¿Cómo selecciono las resistencias para el amplificador de emisor común pnp?

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simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Se espera que diseñe un amplificador de emisor común pnp. La ganancia debe ser 13 y la salida 2Vp-p. Vcc es -13V. La resistencia de carga es de 1728 ohmios. He calculado el voltaje de la fuente de CA utilizando la fórmula de ganancia Av = Vout / Vin para que sea de 77 mV. La otra fórmula de ganancia Av = Rc / RE solía tener una idea de la resistencia del emisor de saturación para obtener una ganancia de 13. ¿Cómo obtengo el resto de los valores de resistencia si estoy utilizando la polarización del divisor de voltaje? ¿Mi trabajo es correcto hasta ahora? He simulado el circuito con valores arbitrarios, pero necesito conocer el proceso de diseño adecuado.

    
pregunta Luqmaan

2 respuestas

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Supuesto: - Con una frecuencia operativa de 10 kHz, sus condensadores de 10uF son efectivamente cortocircuitos en CA en comparación con otras impedancias en el circuito.

Lo primero que debe hacer y lo más difícil es decidir cuál será la corriente de su recopilador. Tiene que ser lo suficientemente alto para controlar su impedancia de salida en paralelo con la resistencia de ajuste de CC Rc, con Rl a aproximadamente 1,7 k con un cambio de voltaje de 2Vpp, necesita un cambio de corriente de aproximadamente 1,2 ma en la carga. Voy a elegir una corriente continua de 5ma en el colector, esto me da el espacio para conducir la carga y está dentro de la mejor región operativa de los transistores.

A continuación, ¿qué es Rc? Por lo general, tratamos de establecer el voltaje del colector en la mitad del suministro para obtener la excursión positiva y negativa máxima. Esto daría Rc = 6.5V / 5ma = 1.3k.

Ahora veamos las resistencias del emisor. Para una buena estabilidad de CC, queremos que el emisor se encuentre alrededor de la fuente de alimentación de 1V. La corriente del emisor es aproximadamente la misma que la corriente del colector, así que configuramos Re + Re1 = 1V / 5ma = 200ohms.

Necesitamos que la ganancia de CA sea 13. Como señalaste, la ganancia de CA es aproximadamente (Rl en paralelo con RC) / Re. Como @LvW ha señalado amablemente, la aproximación se debe a la transconductancia del transistor. Esto tiene el efecto de reducir la ganancia efectiva. Hay dos maneras de manejar esto, hacer algunos cálculos complejos y llegar a un número que solo sea válido para un cierto conjunto de condiciones o agregar algo de ganancia extra para simular o construir y ajustar según sea necesario. Tomemos la segunda aproximación asumiendo (Rl en paralelo con RC) / Re = 15. Esto pone a Re como 75ohms, por lo que Re1 es 125ohms.

La corriente de base promedio será de 5ma / hfe (min), que será de alrededor de 63uA para este transistor.

Como regla general, la corriente a través del divisor de voltaje de la base debe ser aproximadamente diez veces mayor para que la corriente de la base no interfiera demasiado con la división de voltaje. Así que digamos que esta corriente es 650uA.

El voltaje de la base debe ser aproximadamente Ve-.7 = suministro-1.7 para que R2 sea 1.7 / 650ua = 2.6k Y R1 es (13-1.7) /650uA=10.38k.

Este enfoque ha involucrado muchos "abouts" en general en el diseño práctico, es un enfoque mucho más simple y rápido que el de resolver cada última ecuación teórica. Constrúyalo o simúlelo, luego corríjalo, probablemente tendrá que hacerlo de todos modos.

    
respondido por el RoyC
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Tengo que asumir que su impedancia de origen es \ $ 0 \: \ Omega \ $, ya que no la especificó. Se especifica su impedancia de salida, pero aunque no está del todo claro para mí, si cuando escribe "la ganancia debería ser 13" y la salida es \ $ 2 \: \ textrm {V} _ {pp} \ $, significa que está cargado o descargado por el indicado \ $ R_L = 1728 \: \ Omega \ $. Pero dado que se especifica una carga, me inclino hacia una especificación "cargada". Esto significa que el BJT proporcionará más ganancia que eso. Lo cual ya es mucho, sin la carga. Pero ahí está.

No sabiendo para qué se está utilizando realmente la carga, podría recomendar considerar \ $ R_C = 1.8 \: \ textrm {k} \ Omega \ $ por la única razón de maximizar la transferencia de energía a la carga. Pero esto haría que la ganancia fuera bastante alta y no estoy dispuesto a ir allí. Así que seleccionaría \ $ R_C = 1.0 \: \ textrm {k} \ Omega \ $ como un compromiso. Esto aún significa una ganancia de 20.5 antes de la carga y eso es alto para su topología. Pero podría ser peor. Así que voy a tomar un tiro allí.

Para la estabilidad de la temperatura, quiero que el punto de polarización del emisor de CC sea al menos \ $ V_E = -1 \: \ textrm {V} \ $. Sin embargo, dado un intervalo de suministro de energía de \ $ 13 \: \ textrm {V} \ $, todavía tengo algunos \ $ 10 \: \ textrm {V} \ $ de espacio para \ $ V_ {CE_ {min}} \ $ y \ $ V_E \ $. Creo que reservare \ $ V_ {CE_ {min}} = - 4 \: \ textrm {V} \ $ y \ $ V_E = -2 \: \ textrm {V} \ $. Eso deja otro \ $ 7 \: \ textrm {V} \ $ para \ $ \ pm \ $ swing span. Mucho más de lo que necesito.

Para centrar el swing, calculo que la quiescente \ $ V_ {C_Q} = - 13 \: \ textrm {V} - \ frac {-13 \: \ textrm {V} +2 \: \ textrm {V } +4 \: \ textrm {V}} {2} = - 9.5 \: \ textrm {V} \ $. Eso significa que \ $ I_ {C_Q} = \ frac {-13 \: \ textrm {V} - \ left (-9.5 \: \ textrm {V} \ right)} {R_C = 1 \: \ textrm {k} \ Omega} = - 3.5 \: \ textrm {mA} \ $. Y eso significa que \ $ R_E + R_ {E1} = \ frac {-2 \: \ textrm {V} -0 \: \ textrm {V}} {I_ {C_Q}} \ approx 571 \: \ Omega \ $ .

Esto debe dividirse entre dos resistencias. Dado que la ganancia debe ser de aproximadamente 20.5 (para obtener una red de 13), necesitaré \ $ R_E \ approx 49 \: \ Omega \ $. Un valor estándar es \ $ R_E = 47 \: \ Omega \ $. Pero antes de establecer un valor aquí, necesito pensar en otro factor.

Un BJT tiene un valor de poca referencia que es aproximadamente \ $ r_e \ approx \ frac {26 \: \ textrm {mV}} {I_ {C}} \ $. En este caso, usamos \ $ I_ {C_Q} \ $ y obtendremos aproximadamente \ $ 7.4 \: \ Omega \ $. Eso es una cantidad justa, considerando. Así que realmente quiero \ $ R_E = 39 \: \ Omega \ $. Dado esto, también puedo establecer \ $ R_ {E1} = 560 \: \ Omega \ $. El nuevo \ $ V_E = I_ {C_Q} \ cdot \ left (R_E + R_ {E1} + r_e \ right) \ approx -2.12 \: \ textrm {V} \ $. Y ahora puedo estimar que \ $ V_B = V_E - 700 \: \ textrm {mV} \ approx -2.82 \: \ textrm {V} \ $.

El divisor es bastante fácil, ahora. Queremos que aproximadamente una décima parte de la corriente del colector inactivo fluya en \ $ R_1 \ $ y supondremos que aproximadamente una décima parte de esa cantidad alimenta la base (suponiendo que \ $ \ beta = 100 \ $ como valor conservador). , \ $ R_1 = \ frac {-2.82 \: \ textrm {V} - \ left (-13 \: \ textrm {V} \ right)} {350 \: \ mu \ textrm {A}} \ approx 29.1 \ : \ textrm {k} \ Omega \ $. Llámelo \ $ R_1 = 33 \: \ textrm {k} \ Omega \ $. Y \ $ R_2 = \ frac {0 \: \ textrm {V} - \ left (-2.82 \: \ textrm {V} \ right)} {350 \: \ mu \ textrm {A} -35 \: \ mu \ textrm {A}} \ approx 8.9 \: \ textrm {k} \ Omega \ $. Llámelo \ $ R_2 = 9.1 \: \ textrm {k} \ Omega \ $.

Eso es todo:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Creo que encontrará que simula aproximadamente bien el enfoque de diseño que se muestra arriba.

    
respondido por el jonk

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