SEMESTRÁLNÍ PRÁCE Z PŘEDMĚTU NÁVRH A ANALÝZA ELEKTRONICKÝCH OBVODŮ

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "SEMESTRÁLNÍ PRÁCE Z PŘEDMĚTU NÁVRH A ANALÝZA ELEKTRONICKÝCH OBVODŮ"

Jaroslav Štěpánek
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Univerzita Pardubice FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY SEMESTRÁLNÍ PRÁCE Z PŘEDMĚTU NÁVRH A ANALÝZA ELEKTRONICKÝCH OBVODŮ Vypracoval: Ondřej Karas Ročník:. Skupina: STŘEDA 8:00

2 Zadání: Dopočítejte součástky s hodnotami??? tak, aby na rezistoru RZ (50 Ω) byly bez připojeného zdroje signálu 2V. Vypočítejte napěťové a proudové zesílení zapojení, vstupní odpor zapojení. Dále zvolte Hodnotu C2, aby dolní mezní kmitočet byl nižší než 20Hz (f d < 20Hz) a hodnotu C volte velmi vysokou. Obrázek : Schéma zapojení Řešení: Jsou dány následující parametry: Parametr Hodnota Vnap 5V Zesílení Q (h2) 200 RZ 50 Ω VRZ 2V < 20Hz f d Určení bázového odporu (z katalogových hodnot) Pro IB = 0.5 ma, VBE = 0,7V Pro IB2 = 5 ma, VBE2 = 0,9V R Ω 4.5 0

3 Náhradní schéma pro stejnosměrnou analýzu Kondenzátory jsou rozpojeny, stejně jako střídavé zdroje. Cílem je nalézt takový pracovní bod, kdy napětí na RZ = 2V, tedy I RZ = U RZ /RZ = 2/50 = 0.04A = 40mA. X X2 0.7V X3 Obrázek 2: náhradní schéma pro SS analýzu Pokud I RZ = 40mA, pak β.i B + I RK + I B = 40mA = I RZ, protože odpor kolektoru RK bývá velmi vysoký, můžeme I RK zanedbat a pak I RZ = β.i B + I B =(β+). I B. Pak (β+). I B =40mA a odtud I B = přibližně 0.2mA. Je-li napětí na emitoru 2V, pak v bodě X je napětí 2V+0,7V, tedy 2,7V. Při proudu I B protékajícím rezistorem R b je na tomto rezistoru úbytek 8,8mV. Rezistor RC volíme například 0k, na tomto rezistoru bude tedy úbytek 2V. V bodě X3 bude tedy napětí přibližně 4.7V. Zbývá tedy navrhnout napěťový dělič se středem 4.7V při zatížení 0.2mA. Volíme tedy proudy tak, že proud rezistorem RA bude násobek proudu I B a proud rezistorem RB bude 0 násobek I B Ω Ω. 2 0Ω Simulace v PSpice pro ověření výpočtu Pro ověření výpočtů byl sepsán následující model: VNAP 0 5 RA RB RC 2 3 0k Q 3 4 QBC547C RZ Model tranzistoru byl stáhnut z webu společnosti Fairchild a parametr BF změněn na 200.

4 Výstup: ( ) ( 2) ( 3) ( 4).9886 Rozdíl mezi vypočteným a simulovaným výsledkem je v řádech setin voltů. Vypočtené hodnoty je tedy možné využít v dalším postupu. AC analýza Pro účely AC analýzy je třeba vytvořit náhradní schéma, kde jsou všechny stejnosměrné napěťové zdroje rozpojeny a proudové zkratovány. Kondenzátory byly zvoleny tak aby v uvažované frekvenční oblasti vystupovaly jako zkraty. Náhradní schéma vypadá následovně: Obrázek 3: Náhradní schéma pro střídavou analýzu Výpočet napěťového přenosu V IN /V RZ : Uvažujme dvě základní rovnice: Dosadíme do rovnice pro výpočet R Z :..

5 . Určení vstupního odporu: Proud tekoucí ze zdroje VIN protéká rezistory r b a R C. Vstupní odpor lze určit z rovnice V IN /(i b +I RC ), kde I RB =r b *i b /R B a i b =(V IN -V RZ )/r b. VRZ pak vychází z předchozího výpočtu:..

6 Ω Simulace v PSpice pro ověření výpočtu Pro ověření výpočtů byl sepsán následující model: VNAP 0 5 *VIN 5 0 AC 5 IIN RA RB RC 2 3 0k Q 3 4 QBC547C RZ C m *C u.PROBE.OP *.AC DEC 20 50k.DC IIN LIB eval.lib.end Obrázek 4: Závislost vstupního napětí na vstupním proudu

7 Z grafu pak vychází vnitřní odpor 500Ω. Hodnoty jsou odlišné cca o 77 (7%) což může být způsobeno chybným určením r b. Pro ověření správnosti výpočtu byl upraven model pro DC analýzu, kde bylo napájecí napětí měněno v rozsahu 0V-5V. V rozsahu 2V-3V byl změřen proud protékající bází a také úbytek na přechodu B-E. Z toho byl vypočítán nový r b : Obrázek 5: Graf pro určení bázového odporu r Ω Ω Výsledek není o mnoho přesnější, bázový odpor tedy nemá velký vliv na vstupní odpor.

8 Proudové zesílení Proudové zesílení lze jednoduše odečíst z grafu: 200uA 0A -200uA 00mA I(VIN) 50mA SEL>> 0A 0s 0ms 20ms 30ms 40ms 50ms I(RZ) Time Obrázek 6: Odečet proudového zesílení Určení vazebního kondenzátoru Obrázek 7: Určení vazebního kondenzátoru

9 Z grafu přenosu napětí ze zdroje VIN přes vazební kondenzátor C2 na vstupní odpor zesilovače je možné určit vhodnou hodnotu vazebního kondenzátoru. Je-li počítáno s poklesem -3dB na mezní frekvenci 20Hz, pak vyhovuje například kondenzátor 2uF. Kondenzátor C je volen vzhledem k zadání jako 00 násobek kondenzátoru C2, tak aby zabezpečil minimální impedanci mezi body [2-4]. Kondenzátor by bylo možné určit i výpočtem, kdy bychom uvažovali, napěťový dělič podle následujícího obrázku: Obrázek 8: Výpočet vazebního kondenzátoru Přenos Au = Pro pokles o 3dB položíme rovnici přenosu rovnou hodnotě 0,707. Tedy: , Vypočítaná hodnota téměř souhlasí s hodnotou získanou simulací obvodu. Závěr Dosažené výsledky ukazují, že i poměrně jednoduchými analytickými metodami lze dosáhnout v obvodech s tranzistory poměrně uspokojivých výsledků.

Podobné dokumenty

Návrh a analýza jednostupňového zesilovače

Návrh a analýza jednostupňového zesilovače Zadání: U CC = 35 V I C = 10 ma R Z = 2 kω U IG = 2 mv R IG = 220 Ω Tolerance u napětí a proudů, kromě Id je ± 1 % ze zadaných hodnot. Frekvence oscilátoru u