projektowanie wzmacniaczy oe, chomikuj, materialy na projekt nr 1

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Projektowanie wzmacniacza tranzystorowego OE
Poniżej przedstawiono dwa przykłady projektu wzmacniacza tranzystorowego
pracującego w konfiguracji OE.
Pierwsze z zadań przedstawia projekt układu, którego zadaniem jest uzyskanie na
zadanej wartości rezystancji obciążenia wzmacniacza określonej amplitudy
niezniekształconego napięcia sinusoidalnego. Dodatkowo wyznaczone są parametry robocze
układu oraz podany został sposób ograniczenia pasma pracy wzmacniacza. Przeanalizowana
została także zmiana parametrów roboczych układu w przypadku braku pojemności
bocznikującej rezystor emiterowy (wprowadzenie lokalnego sprzężenia zwrotnego).
W zadaniu numer 2 zaprojektowano wzmacniacz tranzystorowy spełniający
następujące wymagania: określone wzmocnienie napięciowe, właściwości szumowe (dobór
punktu pracy) oraz zadane pasmo pracy układu.
Zadanie 1
Zaprojektować wzmacniacz tranzystorowy pracujący w konfiguracji OE (rys. 1),
którego minimalna amplituda napięcia wyjściowego będzie równa U
WYmin
= 1.5V dla
rezystancji obciążenia układu R
L
= 3kΩ. Częstotliwość dolna f
d
powinna wynosić 80Hz, a
częstotliwość górna f
g
= 200kHz. Wyznaczyć parametry robocze oraz górną częstotliwość
graniczną zaprojektowanego wzmacniacza w przypadku braku w układzie pojemności C
3
. W
układzie zastosować tranzystor BC527 II o parametrach: U
BE
= 0.65V, U
Cesat
= 0.25V, β
0
=
200, c
b’c
= 4.5pF, f
T
= 150MHz, r
bb’
= 0. Rezystancja generatora jest równa R
g
= 1kΩ.
Wszystkie wyznaczone wartości rezystancji i pojemności unormować do szeregu E24.
Rys. 1.1. Schemat projektowanego wzmacniacza tranzystorowego
Rozwiązanie
Aby na wyjściu wzmacniacza móc uzyskać określoną wartość niezniekształconej amplitudy
napięcia, przy zadanej wartości rezystancji obciążenia, należy odpowiednio dobrać punkt
pracy tranzystora (I
CQ
, U
CEQ
). Do określenia wartości prądu kolektora I
CQ
pomocna będzie
analiza zmiennoprądowa wyjścia wzmacniacza (rys. 1.2).
Rys. 1.2. Schemat zmiennoprądowy wzmacniacza: a) uwzględniający wszystkie elementy, b)
uproszczony poprzez uwzględnienie połączenia równoległego rezystancji
Przedstawione na rys. 1.2b rezystancje dane są następującymi zależnościami:
R
B
=
R
1
R
2
(1.1)
R
3
obc
R
=
R
L
. (1.2)
Analizując schemat z rys. 1.2b można napisać, korzystając z prawa Ohma, że:
i
=
u
WY
. (1.3)
WY
R
obc
Rys. 1.3. Charakterystyki wyjściowe tranzystora z naniesionym punktem pracy i zmianami
napięcia U
CE
i prądu I
C
Widzimy także z rys. 1.3, że maksymalna amplituda prądu wyjściowego i
WY
wzmacniacza jest
równa co do wartości prądowi tranzystora w punkcie pracy I
CQ
. Prądy i
WY
i I
CQ
mają
przeciwne zwroty. Korzystając z zależności (1.3) możemy wyznaczyć minimalną wartość
amplitudy prądu wyjściowego wzmacniacza, a co za tym idzie minimalną wartość prądu
kolektora tranzystora w punkcie pracy. Ponieważ nie znamy wartości rezystancji obciążenia
R
obc
, przed obliczeniami musimy założyć wartość rezystancji kolektorowej R
3
. Wartość
rezystancji R
3
zakładamy w granicach pojedynczych kiloomów. Dla uproszczenia obliczeń
założono R
3
= R
L
= 3kΩ. Stąd, korzystając z zależności (1.2) R
obc
= 1.5kΩ i minimalna
wartość amplitudy prądu wyjściowego wzmacniacza wynosi:
i
=
I
=
u
WY
min
=
1
V
=
mA
(1.4)
WY
min
CQ
min
R
1
k
W
obc
Aby spełnić warunek na minimalną amplitudę niezniekształconego napięcia wyjściowego
wzmacniacza z pewnym zapasem przyjęto wartość prądu kolektora tranzystora w punkcie
pracy I
CQ
= 1.5mA. Wartość napięcia kolektor – emiter tranzystora w punkcie pracy
wyznaczono korzystając z rys. 1.3. Aby tranzystor nie wchodził w stan nasycenia dla
1
określonej minimalnej amplitudy napięcia wyjściowego wzmacniacza minimalna wartość
napięcia U
CEQ
musi spełniać zależność:
U
CEQ
min
=
U
CEsat
+
u
WY
min
+
D
U
(1.5)
D jest zapasem napięcia uwzględniającym zmiany punktu pracy wywołane zmianami
temperatury. Zazwyczaj przyjmuje się
D
U
2
=
( )
V
1 ¸
. Przyjmując
V
D
U
2
=
napięcie U
CEQmin
wynosi:
U
CEQ
min
=
U
CEsat
+
u
WY
min
+
D
U
=
0
25
V
+
1
V
+
2
V
=
3
75
V
(1.6)
Następnie, korzystając ze schematu stałoprądowego wzmacniacza (rys. 1.4), wyznaczamy
wartość napięcia zasilania wzmacniacza oraz wartości pozostałych rezystancji w układzie.
W celu zapewnienia dobrej stabilności temperaturowej punktu pracy spadek napięcia
na rezystorze emiterowym R
4
powinien być kilkukrotnie większy od wartości napięcia baza –
emiter tranzystora:
U
4
R
U
4
=
(
2
¸
)
BEQ
(1.7)
Korzystając z powyższego wyznaczamy wartość napięcia U
R3
:
U
BEQ
R
4
=
3
=
3
×
0
65
V
=
1
95
V
(1.8)
Rys. 4. Schemat stałoprądowy wzmacniacza
Następnie, można zapisać równanie:
U
CC
min
=
U
R
3
+
U
CEQ
min
+
U
R
4
=
I
CQ
R
3
+
U
CEQ
min
+
U
R
4
=
(1.9)
=
1
mA
×
3
k
W
+
3
75
V
+
1
95
V
=
10
.
V
gdzie
U
 Normując wartość napięcia zasilania do wartości standartowych przyjęto U
CC
= 12V, co
spowodowało wzrost napięcia kolektor – emiter do wartości U
CEQ
= 5.55V.
Zakładając, że
I
CQ
I
@
EQ
, można wyznaczyć wartość rezystora R
4
:
R
=
U
R
4
=
1
95
V
=
1
k
W
(1.10)
4
I
1
mA
CQ
Wartość prądu bazy tranzystora I
BQ
wyznaczamy z zależności:
I
=
I
CQ
=
1
mA
=
7
m
A
. (1.11)
BQ
b
200
0
Dla zapewnienia dobrej stabilności temperaturowej punktu pracy zakłada się, że podział
prądu na dzielniku bazowym wynosi:
I
R
2
=
(
¸
20
)
(1.12)
I
BQ
Zakładając, że I
R2
= 10I
BQ
wyznaczamy:
I
BQ
R
2
=
10
I
=
75
m
A
(1.13)
Korzystając z I prawa Kirchoffa możemy zapisać, że:
I
R
1
=
I
R
2
+
I
BQ
=
11
I
BQ
=
82
.
m
A
(1.14)
Następnie wyznaczamy wartość rezystora R
2
:
R
=
U
R
2
=
U
BEQ
+
U
R
4
=
2
V
=
34
.
666
k
W
@
36
k
W
(1.15)
2
I
I
75
m
A
R
2
R
2
Rezystor R
1
wyznaczamy korzystając z zależności:
R
=
U
R
1
=
U
CC
-
U
R
2
=
U
CC
-
U
BEQ
-
U
R
4
=
9
V
=
113
.
939
k
W
@
110
k
W
(1.16)
1
I
I
I
82
.
m
A
R
1
R
1
R
1
Przed wyznaczeniem wartości pojemności C
1
, C
2
i C
3
należy wyznaczyć parametry robocze
wzmacniacza.
Na rys. 1.5 przedstawiono schemat zmiennoprądowy wzmacniacza z tranzystorem
zastąpionym jego modelem hybryd π.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]