Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Układy analogowe - wzm.w układzie WE - zadanie - pomocy

tel-fan 03 Lis 2004 17:51 2870 4
  • #1 03 Lis 2004 17:51
    tel-fan
    Poziom 14  

    Na lab. jestesmy na etapie projektowania wzm. w układzie wspolny emiter. Chcialbym dowiedziec sie w jaki sposb oblicza sie poszczegolne elementy a nie bez myslnie spisywac sprawozdanie, dlatego proszę o pomoc, doświadczonych kolegów.

    Dane:
    BC414 -npn
    Pdop- 240mW
    Uce max - 45V
    h21e = od 400 do 1000
    Uce sat = 0,2V

    Zalecane napięcia:
    Ucc=20V
    Uce=10V
    Jc=10mA
    Ft min. =300Mhz

    1.Schema ukladu ktory mnie interesuje zamieszczam w załaczniku (przepraszam za jakość)

    2.W jaki sposb z tymi danymi moge obliczyć Rb,Rc i Re , zakładajac h21e z przedziału powyzszego? (do obliczen zakladam bete 400 czy najwiekszą wartość czyli w naszym przypadku 1000?)

    3.Co to znaczy znalezc punkt pracy tranzystora?
    Proszę o pomoc

    0 4
  • #2 03 Lis 2004 19:26
    Paweł Es.
    Pomocny dla użytkowników

    Uwagi:

    0. To co podałeś to jest h21E (dawniej β ) czyli wzmocnienie stałoprądowe

    h21e to wzmocnienie mało sygnałowe w punkcie pracy

    1. Punkt pracy układu to para (Ic, Uce)

    Zależnie od punktu pracy tranzystor ma różne własności przy wzmacnianiu sygnałów zmiennych.

    2. Lepiej zastosować polaryzację bazy tranzystora w postaci dzielnika rezystorowego, bo wtedy możemy precyzyjnie ustawić napięcie na bazie i dać mniejsze wartości rezystorów co daje mniejsze szumy własne układu (rezystory szumią im "oporniejsze" tym bardziej)

    Zależności przydatne

    Ic= h21E*Ib Ie=(h21E+1)*Ib

    Uc=Ucc-Ic*Rc

    Musi być spełnione

    Ic*Uce< Pdop

    Ue=Ie*Re

    Uce=Uc-Ue=Ucc-Ic*Rc-Ie*Re

    Ie=Ic *(h21E+1)/h21E

    Ub ≈ Ucc*Rb2/(Rb2+Rb1) -> Rb1 do zasilania, Rb2 do masy

    Rezystancja jaką widzi dzielnik bazowy od strony tranzystora to
    (w tym układzie):

    Rwe=Re*(h21E+1)

    jeżeli Rwe>> Rb1||Rb2 to można zaniedbać wpływ prądu Ib na napięcie na bazie.

    Ie=(Ub-Ube)/Re


    W układzie jak na rysunku (bez rezystora do masy w bazie)

    Ub=Ucc-Ib*Rb

    Ue=Ub-0.6

    Ucc-Ib*Rb-0.6V-Ib*(h21E+1)*Re=0

    Uc=Ucc-Ib*h21E*Rc


    Do obliczeń przyjmujesz średnią wartość h21E (ze względu na rozrzut elementów) potem ewentualnie modyfikujesz wartości by uzyskać założony punkt pracy (Ic, Uce)

    0
  • #3 03 Lis 2004 21:10
    tel-fan
    Poziom 14  

    Dziękuje za podpowiedz.

    Niestety nie wiele potrafie wyliczyc:(

    1.Wiec zgpodnie ze wspkazówkami obralem h21e jako 600

    2.Obliczam prady:
    a) Jc=0,01A(przyjmuje taka wartosc jak w treści zadania)
    b) Jb=Jc ÷ h21e , Jb=0,000016A
    c) Je=(h21e+1)* Jb , Je=0,0096

    3. Obliczam Rb:
    Ub = Ucc-Ib*Rb //Rb(obustronnie)
    Ub/Rb = Ucc/Rb-Ib
    Ib = Ucc/Rb - Ib
    -Ucc/Rb=-Ib-Ib //Ucc(obustronnie)
    1/Rb = 0,000032/20
    Rb = 625 KΩ

    4. Obliczam Ub:
    Ub = Ib*Rb
    Ub = 10V

    5.Obliczam Ue:
    Ue=Ub-0,6
    Ue=9,4V

    6.Oliczam Re:
    Re = Ue/Je
    Re = 9,4/0,0096
    Re ≈ 940 Ω

    7. Czy powyzsze dobrze policzylem?

    8. W jaki sposb policzyc Uc i Rc?

    9. Na schmacie wszystkie kondenstaory to elektrolity 10uF czy polaryzacja ma jakies znaczenie w tym wypadku? czy laczymy je dowolnie? jaka bylaby roznica jesli zapodalbym tam 1uF? lub np. 100uF ?
    A w ogole to po co one są ? zeby nie przenosila sie skladowa stala?
    Czyli jesli podpne pod ten wzm generator sinus o f= np 10Hz to sygnal bedzie sie przedostawal czy nie?




    PS.Jesli to mozliwe to rozwazajmy ten przypadek co na schemacie(bez dzielnika)

    Prosze o pomoc.

    0
  • #4 04 Lis 2004 10:38
    tel-fan
    Poziom 14  

    Jeszce dwa pytania mam:

    10. Jaka bedzie roznica jesli usune kondensaor Ce ?
    Jak sie zmieni amplituda podawanego synalu na wejscie bez i z kondensatorem?

    11.W jaki sposb narysowac prosta obciazenia aby Uce =10V ?

    prosze o pomoc,
    Pozdrawiam

    0
  • #5 04 Lis 2004 18:45
    Paweł Es.
    Pomocny dla użytkowników

    No więc tak:

    Posprawdzałem pewne rzeczy i mam pytania:

    1. Skąd pochodzi ta inforamacja o zakresie parametru β (h21E) w BC414

    W karcie katalogowej jaką znalazłem jest tak:

    BC414 - parametr β dla różnych prądów (temp. 25 °C, Uce=5V)

    Ic............Grupa_A.............Grupa_B.............Grupa_C

    ...............min_typ_max....min_typ_max......min_typ_max

    0.01 mA... 40_100...........100_170..............100_290

    2 mA........120_170_220...180_300_460.......380_520_800

    100 mA...........100..................160....................270

    Jak widać z powyższego najwyższe wzmocnienie jakie można
    uzyskać to 800 dla prądu Ic=2 mA i Uce=5V i to tylko w egzemplarzach selekcjonowanych z grupy C.

    Dla prądów większych niż 2 mA parametr h21E jest mniejszy.

    Karta katalogowa podaje także parametry małosygnałowe (dla prądu zmiennego ale tylko dla punktu pracy Ic=2mA i Uce=5v. Nie wiem dlaczego wybrano punkt pracy Ic=10mA i Uce=10V


    2. Jaka ma być rezystancja wejsciowa tego wzmacniacza ?



    Wyliczenia:

    Z samych wzorów nie wszystko można wyliczyć, bo mamy więcej zmiennych niż równań. Należy przyjąć dodatkowe ograniczenia.

    Mamy dane:

    Ic=10 mA
    Uce=10V
    Ucc=20V
    ale także
    Ucesat=0.2V (katalog podaje nawet 0.25V)

    Dla uzyskania możliwej maksymalnej amplitudy na wyjściu napięcie spoczynkowe na kolektorze powinno być w pobliżu połowy Ucc.

    Czyli w pierwszym podejściu możemy przyjąć, że Uc=10V.

    Następne ograniczenie to takie, że napięcie Uce musi być większe od Ucesat w całym zakresie pracy układu.

    Czyli licząc dodatkowo jakiś spadek na rezystorze emiterowym mozna przyjąć, że minimalne napięcie na kolektorze musi być większe od 1V.
    Z czego wynika, że trzeba podnieść punkt spoczynkowy do miejsca

    1V+(20-1V)/2=10.5V

    Dla pewności ustawimy punkt spoczynkowy na 11V

    Ponieważ Ic=10mA to obliczmy:

    Rc=(20V-11V)/10mA=900 Ω przyjmujemy najbliższą wartość z szeregu
    rezystorów produkowanych i wybieramy:

    Rc=910 Ω

    Napięcie na rezystorze emiterowym wynika z tego, że Uce =10V

    Ue=Uc-Uce=11V-10V=1V

    Rezystor Re: (przyjąłem realną wartość β=400)

    Re=Ue/(((β+1)/β)*Ic) = 1V/((401/400)*10mA)=99.75Ω

    wybieramy

    Re=100Ω

    Następne równanie (Ube=0.7V dla BC 414)

    Ucc=Ib*Rb+0.7+(β+1)*Ib*Re

    Rb=(Ucc-0.7-(β+1)*Ib*Re)/Ib

    Ib=Ic/β

    Rb=(ucc-0.7-Ic*Re*(β+1)/β)*β/Ic=(20-0.7-1.0025)*400/0.01=

    731900 Ω najbliższa wartość to 732 kΩ z szeregu rezystancji 1%

    Tyle obliczenia idealne - rzeczywistość jest smutniejsza

    zacytuję fragment podręcznika akademickiego na temat wybranego




    układu polaryzacji

    prof. dr hab. Andrzej Filipkowski "Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe" WNT 1978 str. 181

    "Układ zasilania z wymuszonym prądem bazy jest naprostszym układem zasilania tranzystora bipolarnego, ma on jednak liczne wady. Najistotniejszą z nich jest duża wrażliwość punktu pracy na zmienność parametrów tranzystora, a zwłaszcza współczynnika β (h21E). Wartość tego współczynnika ma duże rozrzuty między poszczególnymi egzemplarzami tranzystora, sięgające kilkuset procent, a również jest zależna od temperatury. Prąd kolektora może więc podlegać znacznym
    wahaniom"

    Dlatego też proponowałem zasilanie potencjometryczne.

    Sprawdziłem to na symulatorze Circuit Maker używającego złożonych opisów matematycznych uwzględniających większość zjawisk w tranzystorze. W załączniku są dwie symulacje dla dwóch różnych wartości współczynników β przy zachowanych wartościach elementów zewnętrznych. Jak widać też wartości elementów różnią się od tych jakie otrzymaliśmy z obliczeń wykorzystujących uproszczony liniowy model tranzystora.

    Widać też, że wystarczy wziąć inny egzemplarz tranzystora i cała praca bierze w łeb i trzeba zaczynać od nowa. Dlatego ponawiam propozycję zasilania potencjometrycznego.



    Co do kondensatorów:

    Odcinają składową stałą bez nich źródło i obciążenie mogłyby przesuwać punkt pracy układu.

    przy 10 Hz wszystko zależy od dolnej częstotliwości granicznej (patrz pojemności).

    Polaryzacja elektrolitów ma znaczenie.

    Kondensator emiterowy - minus na masę (bo składowa stała na emiterze jest dodatnia względem masy)

    Kondensator wyjściowy - plus do kolektora (zwykle tam jest dodatnie napięcie a wejście następnego stopnia jest pasywne i na niskim potencjale)

    Kondensator wejściowy - zależy od sterowania (trzeba sprawdzić gdzie będzie wyższe napięcie. Można dać dwa elektrolity włączone przeciwsobnie (kondensator bez polaryzacji).

    Wpływ pojemności:

    wejsciowa - im większa tym niższa dolna 3dB częstotliwość graniczna

    fgr=1/(2*Π*Cwe*Rwe) gdzie

    Rwe - rezystancja wejściowa wzmacniacza

    Pojemność w emiterze powoduje zwieranie Re dla przebiegów zmiennych i powoduje, że wzmocnienie zmiennoprądowe jest większe niż stałoprądowe.

    Pojemność wyjściowa - im większa tym niższa dolna częstotliwość graniczna - zależy ona od rezystancji wyjściowej wzmacniacza
    tu ≈ Rc i rezystancji obciążenia.


    Ad. 10

    Ce nie ma wpływu na amplitudę podawanego sygnału (to ustalamy ustawiając parametry generatora)

    Ce wpływa na wzmocnienie układu dla prądu zmiennego - wynika ono wtedy z parametrów małosygnałowych h w wybranym punkcie pracy układu.

    Ad 11

    Na charakterystykach Ic=f(Uce) dla różnych Ib=const

    rysujesz odcinek łączący Ucc na osi Uce z Ic max na osi Ic

    wykres wynika z wzoru Uce=Ucc-Rc*Ic przecina on oś pionową w punkcie Ucc/Rc a poziomą w punkcie Ucc.

    0