (согласно рис. 1 – R6) – Rb, а резистор подтяжки (согласно рис. 1 – R7) – Rp.

Для расчета тока, через базовый резистор (Ion_Rb) сделаем несколько логических допущений: пренебрежем током, протекающим через подтягивающий резистор; предположим, что напряжение в точке 1, помеченной стрелкой (см. рис. 2) равно VBE(sat) (т.к. транзистор работает в режиме насыщения).

Рисунок 2 – Расчет тока

Формула для расчета тока (Ion_Rb), протекающего через базовый резистор:

Важно: если второй вывод базового резистора подключён непосредственно на землю (минусовой провод), то напряжение V_out_logic не вычитается, так как отсутствует!

Формула для расчета тока (Ion_Rp), протекающего через резистор подятжки:

 Формула для расчета тока базы транзистора (Ib):

Формула для расчета тока коллектора в режиме насыщения (IС_sat):

Важно: сверять полученные значения Ib и IС_sat с допустимым из даташита, при необходимости корректировать номиналы резисторов. Также подбор номиналов может понадобится в случае, если полученное значение IС_sat не удовлетворяет входным условиям (полученное значение меньше, чем необходимый ток через транзистор).

При подборе номиналов резисторов, нужно также проверить, надежно ли резистор подтяжки удержит транзистор в закрытом состоянии, в случае «нештатной» ситуации (например нарушится контакт в цепи базы). Для этого можно рассчитать падение напряжения на Rp (VRp_off), после чего проверить полученное значение с значением VBE из даташита (полученное значение должно быть меньше):

В случае нескольких напряжений питания, повторить расчет всех необходимых параметров, следя за значениями, которые указаны выше (в том числе и в примечаниях важно:).

На рис. 3 изображена проверка значений резисторов для случая, показанного на рис. 1. Расчеты проводились в среде программы Excel.

Рисунок 3 – Расчет значений номиналов резисторов