Entwerfen eines weiteren BJT-Verstärkers angesichts einiger Einschränkungen

Question

Entwerfen eines weiteren BJT-Verstärkers angesichts einiger Einschränkungen

Thiago

Tut mir leid, dass ich eine Frage zum gleichen Thema wie meine letzte Frage gestellt habe, aber ich stecke wieder einmal bei einem BJT-Verstärker-Designproblem fest. Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein Wo der Beta-Parameter von 100 bis 800 variieren kann, beträgt die Spannung zwischen Emitter und Basis 0,6 V (aktiver Modus), Vt = 25 mV und der Early-Effekt kann ignoriert werden.

Es kann auch angenommen werden, dass die Bypass-Kondensatoren bei Wechselstrom einfach als Kurzschluss und bei Gleichstrom als Leerlauf wirken.

Es gibt zwei Einschränkungen:

Eingangsimpedanz > $2k\Omega$
Maximal möglicher Ausgangssignalhub

Was habe ich schon gemacht ( $i_C$ ist der Polarisationsstrom, der durch den Kollektor fließt):

Ich habe die Signalschwingungsgleichungen gefunden:

$V_{o_{max}} = 19.8 - i_C(R_C + R_E)\\ V_{o_{min}} = -i_C * R_C//R_L$

Ich fand auch heraus, dass die Eingangsimpedanz sein wird $r_\pi = \frac{\beta V_T}{i_C}$ aus dem Kleinsignalmodell. Darauf kann man schließen, wenn die Eingangsimpedanz > $2k\Omega$ für $\beta = 100$ , dann geht es weiter > $2k\Omega$ für $\beta = 800$ . Damit können wir arbeiten $\beta = 100$ , was ergibt:

$R_i = r_\pi = \frac{\beta V_T}{i_C} = \frac{100 * 0.025}{i_C} \rightarrow \frac{2.5}{i_C} > 2000 \rightarrow i_c < 1.25mA$

Ab jetzt weiß ich nicht mehr weiter. Ich habe schon einige Werte für ausprobiert $i_c$ , in der Lage zu sein, die Widerstände zu berechnen (nur unter der Annahme einer symmetrischen Ausgabe) und ich bemerkte, dass sie größer waren $i_c$ gibt größeren Signalschwung. Wie kann man das beweisen? Wie kann ich das Problem auch lösen, ohne eine symmetrische Ausgabe anzunehmen (mit einer Gleichung weniger [ $|V_{o_{max}}| = |V_{o_{min}}|$ ])?

Jippie

Nach meinem besten Wissen ist Ihre Kleinsignal-Eingangsimpedanz r (pi) eine Funktion des Großsignal-Kollektorstroms I (c) und nicht des Kleinsignal-Kollektorstroms i (c).

Thiago

Das ist es was ich meinte. Hinweis hinzugefügt.

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Nach meinem besten Wissen ist Ihre Kleinsignal-Eingangsimpedanz r (pi) eine Funktion des Großsignal-Kollektorstroms I (c) und nicht des Kleinsignal-Kollektorstroms i (c).

Alfred Centauri · Answer 1

Der DC-Kollektorstrom wird bestimmt durch $R_E$ :

$I_C = \alpha \dfrac{9.4V}{R_E} \approx \dfrac{9.4V}{R_E}$

Da Sie benötigen $I_C < 1.25mA$ , lautet die Nebenbedingungsgleichung:

$R_E > \dfrac{9.4V}{1.25mA} = 7.52k\Omega$

Die zweite Anforderung, der maximale Ausgangsspannungshub, legt ohne weitere Einschränkungen den Wert des Kollektorwiderstands nicht fest.

Wir haben:

$V_{o_{max}} = 19.8V - I_C(R_C + R_E)$

Aber die Spannung über $R_E$ ist auf 9,4 V festgelegt, also:

$V_{o_{max}} = 10.4V - I_C R_C$

$V_{o_{min}} = -I_C * R_C||R_L$

Wenn Sie ein wenig darauf starren, werden Sie sehen, dass der maximale Ausgangsspannungshub 10,4 V beträgt, aber dies erfordert das Produkt $I_C R_C = 0$ * was absurd ist.

Wenn wir nun auch symmetrisches Clipping benötigen, dann durch Inspektion:

(1) $V_{o_{max}} - V_{o_{min}} = 2 I_C (R_C||R_L)$

(2) $10.4V = I_C(R_C + R_C||R_L)$

Wenn Sie sich (1) ansehen, beachten Sie, dass wir bei maximalem Schwung mehr "Knall fürs Geld" bekommen, wenn wir ihn erhöhen $I_C$ statt $R_C$ .

Da haben wir eine Obergrenze auf $I_C$ , (2) wird zu:

$R_C + R_C||R_L = \dfrac{10.4V}{1.25mA} = 8.32k \Omega$

wofür gelöst werden kann $R_C$ .

* es sei denn $R_L$ ist ein offener Kreislauf

Jippie · Answer 2

Ich habe den Eindruck, dass dies eine Hausaufgabenfrage ist, daher werde ich mit einigen Vereinfachungen / Vernachlässigungen antworten. Es liegt an Ihnen, genauere Berechnungen durchzuführen.

Sagen wir Ic = Ie (was nicht ganz stimmt, aber gut genug für mich ist, da es deine Hausaufgabe ist, nicht meine ;o)).

Dh = IC = 1,25 mA

Sie wissen auch, dass die Basisspannung 0 V beträgt, da das Eingangssignal für die Großsignalanalyse durch einen Kurzschluss ersetzt werden soll.

Sie kennen den Emitterstrom; Sie kennen die Basisspannung und damit die Emitterspannung; daher können Sie die Spannung über dem Emitterwiderstand berechnen; und schließlich können Sie den Emitterwiderstand berechnen, indem Sie die Spannung an ihm durch den Strom durch ihn dividieren.

Größenordnung 7500 Ohm. Probieren Sie die genauen Berechnungen selbst aus. Erwägen Sie, diese zu Ihrer ursprünglichen Frage hinzuzufügen, indem Sie Ihren Fortschritt deutlich markieren.

Der nächste Schritt ist die Berechnung von Rc, aber die Antwort überlasse ich jemand anderem.

Für I_E = 1,25 mA sollte R_E bei 9,4 V Querspannung etwa 7500 Ohm betragen.
@AlfredCentauri ja du hast recht, ich habe dort einen Typ gemacht. Habe es korrigiert.

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