Projetando um amplificador BJT dadas algumas restrições

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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.Vt=25mV

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 :VCE=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 V E são as tensões de polarização no coletor e no emissor):VCVE

Vcmax=VC+3V=VC+vomax=VC+ICRC//RLVcmin=VC3V

ICRC//RL=3ViRC=iRLVE+0.2V

Vcmin=VC3V=VE+0.2VVCVE=3V+0.2VVCE=3.2V

Thiago
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2
Em seguida, você simula a coisa e brinca com os valores das peças até obter o comportamento desejado.
Kaz
3
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
VCE=3.2V
VCE=3.2V

Respostas:

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Primeiro, traduza as especificações em equações de restrição.

Para a dissipação de energia estática:

IR210IB=IC10β=100

A corrente de suprimento é então:

IPS=IC+11IB=1.11IC

A restrição de energia estática se torna:

IC<25mW1.1110V=2.25mA

A equação de viés:

A equação de viés do BJT é:

IC=VBBVEEVBERBBβ+REEα

Para este circuito, temos:

VBB=10VR2R1+R2

VEE=0V

VBE=0.6V

RBB=R1||R2

REE=RE

Portanto, a equação de viés para este circuito é:

IC=10VR2R1+R20.6VR1||R2β+REα

IC100β800

RE>0.165R1||R2

Balanço de saída:

O nível de recorte positivo pode ser mostrado como :

vO+=3V=ICRC||RL

O nível de recorte negativo pode ser mostrado sobre:

vO=3V=IC(RC+RE)9.8V6.8V=IC(RE+RC)

Coloque tudo isso junto:

IC=1mA

RC||10kΩ=3kΩRC=4.3kΩ

RE+RC=6.8kΩRE=2.5kΩ

VE=2.5VVB=3.1V

Então,

R2=VB10IB=3.1V100μA=31kΩ

R1=10VB11IB=6.9110μA=62.7kΩ

Agora verifica

0.165R1||R2=3.42kΩ>RE

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

IC

IC<2.25mAIR2=20IB


IC2mA

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

ICβ

Alfred Centauri
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RER3
RE IERE
Tensão CC sim, mas com relação ao balanço de tensão, você quer dizer tensões CA, não?
Vasiliy
vO=(IERE)+VCEsat(V+ICRC) 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
6

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:

R1R2

(β+1)RE>>R1||R2

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:

powersupplyRCQ1REgnd

P=IVRCRE

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:

VC>VE+VBE+Vpp2

and

VC<VCCVpp2

VBE

VCE

β

β

β

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