Thiết kế bộ khuếch đại BJT đưa ra một số hạn chế

Tôi đang cố gắng thiết kế một bộ khuếch đại BJT theo mô hình này: nhập mô tả hình ảnh ở đây

Trong đó tham số beta có thể thay đổi từ 100 đến 800, điện áp giữa cơ sở và bộ phát bằng 0,6V (chế độ hoạt động), $V_t = 25 mV$ và Hiệu ứng sớm có thể bị bỏ qua.

Cũng có thể giả định rằng các tụ điện bypass chỉ đơn giản hoạt động như một mạch ngắn cho AC và mạch hở cho DC.

Có ba ràng buộc:

Tản điện tĩnh <25mW;
Tín hiệu đầu ra Xoay 6Vpp
Lỗi tối đa 5% ở dòng collector cho bất kỳ biến thể nào ở phiên bản beta

Tôi đã có thể chỉ ra rằng điện áp giữa bộ thu và bộ phát sẽ là 3,2V (sử dụng thông tin xoay tín hiệu), nhưng tôi không biết phải làm gì tiếp theo.

Biên tập:

Tính toán dẫn đến : $V_{CE} = 3.2V$

Độ xoay tín hiệu đầu ra mang lại giới hạn trên sẽ là + 3V và giới hạn dưới sẽ là -3V. Bộ khuếch đại sẽ cắt hoặc bão hòa. Ngoài ra, mạch là một hệ thống tuyến tính có nghĩa là Định lý chồng chất có thể được sử dụng. Tại bất kỳ nút nào, điện áp sẽ là tổng của điện áp phân cực (DC) và điện áp tín hiệu (AC). Vì vậy, sử dụng dao động tín hiệu và đầu ra đối xứng giả định ( và là các điện áp phân cực tại colletor và bộ phát): $V_C$ $V_E$

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

Phương trình thứ nhất nói rằng (điều kiện cắt, không có dòng điện đi vào bóng bán dẫn; ) và hoạt động với phương trình thứ hai (giả sử rằng điện áp bộ thu tối thiểu là dẫn đến bão hòa): $I_C * R_C//R_L = 3V$ $i_{R_C} = i_{R_L}$ $V_E + 0.2V$

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

amplifier bjt

— Thiago
nguồn

Tiếp theo, bạn mô phỏng sự vật và chơi với các giá trị một phần cho đến khi bạn có được hành vi bạn muốn.

— Kaz

Không phải người hướng dẫn của bạn đã cung cấp một số phương trình và một quy trình để giải quyết điều này? Có một số vấn đề khái niệm bạn đang đấu tranh với?

— Joe Hass

Vui lòng hiển thị phép tính dẫn đến

V_{C E} = 3.2 V

$V_{CE}=3.2V$

— Vasiliy

Thêm việc tính toán cho

. Người hướng dẫn của tôi đã cung cấp các phương trình và các mô hình được sử dụng để phân tích các mạch bán dẫn, nhưng không chính xác làm thế nào để giải quyết vấn đề như vậy. Tôi không phải mô phỏng nó.

V_{C E} = 3.2 V

$V_{CE} = 3.2V$

— Thiago

Câu trả lời:

Đầu tiên, dịch các thông số kỹ thuật thành các phương trình ràng buộc.

Đối với tản điện tĩnh:

Giả sử, bây giờ, rằng cho trường hợp xấu nhất. $I_{R2} \ge 10 \cdot I_B = \dfrac{I_C}{10}$ $\beta = 100$

Hiện tại nguồn cung là:

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

Các ràng buộc năng lượng tĩnh sau đó trở thành:

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

Phương trình sai lệch:

Các phương trình thiên vị BJT là:

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

Đối với mạch này, chúng tôi có:

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

$V_{EE} = 0V$

$V_{BE} = 0.6V$

$R_{BB} = R_1||R_2$

$R_{EE} = R_E$

Vì vậy, phương trình sai lệch cho mạch này là:

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

Bây giờ, bạn muốn có ít hơn 5% biến thể trong cho $I_C$ . Sau một chút đại số, thấy rằng điều này đòi hỏi: $100 \le \beta \le 800$

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

Đầu ra swing:

Mức độ cắt tích cực có thể được hiển thị là :

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

Mức cắt âm có thể được hiển thị là về:

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

Đặt tất cả những thứ này lại với nhau:

$I_C = 1mA$

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

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

$V_E = 2.5V$ $V_B = 3.1V$

Sau đó,

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

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

Kiểm tra bây giờ

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

Vì vậy, điều này không đáp ứng phương trình ràng buộc ổn định thiên vị mà chúng tôi đã thiết lập trước đó.

$I_C$

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

$I_C$ $2mA$ để tính toán.

Giải pháp DC:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Điều khiển bộ khuếch đại với sóng hình sin 500mV 1kHz:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

$I_C$ $\beta$

— Alfred Centauri
nguồn

R_{E}

$R_E$

R_{3}

$R_3$

R_{E}

$R_E$

I_{E} R_{E}

$I_E R_E$

Điện áp DC có, nhưng liên quan đến điện áp xoay bạn có nghĩa là điện áp xoay chiều, không?

— Vasiliy

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

$v^-_O = (I_E R_E) + V_{CEsat} - (V^+ - I_C R_C)$ Thuật ngữ đầu tiên bên phải là điện áp DC trên tụ điện bỏ qua bộ phát. Thuật ngữ cuối cùng bên phải là điện áp DC trên tụ ghép đầu ra. Để tính toán mức cắt, người ta cho rằng các tụ ghép có thể được thay thế bằng pin, tức là chúng là các mạch ngắn mạch AC có điện áp một chiều.

— Alfred Centauri

Tôi đang thiếu quan điểm của bạn. Tôi sẽ cố gắng đọc lại điều này sau - có lẽ sau đó tôi sẽ hiểu. Thx

— Vasiliy

Vì đây là một nhiệm vụ học thuật, hãy để tôi cung cấp cho bạn một số hướng dẫn chứ không phải là một câu trả lời hoàn chỉnh.

Bộ khuếch đại trong câu hỏi là bộ khuếch đại phát chung. Bạn có thể tìm thấy một tổng quan ngắn và phương trình cơ bản cho bộ khuếch đại này ở đây .

Bây giờ, hãy xem những gì bạn nên tìm kiếm để đáp ứng tất cả các ràng buộc.

Tản điện tĩnh:

$R_1$ $R_2$

(β + 1) R_{E} >> R_{1} | | R_{2}

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

Nếu các ràng buộc trên được thỏa mãn, bạn biết giá trị của điện áp ở đầu cực cơ sở. Tính toán điện áp của bộ phát là đơn giản.

Các giá trị của các điện trở này đôi khi sẽ đủ cao để công suất tĩnh được vẽ bởi bộ chia điện áp này không đáng kể. Tôi tin rằng điều kiện này có trong cấu hình này, mặc dù nếu bạn đưa ra giả định này, bạn phải kiểm tra tính hợp lệ của nó sau khi bạn giải quyết câu hỏi.

Đường dẫn DC hiện tại bổ sung là:

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

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

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

Cộng hai đóng góp lại với nhau.

Xoay điện áp đầu ra:

Bạn phải đảm bảo rằng điện áp đầu ra có thể dao động 6Vpp. Các ràng buộc đơn giản nhất đối với điện áp DC của bộ thu theo yêu cầu này là:

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}

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

$V_{BE}$

$V_{CE}$

$\beta$ :

$\beta$

Tóm lược:

Đây là vấn đề rất thú vị và phức tạp. Tôi không chắc chắn rằng có một phương pháp phân tích cho phép đáp ứng hoàn toàn tất cả các ràng buộc. Bắt đầu bằng cách thỏa mãn chúng lần lượt, và lấy lại và thay đổi các tham số khi bạn gặp phải ngõ cụt. Tôi tin rằng bạn sẽ hoàn thành sau 2-3 lần lặp mặc dù tôi không tự mình giải quyết câu hỏi.

Chúc may mắn

— Vasiliy
nguồn

@Vasily, ràng buộc là biến thể của dòng thu DC.

— Alfred Centauri