Merancang Penguat BJT diberi beberapa kendala

Saya mencoba merancang penguat BJT mengikuti model ini: masukkan deskripsi gambar di sini

Di mana parameter beta dapat bervariasi 100-800, tegangan antara basis dan emitor sama dengan 0.6V (modus aktif), dan Efek awal dapat diabaikan. $V_t = 25 mV$

Dapat juga diduga bahwa kapasitor bypass hanya bertindak sebagai hubungan pendek untuk AC dan sirkuit terbuka untuk DC.

Ada tiga kendala:

Pembuangan Daya Statis <25mW;
Ayunan Sinyal Keluaran 6Vpp
Kesalahan maksimum 5% pada arus kolektor untuk variasi apa pun di beta

Saya sudah bisa menunjukkan bahwa tegangan antara kolektor dan emitor akan menjadi 3.2V (menggunakan informasi ayunan sinyal), tetapi saya tidak tahu apa yang harus dilakukan selanjutnya.

Edit:

Perhitungan yang mengarah ke : $V_{CE} = 3.2V$

Ayunan sinyal keluaran menghasilkan bahwa batas atas akan +3V dan batas bawah akan -3V. Penguat akan memotong atau jenuh. Juga, sirkuit adalah sistem linier yang berarti bahwa Teorema Superposisi dapat digunakan. Pada setiap simpul, tegangan akan menjadi jumlah dari tegangan polarisasi (DC) dan tegangan sinyal (AC). Jadi, dengan menggunakan ayunan sinyal dan seandainya keluaran simetris ( dan adalah tegangan polarisasi di colletor dan emitor): $V_C$ $V_E$

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

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

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

amplifier bjt

— Thiago
sumber

Selanjutnya, Anda mensimulasikan hal itu dan bermain dengan nilai bagian hingga Anda mendapatkan perilaku yang Anda inginkan.

— Kaz

Bukankah instruktur Anda memberikan beberapa persamaan dan prosedur untuk menyelesaikan ini? Apakah ada masalah konseptual yang Anda perjuangkan?

— Joe Hass

V_{C E} = 3.2 V

$V_{CE}=3.2V$

V_{C E} = 3.2 V

$V_{CE} = 3.2V$

Jawaban:

Pertama, terjemahkan spesifikasi ke dalam persamaan kendala.

Untuk disipasi daya statis:

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

Arus pasokan kemudian:

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

Batasan daya statis kemudian menjadi:

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

Persamaan bias:

The Persamaan Bias BJT adalah:

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

Untuk sirkuit ini, kami memiliki:

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

$V_{EE} = 0V$

$V_{BE} = 0.6V$

$R_{BB} = R_1||R_2$

$R_{EE} = R_E$

Jadi, persamaan bias untuk sirkuit ini adalah:

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

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

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

Ayunan keluaran:

Level kliping positif dapat ditunjukkan sebagai :

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

Level kliping negatif dapat ditunjukkan sekitar:

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

Gabungkan semua ini:

$I_C = 1mA$

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

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

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

Kemudian,

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

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

Sekarang, periksa

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

Jadi, ini tidak memenuhi persamaan kendala stabilitas bias yang kami buat sebelumnya.

$I_C$

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

$I_C$ $2mA$

Solusi DC:

masukkan deskripsi gambar di sini

Mengemudi amplifier dengan gelombang sinus 1kHz 500mV:

masukkan deskripsi gambar di sini

$I_C$ $\beta$

— Alfred Centauri
sumber

R_{E}

$R_E$

R_{3}

$R_3$

R_{E}

$R_E$

I_{E} R_{E}

$I_E R_E$

Tegangan DC ya, tetapi mengenai ayunan tegangan yang Anda maksud adalah tegangan AC, bukan?

— Vasiliy

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

$v^-_O = (I_E R_E) + V_{CEsat} - (V^+ - I_C R_C)$ Istilah pertama di sebelah kanan adalah tegangan DC melintasi kapasitor bypass emitor. Istilah terakhir di sebelah kanan adalah tegangan DC melintasi kapasitor kopling output. Untuk perhitungan level kliping, diasumsikan bahwa kapasitor kopling dapat diganti dengan baterai, yaitu, bahwa mereka adalah sirkuit pendek AC dengan tegangan DC.

— Alfred Centauri

Saya kehilangan poin Anda. Saya akan mencoba membaca ini lagi nanti - mungkin kemudian saya akan mengerti. Thx

— Vasiliy

Karena ini adalah tugas akademis, izinkan saya memberi Anda beberapa petunjuk daripada jawaban yang lengkap.

Penguat yang dimaksud adalah penguat emitor-umum. Anda dapat menemukan ikhtisar singkat dan persamaan dasar untuk penguat ini di sini .

Sekarang, mari kita lihat apa yang harus Anda cari untuk memenuhi semua kendala.

Disipasi daya statis:

$R_1$ $R_2$

(β + 1) R_{E} >> R_{1} | | R_{2}

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

Jika kendala di atas terpenuhi, Anda tahu nilai tegangan di terminal dasar. Menghitung tegangan emitor sangat mudah.

Nilai-nilai resistor ini kadang-kadang akan cukup tinggi untuk daya statis yang ditarik oleh pembagi tegangan ini dapat diabaikan. Saya percaya bahwa kondisi ini berlaku pada konfigurasi ini, meskipun jika Anda membuat asumsi ini, Anda harus memeriksa validitasnya setelah Anda menyelesaikan pertanyaan.

Jalur arus DC tambahan adalah:

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

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

$P=IV$ $R_C$ $R_E$

Tambahkan dua kontribusi bersama.

Ayunan tegangan output:

Anda harus memastikan bahwa tegangan output dapat berosilasi 6Vpp. Kendala paling mudah pada tegangan DC kolektor yang mengikuti dari persyaratan ini adalah:

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}

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

$V_{BE}$

$V_{CE}$

$\beta$

$\beta$

Ringkasan:

Ini masalah yang sangat menarik dan kompleks. Saya tidak yakin bahwa ada metode analitik yang memungkinkan untuk memenuhi semua kendala sekaligus. Mulailah dengan memuaskan mereka satu demi satu, dan kembali dan ubah parameter ketika Anda menemui jalan buntu. Saya percaya Anda akan selesai setelah 2-3 iterasi meskipun saya tidak memecahkan pertanyaan sendiri.

Semoga berhasil

— Vasiliy
sumber

@ Mudah, kendala adalah pada variasi arus kolektor DC.

— Alfred Centauri