いくつかの制約が与えられたBJTアンプの設計

私はこのモデルに従ってBJTアンプを設計しようとしています：ここに画像の説明を入力してください

ベータパラメータが100から800まで変化する場合、ベースとエミッタ間の電圧は0.6V（アクティブモード）に等しく、 $V_t = 25 mV$ あり、初期効果は無視できます。

また、バイパスコンデンサは、ACの短絡回路とDCの開回路回路としてのみ機能すると考えられます。

3つの制約があります。

静的消費電力<25mW;
6Vppの出力信号スイング
ベータでの変動に対するコレクター電流での最大誤差5％

コレクターとエミッター間の電圧が3.2Vになることを示すことができました（信号振幅情報を使用）が、次に何をすべきかわかりません。

編集：

至る計算： $V_{CE} = 3.2V$

出力信号の振幅により、上限は+ 3V、下限は-3Vになります。アンプはカットオフまたは飽和します。また、回路は線形システムであるため、重ね合わせ定理を使用できます。どのノードでも、電圧は分極（DC）電圧と信号（AC）電圧の合計になります。したがって、信号スイングを使用し、対称的な出力を想定します（およびは、コレットとエミッタの分極電圧です） $V_C$ $V_E$

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

最初の式は、（カットオフ条件、トランジスタに電流が入らない; ）と2番目の式で動作することを示しています（最小コレクタ電圧がと仮定）飽和につながる）： $I_C * R_C//R_L = 3V$ $i_{R_C} = i_{R_L}$ $V_E + 0.2V$

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

amplifier bjt

— チアゴ
ソース

次に、モノをシミュレートし、必要な動作が得られるまでパーツ値を操作します。

— カズ

インストラクターはこれを解決するための方程式と手順を提供しませんでしたか？あなたが苦労しているいくつかの概念的な問題はありますか？

— ジョー・ハース

至った計算を示してください。

V_{C E} = 3.2 V

$V_{CE}=3.2V$

— ヴァシリー

の計算を追加しました。私のインストラクターは、トランジスタ回路の解析に使用される方程式とモデルを提供しましたが、そのような問題を正確に解決する方法は提供しませんでした。私はそれをシミュレートするつもりはありません。

V_{C E} = 3.2 V

$V_{CE} = 3.2V$

— チアゴ

回答:

まず、仕様を制約方程式に変換します。

静的消費電力の場合：

今のところ、仮定、その最悪の場合はです。 $I_{R2} \ge 10 \cdot I_B = \dfrac{I_C}{10}$ $\beta = 100$

供給電流は次のとおりです。

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

静的電力制約は次のようになります。

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

バイアス方程式：

BJTバイアス式は次のとおりです。

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

この回路には、次のものがあります。

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

$V_{EE} = 0V$

$V_{BE} = 0.6V$

$R_{BB} = R_1||R_2$

$R_{EE} = R_E$

したがって、この回路のバイアス方程式は次のとおりです。

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

さて、あなたは5％未満の変動をしたいのための。少しの代数の後、これには以下が必要であることがわかります。 $I_C$ $100 \le \beta \le 800$

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

出力スイング：

正のクリッピングレベルは次のように表示されます。

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

負のクリッピングレベルは、およそ次のように表示されます。

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

これをすべてまとめます。

$I_C = 1mA$

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

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

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

次に、

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

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

今、チェック

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

したがって、これは以前に確立したバイアス安定性制約式を満たしていません。

$I_C$

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

$I_C$ $2mA$

DCソリューション：

ここに画像の説明を入力してください

500mV 1kHzの正弦波でアンプを駆動する：

ここに画像の説明を入力してください

$I_C$ $\beta$

— アルフレッドケンタウリ
ソース

R_{E}

$R_E$

R_{3}

$R_3$

R_{E}

$R_E$

I_{E} R_{E}

$I_E R_E$

DC電圧はい、しかし、電圧振幅に関しては、AC電圧を意味しますか？

— ヴァシリー

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

$v^-_O = (I_E R_E) + V_{CEsat} - (V^+ - I_C R_C)$ 右の最初の項は、エミッタバイパスコンデンサのDC電圧です。右側の最後の用語は、出力結合コンデンサのDC電圧です。クリッピングレベルの計算では、カップリングコンデンサをバッテリに置き換えることができる、つまり、DC電圧がAC短絡であると想定されます。

— アルフレッドケンタウリ

私はあなたの要点を逃しています。後でもう一度読んでみます-たぶん理解できるでしょう。THX

— Vasiliy

これは学術的な課題であるため、完全な答えではなく、ガイダンスを提供します。

問題のアンプは、エミッタ接地アンプです。ここで、このアンプの簡単な概要と基本式を見つけることができます。

それでは、すべての制約を満たすために何を探すべきか見てみましょう。

静的消費電力：

$R_1$ $R_2$

（ β + 1 ） R_{E} >> R_{1} | | R_{2}

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

上記の制約が満たされると、ベース端子の電圧値がわかります。エミッタの電圧の計算は簡単です。

これらの抵抗の値は、この分圧器によって引き出される静的電力が無視できるほど十分に高い場合があります。この構成ではこの条件が成立すると考えていますが、この仮定を立てる場合は、問題を解決した後にその妥当性を確認する必要があります。

追加のDC電流経路は次のとおりです。

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

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

$P=IV$ $R_C$ $R_E$

2つの貢献を一緒に追加します。

出力電圧振幅：

出力電圧が6Vppを発振できることを確認する必要があります。この要件に従うコレクターのDC電圧に対する最も簡単な制約は次のとおりです。

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}

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

$V_{BE}$

$V_{CE}$

$\beta$

$\beta$

概要：

これは非常に興味深い複雑な問題です。すべての制約を完全に満たすことができる分析方法があるかどうかはわかりません。それらを次々に満たすことから始め、行き止まりに遭遇したときに戻ってパラメータを変更します。私は自分で質問を解決しませんでしたが、2〜3回の反復で終了すると信じています。

幸運を

— ヴァシリー
ソース

@Vasily、制約はDCコレクター電流の変動にあります。

— アルフレッドケンタウリ