NPN-Transistor in gemeinsamer Kollektorkonfiguration, Vout variiert

Zunächst einmal gehe ich davon aus, dass Ihre komplette Schaltung so aussieht:

[Übrigens sollten Sie Ihre vollständige Schaltung posten, wenn Sie sinnvolle Antworten erwarten.]

Zweitens bezieht sich die Einheitsspannungsverstärkung des gemeinsamen Kollektors auf Wechselstrom, nicht auf Gleichstrom.

Aus dem obigen Bild können Sie sehen, dass die Ausgangsspannung sein wird$V_Z-V_{BE}$.

Und$V_{BE}$wird eine gewisse Variation mit dem Kollektorstrom haben, aber nicht zu viel:$V_{BE}\propto ln(I_C)$.

Andererseits,$I_B$ist nicht vernachlässigbar, es könnten bis zu 20mA sein (für das Minimum des Transistors$h_{FE}$von 50), und Sie zeigen nicht wirklich, wie Sie Ihren Zener vorspannen. Es könnte also sein, dass die Basis mehr saugt, als Sie bereitstellen, und die Spannung am Zener abfällt, und dieser Abfall wird direkt am reflektiert Ausgangsspannung dieser Schaltung.

Übrigens aus dem 2SD1047-Datenblatt ,$V_{BE}$bei 1A werden ungefähr 0,7 V sein, also sollte Ihr Ausgang ungefähr 4,3 V (nicht 5 V) sein und wie gesagt, wird ein wenig variieren$I_C$. Bei 1A wird es ziemlich viel zerstreuen:$1A(20V-4.3V)\approx 16W$. Thermisch sollte der Transistor das aber vertragen, da sein Wärmewiderstand nur 1,25°C/W beträgt.

Sie verwechseln Annäherungen erster Ordnung oder Faustregeln mit der exakten Realität. Ja, die Emitterspannung eines Emitterfolgers mit fester Basisspannung bleibt in erster Näherung konstant, aber wenn Sie an die Grenzen gehen, müssen Sie genauer hinschauen.

Es gibt eine Reihe von Problemen mit Ihrer Schaltung.

Die Zenerspannung ist über ihren Strombereich nicht genau konstant. Beachten Sie, dass der Strombereich beträchtlich sein wird, da die Basis irgendwo zwischen 0 und etwa 20 mA über den Ausgangslastbereich von 0-1 A benötigt. Sie brauchen immer noch ein wenig Strom durch den Zener bei voller Leistung. Sagen wir 1mA. Das bedeutet, dass Sie es ohne Last mit 21 mA speisen müssen. Kann dieser Zener das überhaupt? 21 mA x 5,6 V = 120 mW, was für einige Zener im plausiblen Bereich liegt.

Der 2,2-kΩ-Widerstand kann nicht den erforderlichen Zenerstrom liefern. Sie haben 20 V Sinuseingang, was 28,3 V Spitze entspricht. Nehmen wir an, 1,5 V gehen in der Vollwellenbrücke verloren, sodass Sie maximal 27 V an der Kappe haben. (27 V - 5,6 V) / 2,2 kΩ = 9,6 mA, was viel zu wenig ist, um 1 A Ausgangsstrom auszuhalten.

Der Transistor wird ziemlich heiß. Wenn Sie in der Lage wären, seine Basis zu speisen, um den Ausgang bei 5 V zu halten, würde er um 22 V abfallen, was bedeutet, dass er 22 W abführen wird. Das wird einen ernsthaften Kühlkörper erfordern.

Sie könnten diese Schaltung reparieren, um mehr Basisantrieb und aktiveres Feedback zur Regulierung der Ausgangsspannung bereitzustellen, aber dann würden Sie bestenfalls nur einen 7805-Regler reproduzieren. Diese haben all diese Dinge in einem einzigen 3-poligen Teil eingebaut, regulieren die Spannung gut, können 1 A verarbeiten und haben sogar eine thermische Abschaltung, um Schäden im Falle einer Überhitzung zu vermeiden.

Was Sie jedoch wirklich wollen, ist ein Schaltnetzteil. Das ist einfacher und billiger, als mit der Wärme eines Linearreglers umgehen zu müssen.

Überprüfen Sie die DC-Stromverstärkung im Datenblatt für D1047 . Für einen Kollektorstrom von 1 A beträgt die DC-Stromverstärkung im ungünstigsten Fall 60. Dies bedeutet, dass der Basisstrom sein wird$I_B = \dfrac{I_C}{h_{FE}}=\dfrac{1}{60} \approx 17\text{mA}$. Das bedeutet, dass Ihre Zenerschaltung je nach Ausgangslast mit 0..17mA belastet wird.

Überprüfen Sie nun, wie sich Ihre Zenerschaltung mit dieser variierenden Last verhält:

• Was wird die Ausgangsspannung der Zenerschaltung sein, wenn 0mA gezogen wird;
• Wie hoch ist die Ausgangsspannung der Zenerschaltung, wenn 20 mA (aufgerundet) gezogen werden?

Mit dem Hinzufügen eines Operationsverstärkers erhalten Sie viel mehr Leistung. Der Emitter ist unter Lastbedingungen immer kleiner als die Basis. Der BJT-Ausgang wird mit Lastströmen durchhängen, da er nur eine endliche Stromverstärkung hat, während Sie durch Hinzufügen eines Operationsverstärkers zum Ansteuern des BJT insgesamt eine bessere Leistung erzielen: -

Dies ist nur eine Beispielschaltung aus dem Internet. Der Ausgang an$R_L$wird unter ziemlich strengen Belastungsgrenzen immer praktisch gleich der Spannung sein$V_{IN}$. Die Stromschienen des Operationsverstärkers können gemäß Ihrer Schaltung mit dem Ausgang der Brücke und Masse verbunden werden.

Die Funktionsweise ist einfach - jede Differenz zwischen der Ausgangsspannung (gemessen an -Vin des Operationsverstärkers) und der Eingangsspannung (+Vin des Operationsverstärkers) führt zu einer Korrekturspannung, die an die Basis des Transistors angelegt wird. Dies regelt die Ausgangsspannung vom Emitter,