Проектування підсилювача BJT дано деякі обмеження

Я намагаюся створити підсилювач BJT за цією моделлю: введіть тут опис зображення

Якщо бета-параметр може змінюватись від 100 до 800, напруга між базою та випромінювачем дорівнює 0,6 В (активний режим), і Ефект раннього ефекту може ігноруватися. $V_t = 25 mV$

Можна також припустити, що обхідні конденсатори просто виконують роль короткого замикання для змінного струму та відкритого контуру постійного струму.

Існує три обмеження:

Статичне розсіювання потужності <25мВт;
Перепади вихідного сигналу 6Впп
Максимальна помилка 5% при струмі колектора для будь-яких варіацій бета-версії

Мені вдалося показати, що напруга між колектором та випромінювачем буде 3,2 В (використовуючи інформацію про розгойдування сигналу), але я не знаю, що робити далі.

Редагувати:

Розрахунок, який призвів до : $V_{CE} = 3.2V$

Коливання вихідного сигналу призводить до того, що верхня межа буде + 3V, а нижня межа - -3V. Підсилювач буде або обрізати, або насичувати. Також схема є лінійною системою, що означає, що може використовуватися теорема суперпозиції. На будь-якому вузлі напруга буде сумою напруги поляризації (постійного струму) та напруги сигналу (змінного струму). Отже, використовуючи розгойдування сигналу та припускаючи симетричний вихід ( і - напруги поляризації на колекторі та випромінювачі): $V_C$ $V_E$

$V_{cmax} = V_C + 3V = V_C + v_{omax} = V_C + I_C * R_C//R_L\\ V_{cmin} = V_C - 3V$

Перше рівняння говорить про те, що (умова відключення, струм, що не надходить в транзистор; ) і працює з другим рівнянням (припустимо, що мінімальна напруга колектора становить що призводить до насичення): $I_C * R_C//R_L = 3V$ $i_{R_C} = i_{R_L}$ $V_E + 0.2V$

$V_{cmin} = V_C - 3V = V_E + 0.2V \rightarrow V_C - V_E = 3V + 0.2V \rightarrow V_{CE} = 3.2V$

amplifier bjt

— Тіаго
джерело

Далі ви моделюєте річ і граєте зі значеннями частин, поки не отримаєте потрібну вам поведінку.

— Каз

Чи не запропонував ваш інструктор деякі рівняння та процедуру вирішення цього питання? Чи є якесь концептуальне питання, з яким ви стикаєтесь?

— Джо Хасс

Покажіть розрахунок, який призвів до

будь ласка.

V_{C E} = 3.2 V

$V_{CE}=3.2V$

— Василь

Доданий розрахунок для

. Мій інструктор надав рівняння та моделі, які використовувались для аналізу транзисторних схем, але не точно, як вирішити таку проблему. Я не повинен це імітувати.

V_{C E} = 3.2 V

$V_{CE} = 3.2V$

— Тіаго

Відповіді:

Спочатку переведіть специфікації в рівняння обмежень.

Для статичного розсіювання потужності:

Припустимо, на даний момент, що для найгіршого випадку. $I_{R2} \ge 10 \cdot I_B = \dfrac{I_C}{10}$ $\beta = 100$

Струм живлення тоді:

$I_{PS} = I_C + 11 \cdot I_B = 1.11 \cdot I_C$

Потім статичне обмеження потужності стає:

$\rightarrow I_C < \dfrac{25mW}{1.11 \cdot 10V} = 2.25mA$

Рівняння зміщення:

Рівняння зміщення BJT дорівнює:

$I_C = \dfrac{V_{BB} - V_{EE} - V_{BE}}{\frac{R_{BB}}{\beta} + \frac{R_{EE}}{\alpha}}$

Для цього кола ми маємо:

$V_{BB} = 10V \dfrac{R_2}{R_1 + R_2}$

$V_{EE} = 0V$

$V_{BE} = 0.6V$

$R_{BB} = R_1||R_2$

$R_{EE} = R_E$

Отже, рівняння зміщення для цієї схеми:

$I_C = \dfrac{10V \frac{R_2}{R_1 + R_2} - 0.6V}{\frac{R_1||R_2}{\beta} + \frac{R_E}{\alpha}}$

Тепер вам потрібно менше 5% варіації на $I_C$ . Після трохи алгебри, з’ясуйте, що для цього потрібно: $100 \le \beta \le 800$

$\rightarrow R_E > 0.165 \cdot R_1||R_2$

Вихідні гойдалки:

Позитивний рівень відсікання може бути показаний таким :

$v^+_O = 3V = I_C \cdot R_C||R_L$

Негативний рівень відсікання може бути приблизно таким:

$v^-_O = -3V = I_C(R_C + R_E) - 9.8V \rightarrow 6.8V = I_C(R_E + R_C)$

Зберіть все це разом:

Виберіть, наприклад, потім: $I_C = 1mA$

$R_C||10k\Omega = 3k\Omega \rightarrow R_C = 4.3k\Omega$

$R_E + R_C = 6.8k\Omega \rightarrow R_E = 2.5k\Omega$

Таким чином, і $V_E = 2.5V$ $V_B = 3.1V$

Тоді,

$R_2 = \dfrac{V_B}{10 \cdot I_B} = \dfrac{3.1V}{100\mu A} = 31k\Omega$

$R_1 = \dfrac{10 - V_B}{11 \cdot I_B} = \dfrac{6.9}{110\mu A} = 62.7k\Omega$

Тепер перевірте

$0.165 \cdot R_1||R_2 = 3.42k \Omega > R_E$

Отже, це не відповідає рівнянню обмеження стійкості до зміщення, яке ми створили раніше.

$I_C$

$I_C < 2.25mA$ $I_{R2} = 20 \cdot I_B$

$I_C$ $2mA$ для розрахунку.

Рішення постійного струму:

введіть тут опис зображення

Керування підсилювачем синусоїдою потужністю 500 мВ 1 кГц:

введіть тут опис зображення

$I_C$ $\beta$

— Альфред Кентаврі
джерело

R_{E}

$R_E$

R_{3}

$R_3$

R_{E}

$R_E$

I_{E} R_{E}

$I_E R_E$

Напруга постійного струму так, але під зміною напруги ви маєте на увазі напруги змінного струму, ні?

— Василь

v_{O}^{-} = (I_{E} R_{E}) + V_{C E s a t} - (V^{+} - I_{C} R_{C})

$v^-_O = (I_E R_E) + V_{CEsat} - (V^+ - I_C R_C)$ Перший термін праворуч - це напруга постійного струму через байпасний конденсатор випромінювача. Останній член праворуч - це напруга постійного струму через вихідний конденсатор зв'язку. Для обчислень рівня відсікання передбачається, що конденсатори зчеплення можуть бути замінені акумуляторами, тобто, вони є короткими замиканнями змінного струму з напругою постійного струму поперек.

— Альфред Кентаврі

Я пропускаю вашу думку. Спробую прочитати це ще раз пізніше - можливо, тоді зрозумію. Thx

— Василь

Оскільки це академічне завдання, дозвольте дати вам трохи рекомендацій, а не повну відповідь.

Розглянутий підсилювач - це загальнопромінювальний підсилювач. Короткий огляд та основні рівняння цього підсилювача ви можете знайти тут .

Тепер давайте подивимось, на що слід звернути увагу, щоб задовольнити всі обмеження.

Статичне розсіювання потужності:

$R_1$ $R_2$

(β + 1) R_{E} >> R_{1} | | R_{2}

$(\beta +1)R_E >> R_1||R_2$

Якщо вищевказане обмеження задоволено, ви знаєте значення напруги на базовому терміналі. Розрахунок напруги випромінювача прямолінійний.

Значення цих резисторів іноді будуть досить високими, щоб статична потужність, отримана цим дільником напруги, була незначною. Я вважаю, що ця умова дотримується в цій конфігурації, хоча якщо ви зробите це припущення, ви повинні перевірити його дійсність після вирішення питання.

Додатковим поточним струмом постійного струму є:

p o w e r s u p p l y \to R_{C} \to Q_{1} \to R_{E} \to g n d

$power supply \rightarrow R_C \rightarrow Q_1 \rightarrow R_E \rightarrow gnd$

$P=IV$ $R_C$ $R_E$ .

Додайте два внески разом.

Перепади вихідної напруги:

Ви повинні переконатися, що вихідна напруга може коливатися 6Впп. Найбільш прямими обмеженнями постійної напруги колектора, що випливають з цієї вимоги, є:

V_{C} > V_{E} + V_{B E} + \frac{V p p}{2}

$V_C>V_{E}+V_{BE}+\frac{Vpp}{2}$

a n d

$and$

V_{C} < V_{C C} - \frac{V p p}{2}

$V_C<V_{CC}-\frac{Vpp}{2}$

$V_{BE}$

$V_{CE}$

$\beta$ :

$\beta$

Підсумок:

Це дуже цікава і складна проблема. Я не впевнений, що існує аналітичний метод, який дозволяє взагалі задовольнити всі обмеження. Почніть із задоволення їх одна за одною, і повертайтеся та змінюйте параметри, коли ви стикаєтеся з тупиком. Я вірю, що ти закінчишся після 2-3 ітерацій, хоча я сам не вирішив питання.

Удачі

— Василь
джерело

@ Вважається обмеженням на зміну струму колектора постійного струму.

— Альфред Кентаврі