Tranzystor JFET - rezystancje polaryzujące

Witam,

chcę obliczyć wartości rezystancji polaryzujących tranzystor JFET w układzie wspólnego źródła zasilanego układem potencjometrycznym zmodyfikowanym znając punkt pracy tranzystora JFET (Uds-napięce dren-źródło oraz Id-prąd drenu), tak na to widać na schemacie poniżej:

Zakładając, że prąd bramki tranzystora Ig=0 mamy:
(1) Id=Is (prąd drenu = prąd źródła) oraz
(2) I1=I2 (prąd rezystora R1 dzielnika = prąd rezystora R2 dzielnika) oraz
(3) Urs = 10% Udd (spadek napięcia na rezystorze Rs = 10% napięcia zasilania Udd)
możemy łatwo obliczyć, że:
(4) Udd - Uds = Id*(Rd + Rs) (korzystając z (3))
Udd - Uds = Id-Rd + 0.1*Udd
0.9*Udd - Uds = Id*Rd => (5) Rd = (0.9*Udd - Uds)/Id
(wstawiając Rd(5) do (4))
(6) Rs=(Udd - Uds - Id*Rd)/Id
Zatem wartości rezystorów Rd i Rs są już policzone, jednakże nie do końca wiem jak zabrać się za policzenie wartości rezystorów R1, R2 oraz R3. Można wyznaczyć równanie z najmniejszego oczka:
(7) Urs = Ugs + Ur2 (napięcie na Rs = spadek na bramka-dren + spadek napiecia na R2) oraz że:
(8) Ur1 + Ur2 = Udd, lecz nie wiem jak powiązać te fakty tak aby wyliczyć pozostałe 3 rezystancje.

Punkt pracy:
Udd = 15V
Id = 1mA
Uds = 5V

Z góry dziękuję za pomoc,
Kuba.

Odczytujesz z katalogu
Ugs dla Id=1mA
Ugs=-2.6V
np.
Dla Rs=5.1K mamy Urs=5.1V
Dzielnik napięć z rezystorów R1 i R2 powinien dostarczyć napięcie równego 2.5V.
A chyba potrafisz obliczyć dzielnik napięć który z 15V "robi" 2.5V

Generalnie dobrze, tylko trochę pomotane te oznaczenia.
Prąd bramki to pojedyncze nA - można pominąć.
Tranzystor BF245 jest tranzystorem z kanałem typu N, a to oznacza, że wymaga ujemnego napięcia Ugs.
Zajrzyj sobie w datasheet dla BF245.
Niestety, te tranzystory polowe maja dość duży rozrzut charakterystyki, dlatego są zazwyczaj spotykane już posegregowane w grupy, (BF245A, BF245B, C), ale w każdej z tych grup nadal jest "szeroko". BF 245B dla prądu Id=1mA potrzebuje Ugs o wartości ok. -3V. I tu jest klops, bo wg mnie temat jest skopany- na źródle masz 1,5V, więc nawet zwarcie bramki do masy (R2=0)nie da wymaganego Ugs. To dałoby się zrobić na BF245A, który dla Id=1mA wymaga Ugs=-1V - wówczas zrobiłbyś dzielnik R1:R2=14,5:0,5 (rozumiesz już dlaczego? - bo na R2 powinno wtedy być 0,5V, aby Ugs=0,5V-1,5V=-1,0V), przy czym R1+R2 możesz założyć takie, aby prąd płynący przez R1+R2 był znacznie większy od prądu bramki (np.100mikroA).
Jednak nawet tak dobrany układ pracy rzadko kiedy spełnia oczekiwania - rozrzut Ugs w grupie jest duży i punkt pracy "rozjeżdża się" od wymaganego.
Zadanie wg mnie skopane, założenia błędne.
Czego teraz uczą........
Aha R3 ma znaczenie tylko i wyłącznie dla oczekiwanej rezystancji wejściowej całego układu. Jeśli nie ma tu założeń - przyjmij np. 100kohm.
------------------------------------------
Dopiero teraz widzę post kolegi jony - on nie doczytał i ma nie całkiem rację - ale może jednak ma jej trochę? - mianowicie może należy odejść od zasady Urs=0,1Udd? - np. gdy Urs=3,3V (Rs=3,3kohm), to na R2 powinno być ok. 0,3V - wyliczyć R1 i R2 już potrafisz.
Co nie zmienia faktu że temat skopany - bo zasada że Urs=0,1Udd jest słuszna.

marekzi wrote:

[ ... ]
------------------------------------------
Dopiero teraz widzę post kolegi jony - on nie doczytał i ma nie całkiem rację - ale może jednak ma jej trochę? - mianowicie może należy odejść od zasady Urs=0,1Udd? - np. gdy Urs=3,3V (Rs=3,3kohm), to na R2 powinno być ok. 0,3V - wyliczyć R1 i R2 już potrafisz.
Co nie zmienia faktu że temat skopany - bo zasada że Urs=0,1Udd jest słuszna.

I co z tego, że jest słuszna skoro, ze względu na wartości parametrów zastosowanego tranzystora, niemożliwa do przyjęcia...
I bardzo chciałbym wiedzieć dlaczego, wg Ciebie, "temat skopany"

Dziękuję za dyskusję i komentarze...
Podsumowując:
- dla danego prądu drenu Id (np. 1mA) szukamy wartości napięcia Ugs z datasheet'u,
- w polaryzacji tranzystorów bipolarnych słuszna jest zasada Urs = 0.1*Udd, jak widać faktycznie w tym przypadku "nie za bardzo", czyli można jakby założyć więcej niż Urs = 0.1*Udd np. Urs = 0.2*Udd lub Urs = 0.3*Udd?

Co do zadania, to parametry punktu pracy są w pewnym zakresie...
Generalnie cytując zadanie:

Quote:

Zaprojektować potencjometryczny zmodyfikowany układ zasilania tranzystora BF245B o następujących parametrach:

- napięcie zasilania Udd = 15V
- punkt pracy tranzystora: Id = 1, 2, 3, 4, 5 mA, ΔId = ±10%*Id
Uds = 5, 6, 7, 8 V
Parametry tranzystora BF245B
6mA ≤ Idss ≤ 15mA
1.9V ≤ -Up ≤ 4.3V

Zatem trzeba policzyć wszystkie możliwe kombinacje (?) prądu drenu Id ze spadkiem napięcia na dren-źródło Uds, co daje 20 punktów pracy (?) - i to nie licząc ΔId, bo obliczenia puchną wtedy 2 razy.
Co o tym sądzicie ??

Quarz wrote:

marekzi wrote:

[ ... ]
------------------------------------------
Dopiero teraz widzę post kolegi jony - on nie doczytał i ma nie całkiem rację - ale może jednak ma jej trochę? - mianowicie może należy odejść od zasady Urs=0,1Udd? - np. gdy Urs=3,3V (Rs=3,3kohm), to na R2 powinno być ok. 0,3V - wyliczyć R1 i R2 już potrafisz.
Co nie zmienia faktu że temat skopany - bo zasada że Urs=0,1Udd jest słuszna.

I co z tego, że jest słuszna skoro, ze względu na wartości parametrów zastosowanego tranzystora, niemożliwa do przyjęcia...
I bardzo chciałbym wiedzieć dlaczego, wg Ciebie, "temat skopany"

No to co należy zmienić - tranzystor np. na BF245A, czy zasadę?
( przypomnę, że zasada z definicji jest po to aby jej przestrzegać).
I dlatego właśnie temat jest skopany, bo (cały czas mówimy o jednym punkcie pracy wg pierwszego postu) nie da sie wyznaczyć wartości elementów dla tych założeń zadania w ZGODZIE z zasadą Urs=0,1Udd.
Ta zasada zapewne również była wykładana przez tego wykładowcę jako obowiązująca, więc zadanie nie jest zgodne z wyłożonym materiałem.

Założenie nie jest podane w treści zadania, ale skoro na każdych zajęciach tłuką o tym, że Urs = 0.1*Udd, to chyba nie bez powodu...

Mówiąc o założeniach miałem na myśli dane w zadaniu.
Mówiąc o zasadzie miałem na myśli "Urs=0,1Udd".
I zasada ta ma kilka uzasadnień i generalnie jest słuszna, należy jej przestrzegać. Dla mnie nie do przyjecia jest, aby naginać zasady do tranzystora - tym bardziej, że wystarczy dobrać tranzystor - po to są np.BF245A. To nie jest temat dla majsterkowicza, który ma tylko 1 szt BF245B, do sklepu 200km i musi DZISIAJ zrobić układ wg tych danych, tylko to jest nauka poważnego projektowania.
Patrząc na kompletne dane do zadania można sądzić, że układający je nie zauważył tego jednego błędu w założeniach (dla Id=1mA) - ja bym liczył wszystkie przypadki, a w tym konkretnym - wskazałbym na potrzebę zmiany na BF245A - i policzyłbym punkt pracy dla BF245.

marekzi wrote:

Patrząc na kompletne dane do zadania można sądzić, że układający je nie zauważył tego jednego błędu w założeniach (dla Id=1mA) - ja bym liczył wszystkie przypadki, a w tym konkretnym - wskazałbym na potrzebę zmiany na BF245A - i policzyłbym punkt pracy dla BF245.

I tak też uczynię.

marekzi wrote:

[ ... ]
No to co należy zmienić - tranzystor np. na BF245A, czy zasadę?
( przypomnę, że zasada z definicji jest po to aby jej przestrzegać).
I dlatego właśnie temat jest skopany, bo (cały czas mówimy o jednym punkcie pracy wg pierwszego postu) nie da sie wyznaczyć wartości elementów dla tych założeń zadania w ZGODZIE z zasadą Urs=0,1Udd.
Ta zasada zapewne również była wykładana przez tego wykładowcę jako obowiązująca, więc zadanie nie jest zgodne z wyłożonym materiałem.

Taaa... jak Mahomet nie może przyjść do góry, to wtedy góra przychodzi do Mahometa...
Natomiast "skopanie", szczególnie teraz wiosną, kojarzy mi się z zupełnie inną czynnością, choć nie tylko, ale to już byłby w bliższym określeniu wulgaryzm, więc nie napiszę...
Jest tyle innych i adekwatnych słów na określenie (jednoznaczne) tego faktu, iż używanie tu eufemizmów uważam za zbyteczne, by nie napisać dosadniej...

Jeszcze jedno: nie wiem,co ma oznaczać ΔId = ±10%*Id - domyślam sie, że dopuszczalną odchyłkę Id wynikającą z zaprojektowanego punktu pracy (bo chyba nie amplitudę Id wywołaną wysterowaniem?).
I tego warunku nie ma potrzeby uwzględniać w sensie podwajania obliczeń, tylko w sensie sprawdzenia, czy rozrzut parametrów BF245B (Ugs, Id) nie spowoduje przesunięcia punktu pracy poza ΔId = ±10%*Id .
I to chyba jest prawidłowe podejście do tego zadania - być może jego autor celowo założył takie "pułapki" - dla Id=1mA nie da sie tego zrobić na BF245B, i zapewne dla pewnych wartości Id nie da się dochować warunku ΔId = ±10%*Id - należy wtedy to wykazać, i ew. zaproponować inne rozwiązanie (np. zmianę tranzystora).
Jeśli tak jest (sprawdź to sobie obliczeniowo) - to temat nie jest "skopany".
A koledze Quarz nie zamierzam odpowiadać na zaczepki.

ΔId = ±10%*Id - to ma być prawdopodobnie dopuszczalna odchyłka wynikająca z doboru rezystorów z danego szeregu E wartości.

Jeśli tak - to nie ma sprawy i zapomnij o moich dywagacjach z ostatniego postu.

Kubbaz wrote:

ΔId = ±10%*Id - to ma być prawdopodobnie dopuszczalna odchyłka wynikająca z doboru rezystorów z danego szeregu E wartości.

Na pewno nie. Jak chcesz tu jeszcze uzwględniać tolerancje rezystorów od przyjętych ich wartości nominalnych to pozostaje tylko Tobie poszukać teorii projektowania Układów Elektronicznych na Najgorszy Przypadek... przy okazji natrafisz na Teorię Wrażliwości UE, fajna zabawa, ale nie "na pieszo" tylko przynajmniej przy wykorzystaniu jakiegoś Arkusza Kalkulacyjnego.

Podana odchyłka od wartości nominalnej prądu drenu wynika tylko z rozrzutu parametrów wejściowych zalecanego tranzystora.
Lecz za chwilę okaże się, iż by to spełnić to będzie konieczne zwiększenie wartości napięcia zasilania, by spełnić inne - podstawowe - wymogi odnośnie punktu pracy dla tego tranzystora.

Ok, zgadzam się z moim przedmówcą.... tu chodziło o co innego.
Chciałbym zwrócić uwagę na coś jeszcze:
Jeśli założymy że Urs = 10%Udd -> czyli Urs = 1.5V to konfrontując to z zależnością Id=f(-Ugs) mamy, że nawet dla maksymalnego wówczas napięcia z rezystora Rs (->1.5V) osiągniemy ok. 4mA, żeby prąd drenu Id był mniejszy napięcie -Ugs musi być większe (dla Id=1mA Ugs=-2.6V) co jest nie możliwe przy spadku napięcia na Rs=1.5V. zatem co jest nie tak?

Kubbaz wrote:

Ok, zgadzam się z moim przedmówcą.... tu chodziło o co innego.
Chciałbym zwrócić uwagę na coś jeszcze:
Jeśli założymy że Urs = 10%Udd -> czyli Urs = 1.5V to konfrontując to z zależnością Id=f(-Ugs) mamy, że nawet dla maksymalnego wówczas napięcia z rezystora Rs (->1.5V) osiągniemy ok. 4mA, żeby prąd drenu Id był mniejszy napięcie -Ugs musi być większe (dla Id=1mA Ugs=-2.6V) co jest nie możliwe przy spadku napięcia na Rs=1.5V. zatem co jest nie tak?

Tak jak pisałem wcześniej - założenia (dane) zadania są nie do końca przemyślane. Dla 1mA na BF245B to jest niemożliwe do zrobienia (oczywiście przy założeniu, że trzymamy sie danych zadania - Uzas, że dochowamy zasady Urs=0,1Udd). I wtedy należy to wykazać, zaproponować BF245A i policzyć dla niego- tylko ten punkt pracy (1mA).
Ale; -
mnie też nie wydaje sie, aby warunek ΔId = ±10%*Id dotyczył odchyłek wynikających z tolerancji rezystorów - choćby dlatego, że punkt pracy zależy od R1, R2 i Rs - 3 szt. z szeregu E24 oznacza rozrzut do 15%.
Pisząc "Jeśli tak - to nie ma sprawy i zapomnij o moich dywagacjach z ostatniego postu." myślałem o tym, że znasz swoich wykładowców lepiej niż my i masz jakieś przesłanki ku temu (sugestie, nawyki wykładowcy itp) by tak sądzić.
Dlatego zgadzam się z kol. Quarz (bo MNIE zdarza sie przyznać komuś rację) i powinieneś to policzyć tak jak proponowałem w poście z 30 Mar 2008 13:30.

marekzi wrote:

Dla 1mA na BF245B to jest niemożliwe do zrobienia (oczywiście przy założeniu, że trzymamy sie danych zadania - Uzas, że dochowamy zasady Urs=0,1Udd). I wtedy należy to wykazać, zaproponować BF245A i policzyć dla niego- tylko ten punkt pracy (1mA).

Na pewno tylko dla wartości prądu drenu Id = 1mA(?), bo wg mnie też nie da rady dla 2, 3 i 4mA:

Słusznie kolega Kubbaz zauważył - zapewne po przeliczeniu kilku punktów pracy.
I mam nadzieję, że nie ma o to do mnie pretensji - bo (przynajmniej mnie) nie chce sie liczyć tych wszystkich punktów ( a jest tego trochę) - interesuje mnie ten krytyczny - najbardziej oczywisty (1mA). A z charakterystyki BF245B wynika , że dla 4mA się uda (R2=0, bez R1).
Jest jeszcze jedna sprawa, której nikt nie poruszał - charakterystyki są uśrednione. Proszę skonfrontować wartości Idss(dla Ugs=0) podane w tabelce z wykresami - widać wyraźnie, że wykresy narysowano dla średnich wartości. Odchyłki można ekstrapolować na podstawie danych z tabelki (Idss, Vgs, Vp). Ten rozrzut charakterystyk , jak mi sie wydaje, powoduje że CAŁE zadanie jest nie do rozwiązania z powodu warunku ΔId = ±10%*Id.
Ale teraz widzę, że już o tym pisałem -post 30 Mar 2008 02:02 "Jednak nawet tak dobrany układ pracy rzadko kiedy spełnia oczekiwania - rozrzut Ugs w grupie jest duży i punkt pracy "rozjeżdża się" od wymaganego. " - ale wszyscy o tym zapomnieliśmy.

marekzi wrote:

Słusznie kolega Kubbaz zauważył - zapewne po przeliczeniu kilku punktów pracy.

Żadnego nie przeliczałem (w sensie z ołówkiem w ręku) - wystarczy wiedzieć że do spolaryzowania bramki dysponujemy spadkiem napięcia z rezystora Urs czyli te nasze 1.5V (tj.: 10%Udd), więc wystarczy spojrzeć na wykres powyżej (Id=f(-Ugs)) i od razu widać, że poniżej punktu 1.5V znajdują się prądy drenu Id większe od 4mA -> przy założeniu:

marekzi wrote:

A z charakterystyki BF245B wynika , że dla 4mA się uda (R2=0, bez R1).