BJT circuit

Ik het onderstaand circuit:

Met de volgende waardes:
Q1: npn transistor BC547B
D1: Zener diode BZX84C2V7 (Zener voltage ~2,7V @ Zener current ~5 mA)
D2: signal diode 1N4148 (Forward bias voltage ~0,7 V)
VCC: + 15 V DC
RE: 1 kΩ
β: 100

Het idee is dat je bij Vout een DC spanning van 6 V krijgt. Dit moet je doen door R1 en RC te bepalen. Dat gaat door middel van de volgende vragen:

  1. Bereken de emitter voltage en emitter stroom.
  2. Ga er vanuit dat de collector stroom gelijk is aan de emitter stroom. Bereken de waarde van RC.
  3. Bereken de base stroom en de stroom door R1.
  4. Bereken de waarde van R1.

Ik heb de volgende berekeningen gedaan:

  1. VR1 = 15 - 2,7 = 12,3 V
    VE = 12,3 - 0,7 = 11,6 V
    IE = U / R = 11,6 / 1000 = 11,6 mA
  2. VRC = 15 - 6 = 7V
    RC = U / I = 7 / 0,0116 = 4,4 kΩ
  3. IB = IC / (β + 1) = 0,0116 / 101 = 0,115 mA
    IR1 = 5 + 0,115 = 5,115 mA
  4. R1 = U / I = 12,3 / 0,005115 = 2,4 kΩ

Als ik dit in de simulatie doe dan kom ik niet op de juiste waarden uit. Ik ga er dus vanuit dat ik ergens wat fout heb gedaan. Ik denk dus dat er iets mis is met de berekeningen. Kan iemand mij misschien vertellen waar het fout gaat? Verder vraag ik me ook af of ik op de juiste wijze de zener diode in de berekeningen heb verwerkt?

Alvast bedankt!

Begin eens met de spanningen, gemeten tov de GND en niet vanaf de +

VR1 = 15 - 2,7 = 12,3 V
VE = 12,3 - 0,7 = 11,6 V

Op de basis staat 2,7V. Welke spanning staat er dan op de emitter als we ervan uitgaan dat de transistor enigszins in geleiding is?

2,7 - 0,7 = 2,0 V toch? Of denk ik nu te makkelijk?

Waarom schrijf je dan VE = 12.3 - 0.7 = 11,6V ? en zie nu waarom ik schrijf dat je met spanningen moeten werken gemeten van de GND.

[Bericht gewijzigd door MGP op (47%)]

Beide super bedankt! Ik ben er nu uit.

Ik heb uiteindelijk een RC van 4,15 kΩ en een R1 van 6,1 kΩ berekend.

Beiden zijn mis! verkeerd gerekend.

Als er 5mA door R1 moet vloeien, welke waarde moet R1 hebben.

Rc is ook niet juist, je kunt de stroom door Re berekenen want je weet de spanning, de rest is voor u.

In mijn berekening klopt 4,15 kΩ voor Rc wel degelijk.

Re klopt inderdaad niet.

Hi 4lloyd,

Bijna goed...

De spanning over de zener is 2,7V volgens jouw opgave.
Daar de versterkeing van de transistor op 100 is gesteld, is de basisstroom te verwaarlozen.

Gaan we verder, totale voeding is gesteld op 15V.
Wat is nu de spanning die valt over de weerstand die de zener insteld (R1)?
De stroom door deze weerstand is bepaald op 5mA.
Volgens de wet van Ohm krijgen we dan een waarde van R1 = ?

Het mooie is, dat je die hele transistor weg kan laten, om de weerstand R1 te kunen berekenen,
dit omdat de versterking redelijk hoog is, meestal geen 100x voor dit type maar meer richting 250 a 300x.

Gegroet,
Blackdog

Op 23 juni 2015 17:44:44 schreef Hagdos:
In mijn berekening klopt 4,15 kΩ voor Rc wel degelijk.

Re klopt inderdaad niet.

Ik krijg voor Rc = 6,1K

Het idee is dat je bij Vout een DC spanning van 6 V krijgt. Dit moet je doen door R1 en RC te bepalen. Dat gaat door middel van de volgende vragen:

Sorry had dit niet gezien, shame on me

Hi,

Omdat de basis vast ligt aan 2,7V en de drempel naar de emittor 0,7V is,
is de spanning over de emittor weerstand ?
Bij iedere "Volt" over een 1K weerstand loopt er ook een mA stroom.

Voorbeeldje
Zeg je hebt een een stroom van 3mA en die loopt door een weerstand van 5k, dan staat er dus 15V over deze weerstand.
Het is makkelijk dit te onthouden: 1mA bij 1K is 1V.

Gegroet,
Blackdog

Om te beginnen iedereen bedankt voor de reactie :).

Door alle reacties ben ik een beetje kwijt hoe en wat. Voor de duidelijkheid RE is gegeven en is 1 kΩ.

Blijkbaar is mijn waarde voor R1 fout. Ik heb het op de volgende manier berekend:

  • De stroom door de emitter is 2,0 / 1000 = 2 mA.
  • Met 0,002 / 101 = 19,8 µA heb ik de stroom door de base berekend.
  • De totale stroom door R1 is de zener plus de base is 5 + 0,0198 = 5,0198 mA.
  • De spanning van R1 is 15 - 2,7 = 12,3 V
  • R1 is dan 12,3 / 0,0050198 = 2,45 kΩ

Ik kom nu zelf ook op een andere waarde van R1 uit. Klopt deze wel, en zo nee, waar zit de fout in mijn berekening?

Hi 4lloyd,

Je hebt de weerstand R1 "netter" berekend dan ik aangaf.
De rede waarom ik het simpeler aangaf is omdat er allerlij toleranties zijn, niet alleen de Hfe van de transitor, ook de nauwkeurigheid van de zener, stabiliteit van de 15V voeding, temperatuur variaties enz.

Maar in principe goed gedaan voor R1.

Ga voor nu uit van 2V emittor spanning bij 1K geeft 2mA stroom.
Deze stroom loopt ook door het collector circuit.
Je weet wat de drempel spanning is van de diode.

Nu hoef je alleen vanaf Vcc te denken.
Je hebt 15V daar moet 1 diode drempel af, dan hou je 14,3V over.
Het verschil van 14,3V en 6V = ?
De overgebleven waarde deel je door de collector stroom en dan weet je de weerstand.

Gegroet,
Blackdog

Op 23 juni 2015 19:17:46 schreef blackdog:
Je hebt de weerstand R1 "netter" berekend dan ik aangaf.

Klopt ja, voor de opdracht moest dit. In ieder geval bedankt voor de uitleg. Het geeft me weer een stukje beter begrip van alles.

Het is nu toch goed gekomen.
Heb na mijn vergissing mijn fiets genomen en een 50km gefietst als straf..;)
Kwestie van weer zuurstof tussen mijn hersencellen te krijgen.

[Bericht gewijzigd door MGP op (23%)]

Voor extra punten kun je nog opmerken dat Ic<>Ie (het verschil is immers Ib), en dan met de juiste Ic verder rekenen.

In een simulator kun je voor de tor mooi een gestuurde stroombron nemen, en voor (geleidende!) PN-overgangen (diode, zener, be-diode) een spanningsbronnetje. Zo heb je exact de stroomversterking en de spanningsvallen uit de opgave. Met 'echte' onderdelen is dat lastiger. :)

Omdat de vraag al opgelost is, verklap ik verder geloof ik niets meer:

Dat is inderdaad een interessante manier om het te bekijken. Ik vroeg me al af waarom IC en IE aan elkaar gelijk werden gesteld. Bedankt voor de uitleg!

Verder toch nog een vraagje. Ik ben bij de berekening er vanuit gegaan dat er door de zener diode 5 mA gaat. Als ik dit simuleer gaat er 2 mA doorheen, wat weer overeen komt met de emitter stroom. Moet ik dan niet met die waarde gaan rekenen en met die 2 mA de weerstand van R1 berekenen? Niet meer van toepassing. Ik zat verkeerd te kijken.