Andrzej Szerszen
S5827
Projekt wzamcniacza opertego o tranzystor n-p-n Q2N2222
Dane:
EC=12V
fd=15Hz
fg=25kHz
RO=15k©
Rg=4,7k©
Poszukiwane:
RB1, RB2, RC, RE, CE, C1, C2 i CX  brakujÄ…cy na chemacie filtr dolnoprzepustowy RC
Prawidłowy schemat wzmacniacza :
+Ec
Rc
RB1
C2
Wy
C1
Rg
Cx
Ro
RB2 RE CE
Figure 1 Schemat wzmacniacza
Zadanie 1.
Stosując program Pspice wykonaj wykresy statycznych charakterystyk wejściowych i
wyjściowych tranzystora n-p-n Q2N2222, dla układu ze wspólnym emiterem(WE).
AnalizÄ™ wykonaj dla temperatury tj=27°C, w zakresie zmian prÄ…du bazy w przedziale
0-120 µA, ze skokiem 10µA.
RozwiÄ…zanie:
Charakterystyka wejściowa dla mojego tranzystora w Pspice w układzie pomiarowym
jak na rysunku poniżej:
R1
0.001
DC=12
Q1
V2
+
-
Q2N2222
V1
+
-
0
0
0
Figure 2 .Pomiar charekterystyki wejściowej
* C:\Documents and Settings\aszerszen\My Documents\Schemat WE.sch
Date/Time run: 06/26/10 20:12:51 Temperature: 27.0
(A) Schemat WE.dat (active)
300uA
250uA
200uA
150uA
100uA
Napięcie wejściowe w punkcie pracy
50uA
0A
600mV 620mV 640mV 660mV 680mV 700mV 720mV 740mV 760mV
IB(Q1)
V_V1
A1:(713.964m,75.001u) A2:(600.000m,1.3977u) DIFF(A):(113.964m,73.604u)
Date: June 26, 2010 Page 1 Time: 20:14:52
Figure 3 Wykres Charakterystyki wejsciowej
Charakterystyka wyjściowa dla mojego tranzystora w Pspice w układzie pomiarowym
jak na rysunku poniżej:
R1
0.001
Q1
V
+
-
-
Q2N2222
+
I1
0 0 0
Figure 4 Pomiar Charakterystyki wyjsciowej
* C:\Documents and Settings\aszerszen\My Documents\Schemat WY.sch
Date/Time run: 06/26/10 17:30:12 Temperature: 27.0
(A) Schemat WY.dat (active)
25mA
20mA
75uA
15mA
Punkt Pracy
10mA
5mA
0A
-5mA
0V 2V 4V 6V 8V 10V 12V
Ic(Q1)
V_V2
Date: June 26, 2010Page 1 Time: 17:30:24
Figure 5 Charakterystyka Wyjściowa tranzystora
U
CES
Zadanie 2. Dla schematu jak na rys. 1 (Figure 1) Wykonaj project wzmacniacza
jednowstopniowego w układzie WE dla małych amplitud 3db I paramaetrach jak w
danych ze strony 1. Oblicz uzyskane wzmocnienie Ku i Ki, oraz rezystencjÄ™
wejsciową rWE i wyjściową rWY. Obliczenia wykonajbez użycia komputera przy
załozeniu rBB=0, oraz h22 =1, rCE =0 Dobór pracy tranzystora na charakterystykach
uzyskanych z zadania 1.
RozwiÄ…zanie:
Wybieram Punkt Pracy z charakterystyk WE, WY tranzystora:
UCEQ=4V, IBQ= 75µA, ICQ=14mA z charakterystyki wyjsciowej,
IB=75µA Ò! 713mV = UBQ z charakterystyki wejÅ›ciowej.
Za pomocÄ… tych danych wyliczm współczynik ² dla Q2N2222.
ICQ
14mA 14 * 0,001A
² = = A = =186,7- współczynnik wzmocnienia.
IBQ 75µ 75 * 0,000001A
Obliczmamy Rc i RE:
UEC = ICQ * RC+UCEQ+IEQ*RE wiadomo, ze prąd emitera jest równy prądom bazy i
kolektora, oraz prÄ…d kolektora jest równy ²*IB+(1+²)*ICQ a ponieważ ICQ jest bardzo
Ź
ICQ
maÅ‚e to zakÅ‚adamy, że ICQ = ²* IBQ, czyli IBQ =
²
ICQ ICQ
IE= ICQ+ , więc UCC=ICQ*RC+UCEQ+(ICA+ )*RE
² ²
ICQ
Ź
Ponieważ ICQ>> mozemy wyłaczyć je z równania:
²
UCC=ICQ*RC+UCEQ+ICA*RE
Ź Ź
Ucc -UCEQ
UCC- UCEQ= ICQ(RE+ RC), czyli RE+ RC= podstwiajÄ…c
Ź
ICQ
12V - 4V
RE+ RC= = 571,4©
14mA
Ź
Wyliczmy zakres pracy wzmacniacza potrzebny do ustalenia konkretnych impedencji
RE i RC.
UWYMAX-=UCEQ-UCES, gdzie UCESwynika z charakterystyki wyjsciowej H" 0,5V, czyli
Ź
UWYMAX-/+=4V-0,5V=3,5V
UWYMAX= ICQ(RC||RO)
Uwy max * RO
3,5V *15k© 3,5 *15000
RC= = = = 254©
ICQ * RO -Uwy max 14mA *15k© - 3,5V 0,014815000 - 3,5
RE=571,4©-254©=317,4©
Ź
Obliczamy RB1 I RB2, wychodzimy z załozenia, ze RB2 musi być o wiele wiekszy RB1,
zeby nie wpływało to na napięcie UB.
IB = 75µA, UB = 0,713V
IB<< IRBAÒ! IB*10= IRBA=0,75mA z tego wynika, że URB1=UCC  UBQ-URE
UREQ=IEQ*RE=14mA*317,4©=4,44V
UCC -UBQ -UREQ
12V - 0,713V - 4,44
RB1= = = 9,18k©
IRB1 0,75mA
UBQ +UREQ
0,713V + 4,44V
RB2= = = 6,2k©
11* IBQ 11* 0,75µA
Ź
Obliczam rezystencjÄ™ wejsciowÄ… RB.
RB= RB1 * RB 2 3,7k©
=
Ź
RB1 + RB 2
Obliczmy wzmocnienie napięcowe Ku w zakresie srednich częstotliwości:
RB * rbe
RWE= = (RB || rbe)
Ź
RB + rbe
rbe =²* reb
ÕT
reb=
IE
Ź
k(stała Boltzmana)
q ( Å‚adunek elektryczny)
Ź
T(współczynnik temperaturowy) C = 25+273= 298 K
Õt
r =
'
eb
IE
rb e * RB
'
25,5mV
Rwe = rb e || Rb =
'
r =
`
eb rb e + RB
'
14mA
rb e = ²* r
' '
eb
25,5 * 0,001V
339.8©* 3,7k©
r = rb e =186,7 *1,82©
Rwe =
` '
eb
14 * 0,001A
339,8© + 3,7k©
rb e = 339,8©
'
0,0255V
Rwe = 331©
r =
`
eb
0,014A
r =1,82©
`
eb
Ź
Ź
Ź
Ic
gm =
ÕT
14mA
gm =
22,5mV
gm = 549mS
Rwe
Ku = * gm * (Rc || Ro)
Rwe + Rg
Rwe Rc * Ro
Ź
Ku = * gm *
Rwe + Rg Rc + Ro
331© 15000©* 254©
Ku = * 0,549 * = 0,0658 * 0,549S * 249,7© = 9,02
331© + 4700© 15000© + 254©
wzmocnienie napięciowe = 9,02
Ź
Obliczmy wzmocnienie prądowe KI w zakresie srednich częstotliwości:
RO
K1 = Ku *
Rg
15k©
K1 = 9,02 * = 28,8
4,7k©
wzmocnieie prÄ…dowe wynosi 28,8
Obliczmy pojemności kondensatorów dla niskich częstotliwosci:
Ź
10
C1 =
2 * Ä„ * fd * (Rg + Rwe)
10 10
C1 = = = 35µF
2 * 3,14 *15Hz * (4,7k© + 331©) 6,28 *15 * (4,7 *1000 + 331©)
10
C2 =
2 * Ä„ * fd * (Ro + Rc)
Ź
10
C2 =
2 * 3,14 *15Hz * (15k© +1,23k©)
10
C2 =
6,28 *15 *16,23*1000
10
C2 =
1528866
C2 = 6,5uF
Dla C i C przyjmuję 10 krotnie mniejsza wartość f , ponieważ chcę żeby CE był
1 2 d
decydującym kondensatorem o fd calego układu.
Ź
rb e + Rg || RB
'
RCE = RE ||
² +1
Ź
Rg * RB
RG RB =
Rg + RB
4,7k©* 3,7k©
RG RB = = 2,07©
4,7k© + 3,7k©
rb e + Rg || RB
'
RCE = RE ||
² +1
339,8© + 2070©
Ź
RCE = 317,4© ||
186,7 +1
RCE = 317,4© ||12,8©
317,4©*12,8©
RCE = =12,3©
317,4© +12,8©
1
CE =
2 * Ä„ * fd * RCE
Ź 1
CE =
2 * 3,14 *15Hz *12,3©
CE = 862µF
Obliczmay pojemność CX (filtr RC dolnoprzepustowy):
Ź
1
fg = ,(Hz)
2 RCXCX
RCX = RO || RC,
15000©* 254©
RCX = = 250©
15000© + 254©
1
CX = = 25,4nF
2 * 3,14 * 25000Hz * 250©
Ź
Obliczamy KU :
[dB]
Ku[dB ] = 20log(9,02) =19,1
Ź
Zadanie 3.
Wykonaj analize projektu z Zadania 2 stosując PSpice. Porównaj uzyskane wyniki
obliczeń uwzględniając przy porównaniu fakt zastosowania uproszczonych zasad w
Zad 2.
Odpowiedz
:
Po dokonaniu symulacji wzmacniacza widzimy róznice wynikające z obliczeń:
Maksymalna wartość wzmocnienia przy napięciu wejsciowym 750mV wynosi około
8X, czyli KU = 8, z obliczen wynikało 9,2 . Odcięcie dolnych częstotliwości przy -3db
to 13,5Hz a nie 15Hz, fg=26kHz, a zakładalismy 25kHz.
Poniżej układ, oraz charakterytyka pracy wzmacniacza.
RC
RB1
254
C2
9.18k
6.5u
Rg C1
Q1
V2
Q2N2222
Cx
+
35u 25.4n
4.7k
-
RO
-
15k
+
WE
RB2 Re CE
6.2k
317.4 862u
0 0 0 0 0 0 0
Figure 6 Schemat Wzmacniacza w PSpice
* C:\Documents and Settings\aszerszen\My Documents\ukladBzyk.sch
Date/Time run: 07/03/10 22:18:20 Temperature: 27.0
(A) ukladBzyk.dat (active)
8.0V
6.0V
-3db
4.0V
2.0V
0V
1.0Hz 10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz
V2(Cx)
Frequency
Date: July 03, 2010 Page 1 Time: 22:19:02
Figure 7 Charakterystyka Wzmacniacza w PSpice