Hier ist ein Überblick über den Designprozess, um Ihnen den Einstieg zu erleichtern. Die genauen Berechnungen überlasse ich Ihnen.

würde ich ersetzen$R_{\text{load}}$mit einer unabhängigen Stromquelle$I_{\text{load}}$für Ihre Simulation (Sie können Ihren CircuitLab-Schaltplan für die Simulation verwenden, sobald Sie Widerstandswerte hinzugefügt haben). Satz$I_{\text{load}} = 25$mA da das dein Worst Case ist.

Wählen Sie einen relativ großen Emitterwiderstand$R_3$. Dies stellt einfach eine Last für den Transistor bereit, wenn die eigentliche Last nicht angeschlossen ist (z$I_{\text{load}} = 0$). Verwenden Sie zum Beispiel$R_3 = 10$k$\Omega$. Wenn$V_{\text{out}} = 5$V dann der Strom durch$R_3$Ist$0.5$mA und$I_{E} \approx 25.5$mA im ungünstigsten Fall ($I_{\text{load}} = 25$mA).

Als nächstes müssen Sie den schlimmsten Fall (höchsten) bestimmen$I_B$. Verwenden Sie das niedrigste$\beta$im Datenblatt des Transistors (Worst Case) und dann berechnen

Um nun den Widerstandsspannungsteiler "steif" zu machen, müssen Sie sicherstellen, dass der unbelastete Vorspannungsstrom durch die Widerstände (nennen Sie es$I_{\text{div}}$) ist mindestens das 10-fache des Laststroms (in diesem Fall$I_B$ist die Last für den Spannungsteiler). Sonst zieht der Laststrom zu viel Strom weg$R_{2}$, wodurch die Spannung am Ausgang des Spannungsteilers zu stark absinkt. Dadurch wird der Maximalwert von eingeschränkt$R_1 + R_2$seit

Diese Gleichung plus die Spannungsteilergleichung

gibt Ihnen zwei Gleichungen und zwei Unbekannte.

Erstens wissen wir das$V_{base} \approx V_{emitter} + 0.6V$und dass die Übung uns auffordert, zu halten$V_{emitter}$innerhalb von 5 und 4,75 V (5 % Toleranz), wenn$V_{base}$wird von einem Spannungsteiler angesteuert, der an 15 V angeschlossen ist. Mit anderen Worten, wir müssen halten$V_{base}$($V_{out}$vom Spannungsteiler) innerhalb von 5,6 und 5,35 V.

Denken Sie daran, dass die Spannungsteilergleichung lautet:

Aber die obige Gleichung ist die Spannungsteilergleichung ohne Last. Also werden wir für unsere Schaltung auch verwenden: ($R_{ef}$ist der Widerstand des Emitterfolgers)

Aus dieser Gleichung können wir sehen, dass wenn$R_{ef}$Änderungen,$V_{out}$wird sich auch ändern. Also lasst uns herausfinden, wie man rechnet$R_{ef}$. Wir beginnen mit der Eingangsimpedanz eines Emitterfolgers:

Und wenn wir davon ausgehen, dass unsere Last keine Kapazität hat:

Als nächstes wollen wir den Worst-Case-Lastwiderstand herausfinden, der auf unserer Schaltung platziert werden kann. Die Übung sagt uns, dass 25 mA der maximale Strom ist, den die Last ziehen wird. Wir wissen, dass wir der Last 5 V zuführen werden, also verwenden wir das Ohmsche Gesetz, um zu berechnen, dass der Lastwiderstand im ungünstigsten Fall 200 beträgt$\Omega$. ($R_{load} = 5/.025 = 200\Omega$)

Jetzt wissen wir es$R_{load}$Wir können mit der Auswahl der Widerstandswerte beginnen und uns zu den Widerstandswerten des Spannungsteilers zurückarbeiten. Beachten Sie, dass je niedriger das ist$R_{ef}$ist, desto mehr$V_{out}$wird durchhängen. Unser Ziel ist es also, zu machen$R_{ef}$so hoch wie möglich mit und ohne Last zu verhindern$V_{out}$vom Durchhängen. Wir beginnen mit$R_3$.

Damit$R_{ef}$hoch, müssen wir machen$R_3$hoch. Wenn keine Last vorhanden ist,$R_{ef}$wird etwa das 100-fache des Widerstands von sein$R_3$. Wenn es eine Last gibt, müssen wir dafür sorgen$R_3 \gg R_{load}$So$R_{ef}$kann so hoch wie möglich sein. Das heißt, rund das 100-fache des Widerstands von$R_{load}$. Also werden wir pflücken$R_3 = 10k$.

Um unser Leben für den nächsten Schritt etwas einfacher zu machen, lassen Sie uns das Verhältnis zwischen herausfinden$R_1$Und$R_2$wenn es keine Last gibt:

Jetzt kommen wir zu dem Teil in der Übung, wo wir aufgefordert werden, nicht zuzulassen$V_{base}$($V_{out}$) unter 5,35 V fallen. Lassen Sie uns unsere Werte in die geladene Spannungsteilergleichung einsetzen und vereinfachen:

Anhand unseres Worst-Case-Szenarios (auch bekannt als wenn die Schaltung geladen ist) können wir das sehen$R_{ef} \approx 20k$. ($R_{ef} = (\beta + 1)(R_3\ ||\ R_{load}) \approx 100*200$). Anhand dieses Werts können wir sehen, dass der höchste Wert ist, den wir auswählen können$R_2$liegt bei etwa 1,6k. ($20000/12$).

Wir können dann unser Verhältnis von vorher verwenden ($R_1 = 1.67R_2$), um Standardwiderstandswerte auszuwählen, die nahe am Verhältnis liegen. Wir sehen das$R_1 = 2.4k$Und$R_2 = 1.5k$passen ziemlich gut zu unserem Verhältnis und halten die Ausgabe innerhalb unseres Toleranzbereichs. Bei einem höheren Wert beginnen Sie, den Toleranzbereich zu verlassen.

Eine letzte Sache, die ich erwähnen möchte, ist, dass wir Werte auswählen können$R_1$Und$R_2$die viel niedriger sind, solange ihr Verhältnis stimmt. Je niedriger Sie in Ihrer Auswahl gehen, desto steifer wird Ihr Spannungsteiler, aber dies verursacht auch mehr Stromverbrauch. Je höher Sie gehen, desto geringer ist der Stromverbrauch, aber Sie verlieren an Steifigkeit.

Lassen Sie mich dies als Antwort sagen, damit wir nicht wegen zu vieler Kommentare angeschrien werden.
OK, lasst uns zuerst R3 auswählen. Der Zweck von R3 besteht nur darin, den Transistor glücklich zu machen, wenn keine Last vorhanden ist. Sie möchten, dass ein wenig Strom durch sie fließt. Eine schöne Zahl könnte 1 mA Strom sein, also nehmen Sie bei 5 V R3 auf 5 kOhm. R3 wird dann immer 1 mA haben (und wir können es jetzt vergessen.) Also gehen Sie jetzt weiter und wählen Sie R1 und R2, um Ihnen 5,6 Volt an der Basis zu geben.

Dies kann als Spannungsteilerproblem angegangen werden. Ohne Last sollte der Ausgang 5 V betragen, was bedeutet (unter Verwendung von Vf = 0,6 V), dass die Basis bei 5,6 V liegen sollte. Daher 15 V (R2/R1 + R2) = 5,6 V. Auflösen nach R1, R1 = 1,679R2.

Da R3 beliebig groß sein kann, kann es ignoriert werden. Wenn Sie feststellen, dass Sie es nicht ignorieren können, machen Sie es einfach größer.

Bei 5 V liefert ein 200-Ohm-Widerstand 25 mA. Natürlich ist die Emitterspannung um 5 % auf 4,95 abgesackt, was einen neuen Strom von 24,75 mA ergibt, was nahe genug an 25 mA liegt, da wir für unsere Lösung 5 % Widerstände verwenden sollen.

Ein Emitterwiderstand sieht am Basiseingang beta+1-mal größer aus, sodass der Transistor plus Basiswiderstand R3 durch einen Widerstand parallel zu R2 mit einem Wert von (beta+1)*R3 ersetzt werden kann. Wenn wir ein Beta von 100 verwenden, dann ist 101 * 200 = 20,2 K Ohm.

Wenn der Emitter auf 4,95 V abgesackt ist, beträgt die Basis jetzt 4,95 + 0,6 = 5,55 V

Wir kennen die Beziehung zwischen R1 und R2, die R1 = 1,679R2 ist.

Wir wissen auch, dass 15((R2||20,2K)/(R1 + R2||20,2K) = 4,95V

Wenn wir R1 durch 1,679R2 ersetzen, haben wir jetzt 15((R2||20,2K)/(1,679*R2 + R2||20,2K) = 4,95V.

Algebra gibt uns R2 = 4,2 K Ohm. Der nächste 5%-Widerstand mit weniger als 4,2 K hat 3,9 K Ohm.

R1 ist dann 5,1 K * 1,679 = 6,5 K, was genau zwischen 6,2 K und 6,8 ​​K liegt.

6,2 K ergibt eine Vbase von 5,79 V. 6,8 K ergibt eine Vbase von 5,46 V

Ich bin ein Neuling, der versucht hat, dieselbe Übung zu lösen, also bin ich vielleicht völlig daneben, aber lassen Sie es mich versuchen.

Es gibt zwei unabhängige Teile für dieses Problem:

1.R3

R3 kann so groß sein, wie Sie wollen. Der Vorteil eines großen R3 ist, dass der Strom durch ihn im Vergleich zur Stromaufnahme der Last vernachlässigbar ist. Wählen wir also einen großen Widerstand (z. B. 10 k) und tun so, als würde kein Strom durch ihn fließen$I_E$gleich dem Laststrom ist.

2. Der Spannungsteiler

Berechnen wir den Basisstrom bei einem Emitterstrom von 25mA (unsere Last). Aus$I_C = \beta I_B$Und$I_E = I_B + I_C$das können wir finden$I_B = \frac{0.025}{\beta + 1}$. Ohne Last benötigen wir 5V am Ausgang. Aufgrund des Spannungsabfalls an der Basis muss die Basis auf 5,6 V liegen. Unter Last sackt der Spannungsteiler durch. Wie viel? Wir kennen unser Limit, es sind 0,25 V (5 % von 5 V). Lassen Sie uns nun das Thevenin-Äquivalent des Spannungsteilers berechnen. Seine Leerlaufspannung beträgt 5,6 V und sein Ruhestrom$I = \frac{15}{R_1}$, So

Finden wir die$R_{Th}$das wird diese Spannung "fallen lassen", wenn$I_B$durchläuft es.

Wählen Sie das minimale Beta für den Transistor, mit dem Sie arbeiten (oder wählen Sie einen Transistor mit dem gewünschten minimalen Beta), sagen wir mal$\beta > 100$, somit

Wählen Sie den höchsten Widerstandswert, der den Anforderungen entspricht. Bei niedrigeren Werten ist der Teiler steifer (über den Spezifikationen), verbraucht aber mehr Strom. Dann finden$R_2$mit der Spannungsteilergleichung

Verweise:

• Eine ähnliche Antwort von all about circuits
• Eine doppelte Frage hier zum Stapelaustausch

Ich bin mir nicht sicher, aber ich denke, Sie möchten einen Stromfolger und die Konfiguration für die Basis des Transistors ist anders. Die Frage lautete "Follower", nicht Spannungsfolger, und ich glaube nicht, dass Ihre Konfiguration dem Strom mit einer Verstärkung von nahezu Eins wie gezeichnet folgen würde. Siehe https://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_1.html