Diseño de amplificador con tres etapas.

Como proyecto para mi clase de electrónica 101, me asignaron diseñar un amplificador de tres etapas usando un transistor bjt para lograr una ganancia de 150 y una resistencia de entrada de 100k y una resistencia de salida de 50 ohmios . He intentado hacerlo, pero el El resultado es menos que satisfactorio, realmente necesito la ayuda de un experto. (La pregunta puede parecerle básica, lo siento, soy un principiante).ingrese la descripción de la imagen aquí

Sé a ciencia cierta que este circuito tiene muchos defectos. En primer lugar, la resistencia de salida no es 50, es 90. En segundo lugar , la resistencia de 200k que he usado al comienzo del circuito para hacer que la resistencia de entrada sea alta, amortigua la señal, por lo que, en cierto sentido, mi circuito amortigua la señal. primero y luego lo amplifica. En tercer lugar , mis fuentes de CC son demasiadas, solo puedo usar una fuente de CC, por lo que este último problema no es realmente algo que me preocupe. Y mi ganancia es de alrededor de 105, lo que no es satisfactorio.

1. Realmente agradecería si me ayudaran con esto. Creo que debería usar una etapa de colector común como última etapa, pero tengo problemas para configurar/comprender la resistencia de salida de una etapa de colector común.

  1. No tengo idea de cómo debo hacer que la resistencia de entrada sea tan alta como 100k sin amortiguar mi señal.

3.¿Cree que la configuración correcta para lograr una ganancia de 150 es CE-CE-CC?

Como dije antes, realmente agradecería su ayuda. No tengo ni idea de cómo comenzar a mejorar mi diseño para que coincida con los detalles de la tarea. Por lo tanto, se necesita cualquier ayuda, grande o pequeña.

Hmm, ¿puedes usar un voltaje de suministro superior a 12V? ¿Puede describir cómo elige R3 y R4? Si se deshace de R1, ¿qué determina su impedancia de entrada? Y sí, creo que una etapa de salida CC puede ayudar a cumplir con su especificación de impedancia de salida de 50 ohmios.
¿Está obligado a usar solo transistores npn? O se permite una etapa pnp (debido a los puntos de operación de CC). No use un resistor de entrada en serie (200k). En su lugar, pruebe con una etapa de emisor común con retroalimentación (cancele C2).
¿En qué banda de frecuencia necesita trabajar el amplificador?
Algo está seriamente desordenado con su esquema. Muestra las salidas en corto, ambas conectadas a tierra. La señal de entrada en la parte superior de C1 también está en cortocircuito a tierra.
Sugiero usar una etapa de colector común (seguidor de emisor) en la primera etapa porque tiene una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida (= lo que desea)
Tengo otra sugerencia: no use tres fuentes de CC separadas para la polarización de la base. Nadie hace esto en la práctica. En su lugar, proporcione polarización de base utilizando divisores de voltaje (diseño clásico).
Para resolver un problema, la base de Q1 debe polarizarse al punto medio de Vcc y conectarse a tierra a través de dos resistencias de 200k, una a Vcc y otra a tierra, con un efecto neto de 100k. En la práctica sería 220k no 200k.

Respuestas (3)

Su clase de electrónica probablemente le haya enseñado el modelo híbrido-pi y le haya dado algunas fórmulas complejas (pero precisas) para ganancia, resistencia de entrada y resistencia de salida de las diversas topologías de amplificador. Podría ayudar a su comprensión tener algunas fórmulas aproximadas más simples. Estos provienen del siempre útil Art of Electronics de Horowitz y Hill.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

C tu r r mi norte t   gramo a i norte = I C I B = h F mi = β

I norte pag tu t   r mi s i s t a norte C mi   o F   t h mi   b a s mi : β R mi

O tu t pag tu t   r mi s i s t a norte C mi   o F   t h mi   mi metro i t t mi r : R S β | | R mi

O tu t pag tu t   r mi s i s t a norte C mi   o F   t h mi   C o yo yo mi C t o r : R C

V o yo t a gramo mi   gramo a i norte = V C V i norte = − R C R mi

Estas fórmulas se basan en los siguientes supuestos, algunos de los cuales pueden ser intercambiables:

  • β es largo

  • R mi >> r mi

  • La caída de voltaje a través de la unión base-emisor es constante

  • La corriente del colector no es demasiado grande.

Como R mi se vuelve más pequeño, la resistencia inherente del emisor comienza a tener un mayor efecto en su ganancia. A medida que aumenta la corriente del colector, el transistor comienza a actuar menos como una fuente de corriente ideal. Aquí es donde el r π y r o entran los términos del modelo híbrido-pi. En particular, el caso común de una resistencia de emisor en derivación (que le brinda la alta ganancia que necesita) requiere el modelo híbrido-pi.

Como puede ver, no es necesario usar resistencias en serie para controlar directamente la resistencia de entrada. El valor de la resistencia del emisor se multiplica en la base. Solo asegúrese de que sus resistencias de polarización sean grandes, y debería estar bien. Como sospechaba, un amplificador de colector común le dará la resistencia de salida que necesita.

Probablemente consideraría CE, CE, CC como el mejor enfoque para lograr el rendimiento que desea con la etapa 1 y la etapa 2 proporcionando una ganancia que en general da 150. Otro posible problema que veo son los puntos de sesgo para cada etapa CE que tiene . Por ejemplo, el voltaje de CC a través de las resistencias del emisor normalmente (regla general) es del 10% de Vcc, pero parece que está polarizando la base con 6 voltios a través de 20k; es probable que esto conduzca a un voltaje de emisor de unos 4 o 5 voltios.

Dado que Vcc es de 12 voltios, esto parece demasiado alto, así que reduzca la polarización de 6 voltios a quizás 2 voltios y esto debería configurar aproximadamente los emisores entre 1 y 1,5 voltios. A continuación, elija las resistencias del emisor para establecer la corriente a través del emisor, tal vez 1 mA para la primera etapa. Esto significa que la resistencia del emisor será de aproximadamente 1k2.

Con 1 mA fluyendo a través de la resistencia del colector, debe "caer" alrededor de 6 V; esto significa una resistencia del colector de 6k, no de 2k, y esto debería comenzar a brindarle más ganancia en la etapa del transistor frontal.

Paso y repita probablemente con una corriente de emisor de 3mA o 4mA para la segunda etapa.

Esta no es mi área de especialización. Pero creo que deberías estar copiando la topología básica del amplificador operacional. La primera etapa debe ser un par de cola larga. La segunda etapa puede ser un amplificador de voltaje CE y la tercera etapa puede ser un búfer de corriente (seguidor de emisor). Concéntrese en la alta ganancia y la polarización para una amplia oscilación de voltaje. Puede establecer la ganancia precisa con retroalimentación más adelante. Toma esto por lo que vale. Tendría problemas para completar esta tarea por mi cuenta, pero estoy seguro de que comenzaría con un par de cola larga, seguido de un emisor común (¿Darlinton, tal vez?) y a partir de ahí vería cómo iba. Diez millones de amplificadores operacionales no pueden estar equivocados.

Diseño de amplificador con tres etapas.
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