Wzmacniacz dwutranzystorowy [ćw] 1995 03 28


wyk.: PIOTR H.ZABRZEŃSKI prow.:dr inż. KUKAWCZYŃSKI

Politechnika Wrocławska termin: środa godz.9.15

Wydział Elektroniki

II rok Elektroniki/EMA

Projekt nr 1

z układów elektronicznych

temat: Wzmacniacz

dwutranzystorowy

Chorzów marzec'95

Spis treśi

1.Temat projektu................................3

2. Wstęp - podstawowe założenia.................3

3.Rozwiązanie projektu..........................4

3.1. Analiza stałoprądowa DC..................4

3.1.1. Analiza DC w temp. 300 K............4

3.1.2. Analiza DC w temp.273 K,338 K.......5

3.2. Analiza zmiennoprądowa AC................6

3.3. Symulacja komputerowa....................8

4.Dyskusja i wnioski............................8

5.Dodatki.......................................8

6.Literatura....................................8

-2-

1.Temat projektu

W oparciu o podany schemat należy:

a) znaleźć punkt pracy obu tranzystorów typu 2N2222 w tempe-

raturze odniesienia 300K oraz w temperaturach 273K , 338K .

b) obliczyć skuteczne wzmocnienie napięciowe Kusk , wzmocnienie

napięciowe Ku12 w temperaturze odniesienia .

c) obliczyć rezystancje wejściową rwe i wyjściową rwy dla skła-

dowej zmiennej w temperaturze odniesienia .

Do obliczeń przyjąć: Ec=42.5V , Ro=2 kW , Rc1=330 kW , Re1=680 W

, Rs=150 kW , Rc2=10 kW , Re2=430 W , Roo=ł W , 1/wC=0 W .

Przy obliczeniach wykorzystać uproszczony model hybryd P

o parametrach : napięcie na zaciskach baza-emiter Ube1=590mV

Ube2=656mV , współczynnik doskonałości złącza baza-emiter w te-

mperaturze odniesienia m=1.136, termiczny współczynnik zmian na-

pięcia w modelu tranzystora c=-2.3mV/K.

Rys.1. Schemat ideowy wzmacniacza dwutranzystorowego

będącego tematem projektu

2.Wstęp-podstawowe założenia

W trakcie obliczeń przyjąłem,że pkty pracy tranzystorów znajdu-

ją się w obszarze aktywnym . Wówczas staje się słuszny przyjęty

model tranzystora . Po wyliczeniach należałoby sprawdzić czy:

- napięcie kolektor-emiter jest dużo większe od zera (w praktyce

większe od 0.2V-0.3V).W przeciwnym razie tranzystor będzie w

stanie nasycenia.

- złącze baza-emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia

(w praktyce Ube=0.55-0.7V dla złącza Si) lub czy prąd kolektora

jest większy od 0.01*Icmax(prąd Icmax obliczany gdy Uce=0V).W

przeciwny razie tranzystor będzie w stanie odcięcia.

Drugim założeniem upraszczającym jest sam model tranzystora .

W modelu tym pominięto pojemności złączowe i dyfuzyjne , rezysta

ncje dynamiczne modelujące wzór Schockley'a , rozproszenia oraz

modelujące zjawisko Early'ego.

-3-

Następnym założeniem było pominięcie prądów zerowych

tranzystorów a także pominięcie zmian termicznych zwarciowego

współczynnika wzmocnienia prądowego b(T)=const.

Wszystkie te założenia wpływają oczywiście na niedokładność o-

bliczeń,jednak w niewielkim stopniu.Dzięki tym założeniom pro-

jekt staje się prostszy w rozwiązaniu.

3.Rozwiązanie projektu

Rozwiązanie projektu należy podzielić na dwa etapy.Najpierw do-

konywana jest analiza stałoprądowa DC,której celem jest wyzna-

czenie pktu pracy,czyli określenie prądów oraz napięć polaryzu-

jących oba tranzystory.Jej wyniki są konieczne do analizy zmie-

nnoprądowej AC,która jest użyteczna do określenia parametrów u-

kładu takich jak:wzmocnienie sygnału,rezystancji itd.Analiza AC

zwana również małosygnałową jest słuszna dla niewielkich zmian

sygnału wokół punktu pracy.

3.1.Analiza stałoprądowa DC

W tej analizie rozwieramy wszelkie pojemności i zmienne siły

prądomotoryczne ,zaś indukcyjności i zmienne siły elektromotory-

czne zwieramy.Wykorzystuje się tu założenie o pracy tranzystorów

w obszarze aktywnym.Po każdych obliczeniach sprawdzam,czy napię-

cie na złączu baza-emiter przekracza 0.2-0.3V, zaś prąd kolekto-

ra Ic jest większy od 0.01*Icmax.Oba warunki muszą być spełnio-

ne równocześnie.Wynikiem tej analizy są wartości prądów kolekto-

rowych Ic1,Ic2, napięcia kolektor-emiter Uce1,Uce2

3.1.1.Analiza stałoprądowa

w temperaturze 300 K

W tej temperaturze mając podane w temacie projektu napięcie na

zaciskach baza-emiter nie muszę identyfikować parametrów modelu

z równoczesnymi obliczeniami punktu.

Rys.2. Schemat ideowy wzmacniacza dwutranzystorowego

dla analizy stałoprądowej DC

-4-

Uwzględniając założenia oraz opierając się na podstawowych wzo-

rach tranzystora bipolarnego dla obwodu z rys.2. otrzymuje się :

(Ic1+Ib2)*Rc1+Ube2+(Ie2-Ib1)*Re2=E...................(3/1)

Ie1*Re1+Ube1+Ib1*Rs=(Ie2-Ib1)*Re2....................(3/2)

Ie1=(1+1/b1)*Ic1.....................................(3/3)

Ie2=(1+1/b2)*Ic2.....................................(3/4)

Ib1=(1/b1)*Ic1.......................................(3/5)

Ib2=(1/b2)*Ic2.......................................(3/6)

Uce1=E-(Ic1+Ib2)*Rc1+Ie1*Re1.........................(3/7)

Uce2=E-Ic2*Rc2-(Ie2-Ib1)*Re2.........................(3/8)

Uwzględniając powyższe równania otrzymuję:

Ic1=114.89mA Uce1=1.3387V

Ic2=1.8915mA Uce2=24.393V

Zatem oba tranzystory są w stanie aktywnym , więc równania

(3/3)-(3/6) oraz wyniki oparte na nich są prawdziwe.Natomiast

siły elektromotoryczne w modelu tranzystora wynoszą:

Ubeo1(300)=560.46mV Ubeo2(300)=626.46mV

zaś rezystancje Rp wynoszą :

Rp1(300)=29.80kW Rp2(300)=3.079kW

3.1.2.Analiza stałoprądowa

w temperaturach 273 K,338 K

W tych temperaturach należy oprzeć się na modelu tranzystora.

Jednak w tym modelu,parametr Rp=f(Ic) zależy od prądu kolektora.

6Należy .Parametr Ubeo maleje ze wzrostem temperatury o ok.

2.3mV na każdy stopień kelvina.

Z modelu hybryd p tranzystora otrzymuje się :

Ube1(T)=(Ic1/b1)*Rp1+Ubeo1(T).........................(3/9)

Ube2(T)=(Ic2/b2)*Rp2+Ubeo2(T).........................(3/10)

Rp1=[b1*(m*k*T)/q]/Ic1................................(3/11)

Rp2=[b2*(m*k*T)/q]/ Ic2...............................(3/12)

Ubeo1(T)=Ubeo1(300)-0.0023*(T-300)....................(3/13)

Ubeo2(T)=Ubeo2(300)-0.0023*(T-300)....................(3/14)

Równania(3/9),(3/10) po uwzględnieniu(3/11)-(3/14) przyjmują

postać:

Ube1(T)=(m*k*T)/q+Ubeo1(300)-0.0023*(T-300)...........(3/15)

Ube2(T)=(m*k*T)/q+Ubeo2(300)-0.0023*(T-300)...........(3/16)

-5-

Z równań (3/1)-(3/6) wynikają zależności:

Ic1(Ube1,Ube2)=0.1251-0.0144*Ube1(T)-0.0029*Ube2(T)....(3/17)

Ic2(Ube1,Ube2)=0.5735+2.2490*Ube1(T)-0.0135*Ube2(T)....(3/18)

Na podstawie równań (3/15)-(3/18)oraz (3/7),(3/8) otrzymuje się:

- dla temperatury T=273K

Ic1(273)=113.68mA Uce1(273)=1.51V

Ic2(273)=2.0245mA Uce2(273)=21.22V

- dla temperatury T=338K

Ic1(338)=116.5mA Uce1(338)=1.228V

Ic2(338)=1.653mA Uce2(338)=25.10V

Drugim sposobem wyznaczenia pktu pracy jest skorzystanie z

analizy małoprzyrostowej :

DIc1=(dIc1/dUbe1)*DUbe1+(dIc1/dUbe2)*DUbe2............(3/19)

DIc2=(dIc2/dUbe1)*DUbe1+(dIc2/dUbe2)*DUbe2............(3/20)

DUbe1=DUbe2=[m*k*(T-300)]/q-0.0023*(T-300)............(3/21)

Ic1(T)=Ic1(300)+DIc1..................................(3/22)

Ic2(T)=Ic1(300)+DIc2..................................(3/23)

Rożniczkując równania (3/17),(3/18) oraz dokonując przeliczeń

na równaniach (3/19)-(3/23),(3/7)-(3/8) otrzymuje się :

- dla temperatury T=273K

Ic1(273)=113.86mA Uce1(273)=1.497V

Ic2(273)=2.0245mA Uce2(273)=21.22V

- dla temperatury T=338K

Ic1(338)=116.34mA Uce1(338)=1.231V

Ic2(338)=1.7044mA Uce2(338)=24.98V

Z otrzymanych wyników widać, że w zakresie temperatur 273K-338K

tranzystory pracują w obszarze aktywnym.

Rys.3. Uproszczony model hybryd p tranzystora

bipolarnego przyjęty do obliczeń

3.1.2.Analiza zmiennoprądowa AC

W tej analizie rozwiera się stałe siły prądomotoryczne ,zwie-

ra się stałe siły elektromotoryczne w tym także w modelach.

-6-

Zwieramy także pojemności, gdyż to wynika z treści projektu

1/(w*C)=0. Analiza ta, zwana również analizą małosygnałową, do-

tyczy małych przyrostów sygnału zmiennego. Parametry w modelach

zostały obliczone na podstawie analizy DC w temperaturze odnie-

sienia 300K (patrz. rozdział 3.1.1.). Model ten jest słuszny dla

małych częstotliwości, gdyż pominięte pojemności nie odgrywają

tutaj znaczenia.

Rys.4. Schemat ideowy do analizy małosygnałowej

Dla obwodu z rys.4. otrzymujemy:

ib1*[Rp+(b1+1)*Re1]+iwe*Ro= e........................(3/24)

(iwe-ib1)*Rs= ib1*[Rp1+(b1+1)*Re1]...................(3/25)

ib2=(ib1*b1*Rc1)/(Rc1+Rp2)...........................(3/26)

uoo=b2*ib2*Rc2.......................................(3/27)

u1=ib1*[Rp1+(b+1)*Re1]...............................(3/28)

zatem skuteczne wzmocnienie napięciowe Kusk na podstawie równań

(3/24)-(3/27) wynosi:

Kusk=uoo/e

Kusk=(b1*b2*Rc1*Rc2)/{[[Rp1+(b1+1)*Re1]*(1+Ro/Rs)+Ro]*[Rp2+Rc1]}

wzmocnienie napięciowe Ku12 na podstawie równań (3/26)-(3/28)

wynosi:

Ku12=uoo/u1

Ku12=(b1*b2*Rc1*Rc2)/{[Rp1+(b1+1)*Re1]*(Rp2+Rc1)}........(3/30)

rezystancja wejściowa rwe na podstawie (3/25),(3/28) wynosi:

rwe=u1/iwe

rwe=[Rp1+(b1+1)*Re1]/{1+[Rp1+(b1+1)*Re1]/Rs}..............(3/31)

rezystancja wyjściowa rwy wynosi:

rwy=-uoo/iwy

rwy=

Po wstawieniu danych otrzymuje się :

Kusk=2038.23V/V Ku12=2070.30V/V

rwe=63.25kW rwy=

-7-

3.3.Symulacja komputerowa

Symulację tą przeprowadziłem za pomocą programu PSPICE wersja

5.2.Model tranzystora bipolarnego 2N2222 zmodifikowałem, dopaso-

wując go do danych z projektu(zmieniłem współczynniki wzmocnie-

nia prądowego BF).Dane wyjściowe z analizy znajdują się w załą-

cznikach.

4.Dyskusja i wnioski

Tematem projektu była analiza wzmacniacza dwutranzystorowego.

Posiada on sprzężenie zwrotne równoległe-prądowe mająca zwię-

kszyć pasmo przenoszenia jednak przy niewielkim zmniejszeniu

wzmocnienia oraz rezystancji wejściowej (patrz.(3/29)-(3/31)).

Układ ma taką strukturę,że odwraca fazę sygnału wejściowego na

poszczególnych stopniach wyjść tranzystorów o p rad (gdyż pra-

cują one w konfiguracji WE), co daje odwrócenie fazy o 2p na wy-

jściu wzmacniacza dwutranzystorowy ,czyli wzmacniacz nie odwraca

fazy.

Układ jest tak zaprojektowany (m.in.dzięki Rs), że gdy rośnie

prąd kolektora w pierwszym tranzystorze to w drugim musi zmaleć

i odwrotnie.Dlatego też układ jest bardziej stabilny na zakłóce-

nia i zmiany temperatury.

5.Dodatki

1.Obliczenia ze PSPICE'a

2.Dyskietka ze zbiorem wejściowym na PSPICE'a

6.Literatura

1.Baranowski J.,Nosal Z.-"Układy elektroniczne cz.1" WNT 1994

2.Baranowski J.-"Półprzewodn. ukł.impulsowe i cyfrowe" WNT 1976

3.Guziński A.-"Liniowe elektroniczne układy analogowe" WNT 1993

4.Korohoda , Porębski -"

5.Marciniak W.-"Przyrządy półprzewodnik.i ukł.scalone" WNT 1979

oraz notatki z projektu

-8-



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Prawo cywilne ćw. 2011-03-28, Prawo Cywilne
Obwody rezonansowe [ćw] 1995 03 29
Obwody rezonansowe [ćw] 1995 11 28
Analiza częstotliwościowa jednostopniowego wzmacniacza RC [ćw] 1995 05 05
Prawo cywilne ćw.11 2011-03-28, Prawo Cywilne
Wzmacniacz dwustopniowy ze sprzężeniem zwrotnym [ćw] 1995 05 05
03 28 szczegółowy sposób postępowania z olejami odpadowymi
Funkamateur 1995 03

więcej podobnych podstron