Projetando um amplificador BJT dadas algumas restrições

Estou tentando projetar um amplificador BJT seguindo este modelo: insira a descrição da imagem aqui

Quando o parâmetro beta pode variar de 100-800, a tensão entre a base e o emissor é igual a 0,6 V (modo activo), e o Efeito precoce pode ser ignorado. $V_t = 25 mV$

Também se pode supor que os capacitores de bypass simplesmente atuam como um curto-circuito para CA e um circuito aberto para CC.

Existem três restrições:

Dissipação de potência estática <25mW;
Balanço do sinal de saída de 6Vpp
Erro máximo de 5% na corrente do coletor para qualquer variação na versão beta

Consegui mostrar que a tensão entre o coletor e o emissor será de 3,2V (usando as informações de oscilação do sinal), mas não sei o que fazer a seguir.

Editar:

Cálculo que levou a : $V_{CE} = 3.2V$

O balanço do sinal de saída gera que o limite superior será + 3V e o limite inferior será -3V. O amplificador irá cortar ou saturar. Além disso, o circuito é um sistema linear, o que significa que o Teorema da Superposição pode ser usado. Em qualquer nó, a tensão será a soma da tensão de polarização (DC) e a tensão do sinal (CA). Portanto, usando o balanço do sinal e supondo uma saída simétrica ( e são as tensões de polarização no coletor e no emissor): $V_C$ $V_E$

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

$I_C * R_C//R_L = 3V$ $i_{R_C} = i_{R_L}$ $V_E + 0.2V$

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

amplifier bjt

— Thiago
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Em seguida, você simula a coisa e brinca com os valores das peças até obter o comportamento desejado.

— Kaz

O seu instrutor não forneceu algumas equações e um procedimento para resolver isso? Existe algum problema conceitual com o qual você está lutando?

— 21713 Joe Hass

V_{C E} = 3.2 V

$V_{CE}=3.2V$

V_{C E} = 3.2 V

$V_{CE} = 3.2V$

Respostas:

Primeiro, traduza as especificações em equações de restrição.

Para a dissipação de energia estática:

$I_{R2} \ge 10 \cdot I_B = \dfrac{I_C}{10}$ $\beta = 100$

A corrente de suprimento é então:

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

A restrição de energia estática se torna:

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

A equação de viés:

A equação de viés do BJT é:

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

Para este circuito, temos:

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

$V_{EE} = 0V$

$V_{BE} = 0.6V$

$R_{BB} = R_1||R_2$

$R_{EE} = R_E$

Portanto, a equação de viés para este circuito é:

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

$I_C$ $100 \le \beta \le 800$

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

Balanço de saída:

O nível de recorte positivo pode ser mostrado como :

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

O nível de recorte negativo pode ser mostrado sobre:

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

Coloque tudo isso junto:

$I_C = 1mA$

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

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

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

Então,

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

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

Agora verifica

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

Portanto, isso não atende à equação de restrição de estabilidade de polarização que estabelecemos anteriormente.

$I_C$

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

$I_C$ $2mA$

A solução DC:

insira a descrição da imagem aqui

Dirigindo o amplificador com uma onda senoidal de 500mV 1kHz:

insira a descrição da imagem aqui

$I_C$ $\beta$

— Alfred Centauri
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R_{E}

$R_E$

R_{3}

$R_3$

R_{E}

$R_E$

I_{E} R_{E}

$I_E R_E$

Tensão CC sim, mas com relação ao balanço de tensão, você quer dizer tensões CA, não?

— Vasiliy

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

$v^-_O = (I_E R_E) + V_{CEsat} - (V^+ - I_C R_C)$ O primeiro termo à direita é a tensão CC no capacitor de desvio do emissor. O último termo à direita é a tensão CC no capacitor de acoplamento de saída. Para cálculos de nível de recorte, supõe-se que os capacitores de acoplamento possam ser substituídos por baterias, ou seja, que sejam curtos-circuitos CA com uma tensão contínua.

— Alfred Centauri

Estou perdendo o seu ponto. Vou tentar ler isso novamente mais tarde - talvez então eu entenda. Thx

— Vasiliy

Como essa é uma tarefa acadêmica, deixe-me dar algumas orientações, em vez de uma resposta completa.

O amplificador em questão é um amplificador de emissor comum. Você pode encontrar uma breve visão geral e equações básicas para este amplificador aqui .

Agora, vamos ver o que você deve procurar para satisfazer todas as restrições.

Dissipação de potência estática:

$R_1$ $R_2$

(β + 1) R_{E} >> R_{1} | | R_{2}

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

Se a restrição acima for atendida, você saberá o valor da tensão no terminal base. O cálculo da tensão do emissor é simples.

Os valores desses resistores às vezes serão altos o suficiente para que a potência estática consumida por esse divisor de tensão seja desprezível. Acredito que essa condição se mantenha nessa configuração, embora, se você fizer essa suposição, verifique sua validade depois de resolver a questão.

O caminho de corrente DC adicional é:

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

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

$P=IV$ $R_C$ $R_E$

Adicione as duas contribuições.

Balanço de tensão de saída:

Você deve garantir que a tensão de saída possa oscilar 6Vpp. As restrições mais diretas na tensão DC do coletor, seguindo este requisito, são:

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}

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

$V_{BE}$

$V_{CE}$

$\beta$

$\beta$

Resumo:

Este é um problema muito interessante e complexo. Não tenho certeza de que exista um método analítico que permita satisfazer completamente todas as restrições. Comece satisfazendo-os um após o outro e volte e altere os parâmetros quando encontrar um beco sem saída. Eu acredito que você será feito após 2-3 iterações, embora eu não tenha resolvido a questão.

Boa sorte

— Vasiliy
fonte

@ Geralmente, a restrição está na variação da corrente do coletor DC.

— Alfred Centauri