在给定一些约束的情况下设计BJT放大器

我正在尝试根据此模型设计BJT放大器：在此处输入图片说明

当beta参数可能在100到800之间变化时，基极和发射极之间的电压等于0.6V（有源模式）， $V_t = 25 mV$ 并且可以忽略早期效应。

也可以假设旁路电容器只是充当AC的短路和DC的开路。

存在三个约束：

静态功耗<25mW；
6Vpp的输出信号摆幅
对于beta处的任何变化，集电极电流的最大误差为5％

我已经证明集电极和发射极之间的电压为3.2V（使用信号摆幅信息），但是我不知道下一步该怎么做。

编辑：

导致： $V_{CE} = 3.2V$

输出信号摆幅产生的上限为+ 3V，下限为-3V。放大器将截止或饱和。而且，该电路是线性系统，这意味着可以使用叠加定理。在任何节点上，电压将是极化（DC）电压和信号（AC）电压之和。因此，使用信号摆幅并假定对称输出（和处于colletor和发射极的极化电压）： $V_C$ $V_E$

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

第一个方程式表示（截止条件，无电流流入晶体管；）并使用第二个方程式（假设最小集电极电压为导致饱和）： $I_C * R_C//R_L = 3V$ $i_{R_C} = i_{R_L}$ $V_E + 0.2V$

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

amplifier bjt

— 蒂亚戈
source

接下来，模拟事物并使用零件值，直到获得所需的行为。

— 卡兹（Kaz）

您的讲师没有提供一些方程式和解决此问题的程序吗？您是否正在解决一些概念上的问题？

— Joe Hass 2013年

请显示导致

的计算。

V_{C E} = 3.2 V

$V_{CE}=3.2V$

— Vasiliy

添加了

的计算。我的讲师确实提供了用于分析晶体管电路的方程式和模型，但未提供确切的解决方法。我不应该模拟它。

V_{C E} = 3.2 V

$V_{CE} = 3.2V$

— Thiago 2013年

Answers:

首先，将规范转换为约束方程式。

对于静态功耗：

假设，现在，即为最坏的情况下。 $I_{R2} \ge 10 \cdot I_B = \dfrac{I_C}{10}$ $\beta = 100$

电源电流为：

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

静态功率约束将变为：

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

偏差方程：

该BJT偏置公式为：

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

对于此电路，我们有：

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

$V_{EE} = 0V$

$V_{BE} = 0.6V$

$R_{BB} = R_1||R_2$

$R_{EE} = R_E$

因此，该电路的偏置方程为：

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

$I_C$ $100 \le \beta \le 800$

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

输出摆幅：

正削波水平可以显示为：

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

负限幅水平可以显示为：

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

将所有这些放在一起：

$I_C = 1mA$

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

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

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

然后，

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

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

现在，检查

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

因此，这不符合我们之前建立的偏置稳定性约束方程。

$I_C$

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

$I_C$ $2mA$

DC解决方案：

在此处输入图片说明

用500mV 1kHz正弦波驱动放大器：

在此处输入图片说明

$I_C$ $\beta$

— 阿尔弗雷德·半人马
source

R_{E}

$R_E$

R_{3}

$R_3$

R_{E}

$R_E$

I_{E} R_{E}

$I_E R_E$

直流电压是，但是关于电压摆幅，您指的是交流电压，不是吗？

— Vasiliy

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

$v^-_O = (I_E R_E) + V_{CEsat} - (V^+ - I_C R_C)$ 右边的第一项是射极旁路电容器两端的直流电压。右边的最后一项是输出耦合电容器两端的直流电压。对于削波水平计算，假设可以用电池代替耦合电容器，即，它们是交流短路，直流电压跨接。

— Alfred Centauri 2013年

我想念你的意思。稍后，我将尝试再次阅读-也许我会理解。Thx

— Vasiliy

由于这是一项学术任务，所以让我给您一些指导，而不是一个完整的答案。

有问题的放大器是共射极放大器。你可以找到这个放大器的简短概述和基本方程这里。

现在，让我们看看您要寻找什么才能满足所有约束。

静态功耗：

$R_1$ $R_2$

(β + 1) R_{E} >> R_{1} | | R_{2}

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

如果满足上述约束条件，则可以知道基本端子的电压值。计算发射极的电压很简单。

这些电阻的值有时会足够高，以使该分压器汲取的静态功率可以忽略不计。我相信这种情况在此配置中仍然有效，尽管如果您做出此假设，则在解决问题后必须检查其有效性。

额外的直流电流路径为：

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

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

$P=IV$ $R_C$ $R_E$

将这两个贡献加在一起。

输出电压摆幅：

您必须确保输出电压能够振荡6Vpp。根据此要求，对集电极的直流电压最直接的约束是：

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}

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

$V_{BE}$

$V_{CE}$

$\beta$

$\beta$

摘要：

这是一个非常有趣和复杂的问题。我不确定是否有一种分析方法可以完全满足所有约束条件。首先彼此满足，然后在遇到死胡同时返回并更改参数。我相信您会在2-3次迭代后完成，尽管我自己并没有解决问题。

祝好运

— 瓦西里
source

很容易地，约束条件是直流集电极电流的变化。

— Alfred Centauri