Annahmen beim Entwerfen eines Verstärkers

Ich lese "Op Amps for Everyone" von Ron Mancini von Texas Instruments durch und kann nicht verstehen, warum sie eine Annahme getroffen haben:

Die Spezifikationen für den Verstärker sind eine Wechselspannungsverstärkung von vier und ein Spitze-zu-Spitze-Signalhub von 4 Volt.

Dies ist die Schaltung, die sie geben:

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IC wird als 10 mA ausgewählt, weil der Transistor an diesem Punkt eine Stromverstärkung (β) von 100 hat. Die Kollektorspannung wird willkürlich auf 8 V eingestellt; Wenn die Kollektorspannung um positive 2 V (von 8 V auf 10 V) schwingt, fällt immer noch genug Spannung über RC ab, um den Transistor eingeschaltet zu halten. Stellen Sie die Kollektor-Emitter-Spannung auf 4 V ein; Wenn die Kollektorspannung um negative 2 V (von 8 V auf 6 V) schwingt, hat der Transistor immer noch 2 V, sodass er linear bleibt. Dadurch wird die Emitterspannung (VE) auf 4 V eingestellt.

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Ich kann das gut nachvollziehen. Nächster Schritt.

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Das ist auch in Ordnung. Allerdings verstehe ich den nächsten Text nicht:

Wir möchten, dass die Basisspannung 4,6 V beträgt, da die Emitterspannung dann 4 V beträgt. Nehmen Sie einen Spannungsabfall von 0,4 V über RTH an, sodass Gleichung 2–35 geschrieben werden kann. Der Abfall über RTH beträgt aufgrund von Beta-Variationen möglicherweise nicht genau 0,4 V, aber einige hundert mV spielen bei diesem Design keine Rolle. Berechnen Sie nun das Verhältnis von R1 und R2 mit der Spannungsteilerregel (der Laststrom wurde berücksichtigt).

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Warum haben sie einen Spannungsabfall von 0,4 V über dem Thevenin-Widerstand angenommen? Wenn es eine Annahme ist, warum dann sagen, dass es nahe an diesem Wert sein wird? Wie kamen sie auf den Wert von 0,4 V?

Antworten (1)

Die 0,4 V über dem Thevenin-Widerstand (R1//R2) ist eine etwas willkürliche Designwahl basierend auf der Emitterspannung. Es ist der Spannungsabfall, der durch Ib des Transistors verursacht wird, weil er den Spannungsteiler aus R1 und R2 belastet.

Die Wahl von mehr als 0,4 V würde zu höheren Werten für R1 und R2 führen, was zu einem größeren Spannungsabfall durch Ib führen würde, was zu einer anderen Emitterspannung als den von uns gewünschten 4 V führen würde.

Und ebenso würde ein niedrigerer Wert zu einem geringeren Spannungsabfall führen.

Ich denke, sie haben nur 10% der Emitterspannung (4 V) als Wert verwendet. Das macht Sinn, da die 0,6 V abfallen v B e ist relativ konstant. Und wenn die Emitterspannung niedriger wäre, beispielsweise 1 V, würden Sie den Spannungsabfall aufgrund von wünschen ICH B kleiner sein, um nicht zu weit von den ursprünglichen Berechnungen entfernt zu sein.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich das verstehe. Wenn wir einen größeren Wert als 0,4 wählen, haben Sie recht, es würde einen größeren Abfall über Rth geben (bei demselben Ib), aber Vth wäre auch größer (weil es durch R1 und R2 definiert ist); Vb wäre also immer noch 4,6 V und somit bleibt die Emitterspannung unverändert ....
"Also wäre Vb immer noch 4,6 V", das ist nicht wahr! Nehmen Sie einfach an, R1 und R2 haben einen Wert von mehreren Megaohm. Der Strom durch R1 wäre viel größer (aufgrund des Basisstroms) als der Strom durch R2. Dies würde zu einem stärkeren Spannungsabfall über R1 führen, wodurch Vbase viel niedriger als 4,6 V wäre. Es geht darum, den Strom durch R1 und R2 deutlich größer als Ib zu machen , damit wir Ib ignorieren können.
Jetzt wo ich es verstehe. Ich kann sehen, dass ich, wenn ich möchte, dass Ib 0,1 mA beträgt, die Widerstände R1 und R2 ausreichend klein machen muss, damit genügend Strom fließen kann; aber das setzt nur eine obere Grenze ihrer Größe. Es erklärt nicht, warum sie 0,4 V gewählt haben.
Tatsächlich wird im Text nicht erklärt, daher vermute ich nur, dass sie 0,1 * Ve = 0,4 V als Designbeschränkung gewählt haben. Oft ergibt sich diese Wahl aus Erfahrung. Ich kann sehen, dass das Sinn macht, es ist nur bedauerlich, dass es nicht richtig erklärt wurde.
Ja, OK, danke für deine Hilfe, ich versuche es jetzt zu modellieren. Um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie sich die Werte von R1 und R2 auf das Ergebnis auswirken.
Tim - Die Wahl der Werte für R1 und R2 ist IMMER ein Kompromiss zwischen zwei widersprüchlichen Anforderungen: Das Impedanzniveau sollte (a) so klein wie möglich sein, um Beta-Variationen zu bewältigen (IB nur ein sehr kleiner Teil des Gesamtstroms durch des Teilers) und (b) er sollte im Hinblick auf einen ausreichend hohen Eingangswiderstand sowie die entsprechende Leistungsaufnahme nicht zu klein sein.
@LvW, "Impedanzniveau" ist im Englischen kein gebräuchlicher Begriff. Wenn Sie erklären, was es bedeutet, wird Ihr Kommentar klarer.
Das Photon - danke für den Hinweis: "Impedanzniveau" bezieht sich auf die verschiedenen Alternativen, um zB ein 1:10-Spannungsteilungsverhältnis R1/(R1+R2) zu entwerfen. Hochohmig: R1=100k, R2=900k. Niederohmig: R1=1k, R2=9k.
Impedanzniveau = Impedanzniveau (Yep, I'm Dutch :-) ) Eigentlich ist der eigentliche niederländische Begriff: "impedantie niveau"
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