Diseñar un amplificador BJT de varias etapas

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Para mi último laboratorio de este semestre, me encargaron el diseño de un amplificador de múltiples etapas que sirva como receptor en un conjunto de etiquetas láser que hemos estado construyendo a lo largo de la clase. He buscado en varios foros, pero solo he encontrado consejos sueltos sobre cómo diseñar el amplificador.

Aquí están las especificaciones y lo que he diseñado hasta ahora:

Especificaciones:

  • Ganancia: 5000 V / V
  • Voltaje máximo de salida: 1 V
  • Filtro de paso de banda integrado con una frecuencia de esquina inferior de ~ 200Hz y una frecuencia de esquina superior de ~ 20kHz
  • Sorteo de corriente total de menos de 1 mA
  • La etapa final es un coleccionista común

Aquí hay un diseño de circuito que debería poder completar los parámetros:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

El voltaje de entrada depende de la señal recibida de un circuito de fotodiodo / resistencia (no se muestra aquí). La señal estará en la magnitud de aproximadamente 50 uV en el más pequeño.

Entonces, como pueden ver, tengo un amplificador de 4 etapas en el patrón de CE, CC, CE, CC. A mi modo de ver, tengo al menos tres pasos principales de diseño para este proyecto. Primero, debo determinar los valores de resistencia 1 a 14, de modo que mi ganancia sea la cantidad adecuada. En segundo lugar, debo determinar los valores de los condensadores para que el amplificador también funcione como un filtro de paso de banda. Por último, necesito limitar mi salida a 1 V.

Soy bastante inexperto con el proceso de diseño. Sé que tendré que calcular la ganancia, la resistencia de entrada y la resistencia de salida para cada etapa individual, pero después de eso, no estoy seguro de con qué valores comenzar a manipular o ajustar para alcanzar mis metas. Antes de que alguien salte por mi garganta por querer que la gente haga mi trabajo por mí, déjeme aclarar mi objetivo: estoy buscando técnicas de diseño y un proceso que me ayude a resolver este problema, consejos en la dirección correcta. Me decepcionaría con esta gran comunidad si alguien simplemente la resolviera por mí. ¿Alguien estaría dispuesto a señalarme en la dirección correcta?

    
pregunta nickroll

2 respuestas

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Su diseño es muy básico y podría funcionar, pero como no tiene comentarios, no es tan predecible como se comportará en la práctica.

La forma "adecuada" del ingeniero para diseñar esto es mediante el uso de retroalimentación. Básicamente, creas un amplificador básico con una alta ganancia y suficiente ancho de banda y utilizas la retroalimentación para obtener la ganancia que realmente quieres.

Lamentablemente, este procedimiento de diseño no es algo que pueda explicarse en unas pocas frases. Aprendí esto en un curso que tomó varios días e incluyó una tarea de diseño.

Encontré un curso universitario aquí que debería explicar este método, son 70 diapositivas para comenzar ;-)

Si esto es demasiado extenso en el tiempo que tienes, solo recuérdalo y vuelve cuando aparezca una tarea de diseño de amplificador más desafiante.

Otra opción en conjunto sería usar un opamp en una configuración de comentarios. Si desea saber más sobre el diseño del circuito de opamp, consulte aquí: Opamps para todos

    
respondido por el Bimpelrekkie
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El diseño es divertido porque tienes muchas opciones. Aquí hay algunas reglas básicas para ayudarlo con la etapa Q1. Tienes tres preocupaciones principales; sesgo de estabilidad, ganancia y respuesta de frecuencia. Comience por sesgar Q1. Tienes la oportunidad de elegir su corriente de sesgo. Escojamos 0.1mA porque el transistor aún tiene una versión beta decente y te deja 0.9mA para jugar. A continuación, seleccione la tensión del colector. Vamos a utilizar 6v. Ahora sabemos que R2 = 30k. Por ahora, solo asume Ic = Ie. Es lo suficientemente cerca para lo que estamos haciendo aquí. A continuación, seleccione la tensión del emisor para ser 2V. ¿Por qué? Porque podemos. Esto significa que R8 es 20k. Una regla de oro aquí es elegir R7 para que sea 10 veces R8. Así que hazlo 200k. Ahora hacemos un cálculo para calcular R1. Dado que el emisor es 2V, la tensión de base es de 2.7V. La corriente R7 es de aproximadamente 13.5uA. La corriente de base es aproximadamente 0.0001 / 30 = 3.3uA. Luego, R1 hará 9V-2.7v sobre la suma de estas corrientes aproximadamente 38k. Así que tenemos una etapa estable básica con baja ganancia, aproximadamente 30k / 20k o 1.5. El es porque R8 está proporcionando retroalimentación local. Esto es bueno para la estabilidad de DC pero malo para ganar. La solución para esto es poner un condensador a través de R8. Ahora todavía tenemos una buena estabilidad debido a la retroalimentación de DC pero mucha ganancia porque hemos reducido la retroalimentación de AC. Elija este condensador para darle la esquina de baja frecuencia que está buscando. Es posible que tenga que dividir R8 en dos resistencias y solo desviar parte de la resistencia del emisor para obtener un buen equilibrio de características. Si tiene acceso a un simulador, puede intentar esto. Su sesgo final no será exactamente 2.7 en la base o 6 en el colector, pero debe estar en el parque de pelota. Desde este punto de partida, puede realizar modificaciones y, con suerte, obtener lo que necesita. Otras etapas pueden ser diseñadas de manera similar pero interactuarán. Su seguidor de emisores después de la primera etapa lo ayudará a evitar esto, pero le costará corriente sin ganancia de voltaje. Diviértete.

    
respondido por el owg60

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