BJT Amplificador de clase A: ayuda para calcular los valores de resistencia \ $ R_C \ $ y \ $ R_E \ $

Tienes 4 resistencias y por lo tanto, 4 grados de libertad. Necesita cuatro restricciones de diseño independientes y consistentes para encontrar un conjunto único de cuatro valores de resistencia.

Algunas de las posibles restricciones de diseño son:

(1) impedancia de entrada

(2) impedancia de salida

(3) Ganancia de CA

(4) Corriente de colector DC

La impedancia de entrada es aproximadamente

$$ Z_ {in} = R_1 || R_2 || r _ {\ pi} $$

La impedancia de salida es aproximadamente

$$ Z_ {out} = R_C || r_o $$

La ganancia de CA es aproximadamente

$$ A_v = -g_mR_C || r_o $$

La corriente del colector DC es aproximadamente

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

donde

$$ V_ {BB} = V_ {CC} \ frac {R_2} {R_1 + R_2} $$

$$ R_ {BB} = R_1 || R_2 $$

Dado que las únicas restricciones que ha especificado son \ $ I_C \ $ y \ $ V_ {CE} \ $, debe usar un criterio de ingeniería ("mejor estimación", "reglas generales") para justificar su elección de valores de resistencia como, por ejemplo, Andy aka ha demostrado.

Como otro ejemplo de cómo proceder, primero calculemos los parámetros de pequeña señal:

$$ g_m = \ frac {I_C} {V_T} = \ frac {10mA} {25mV} = 0.4S $$

$$ r _ {\ pi} = \ frac {\ beta} {g_m} = \ frac {200} {0.4S} = 500 \ Omega $$

$$ r_o = \ frac {V_A} {I_C} = \ frac {80V} {10mA} = 8k \ Omega $$

Ahora, está claro que la impedancia de entrada debe ser menor que \ $ r _ {\ pi} = 500 \ Omega \ $, que es bastante baja.

Suponga que la ganancia de voltaje deseada (magnitud) es \ $ | A_v | = 100 \ $, entonces

$$ R_C \ approx \ frac {| A_v |} {g_m} = \ frac {100} {0.4S} = 250 \ Omega $$

Desde \ $ R_C < < r_o \ $, podemos ignorar \ $ r_o \ $ desde aquí.

La tensión del colector de CC será

$$ V_C = V_ {CC} - I_C R_C = 10V - 10mA \ cdot 250 \ Omega = 7.5V $$

Ha especificado que \ $ V_ {CE} = 5V \ $ por lo que el voltaje del emisor de CC es

$$ V_E = V_C - V_ {CE} = 7.5V - 5V = 2.5V $$

Por lo tanto, el valor requerido para \ $ R_E \ $ es

$$ R_E = \ frac {V_E} {I_E} \ approx \ frac {V_E} {I_C} = \ frac {2.5V} {10mA} = 250 \ Omega $$

Suponiendo que \ $ V_ {BE} = 0.7V \ $, el voltaje en \ $ R_2 \ $ es

$$ V_ {R2} = V_E + V_ {BE} = 2.5V + 0.7V = 3.2V $$

Ahora, una regla de oro para la estabilidad del punto de operación es establecer que la corriente a través de \ $ R_2 \ $ sea 10 veces la corriente de base de CC

$$ I_ {R2} = 10 \ cdot I_B = 10 \ cdot \ frac {I_C} {\ beta} = \ frac {10} {200} 10mA = 500 \ mu A $$

Por lo tanto, el valor requerido de \ $ R_2 \ $ es

$$ R_2 = \ frac {V_ {R2}} {I_ {R2}} = \ frac {3.2V} {500 \ mu A} = 6.4k \ Omega $$

Por KCL, la corriente a través de \ $ R_1 \ $ es

$$ I_ {R1} = (10 + 1) I_B = 11 \ cdot 50 \ mu A = 550 \ mu A $$

El voltaje en \ $ R_1 \ $ es

$$ V_ {R1} = V_ {CC} - V_ {R2} = 10V - 3.2V = 6.8V $$

Por lo tanto, el valor requerido para \ $ R_1 \ $ es

$$ R_1 = \ frac {V_ {R1}} {I_ {R1}} = \ frac {6.8V} {550 \ mu A} = 12.4k \ Omega $$

Usando valores E96 (1%) para los rendimientos de los resistores

$$ R_1 = 12.4k \ Omega $$

$$ R_2 = 6.34k \ Omega $$

$$ R_E = 249 \ Omega $$

$$ R_C = 249 \ Omega $$

Advertencia : ¡se están utilizando las reglas generales!

Siempre trato de obtener alrededor de 0.5 a 1V en el emisor (digamos 0.75V). Esto significa que la base estará a aproximadamente 1,45 V y esto le permite calcular R1 y R2 (pero esté preparado para revisar esos valores si la corriente de base dibujada es un poco alta).

Usted quiere 10mA a través del colector y esta es virtualmente la misma corriente a través del emisor, por lo que ahora puede decidir qué Re es - 0.75V / 10mA = 75 ohms.

A una corriente de colector de 10 mA, desea que el colector sea medio riel, lo que significa que Rc es 5V / 10mA = 500 ohm. Otra regla de oro: la corriente a través de R1 y R2 debería ser aproximadamente una décima parte de Hfe más baja que Ic. Si Hfe es 200, la corriente en R1 y R2 es aproximadamente 10mA / 20 = 0.5mA.

R1 + R2, por lo tanto, debe ser igual a 10V / 0.5mA = 20 kohm.

R2 debe ser más pequeño que R1 para desarrollar aproximadamente 1.45V en la base y en un suministro de 10V Puedo ver inmediatamente que R2 es de aproximadamente 2k9 tomaría 0.5mA para desarrollar 1.45V. Esto deja a R1 como 17k1 ohms.

Usaría 3k0 para R2 y 18k para R1 por razones prácticas de obtención de información.

C3 depende de la entrada de frecuencia más baja y de la cantidad de ganancia de voltaje que necesite. Sin C3 hay una ganancia de voltaje de aproximadamente Rc / Re = 6.667. Si desea más ganancia, use C3, pero prepárese para poner una pequeña resistencia en serie con él para linealizar la ganancia en todo el ancho de banda deseado.

hay diferencia entre los amplificadores de voltaje y de potencia en la clase A:

la distinción entre el voltaje y el amplificador de potencia es algo artificial, ya que la potencia útil (producto del voltaje y la corriente) siempre se desarrolla en la resistencia de carga a través de la cual fluye la corriente. La diferencia entre los dos tipos es realmente de grado. una pregunta de cuánta tensión y cuánta potencia. un amplificador de tensión está diseñado para alcanzar la amplificación de tensión máxima. Sin embargo, no es importante aumentar el nivel de potencia. Por otra parte, un amplificador de potencia está diseñado para obtener la potencia de salida máxima. p>

amplificador de voltaje: el transistor con alta beta se usa en el circuito (beta > 100) se busca que la resistencia de entrada del transistor sea bastante baja en comparación con la carga de colector Rc. se usa un Rc de carga relativamente alta en el colector. El amplificador de voltaje siempre se opera a una corriente de colector baja (Rc = 4 a 10k) Impedancia de salida: (alta ~ 12kΩ)

amplificador de potencia: El tamaño del transistor de potencia se hace considerablemente más grande para disipar el calor durante la operación. el transistor con bajo beta se usa en el circuito (beta = 5 a 20) Impedancia de salida: (baja ~ 200Ω)