Amplificador de clase A de BJT - Ayuda para calcular los valores de resistencia \$R_C\$ y \$R_E\$

Question

Tengo dificultades para calcular los valores requeridos de los resistores \$R_C\$ y \$R_E\$ en el circuito siguiente. No logro encontrar fórmulas en la web.

Sé cómo encontrar \$R_1\$ y \$R_2:

$$R_1 = (\frac{R_2}{V_B} \times V_{CC})-R_2$$

$$R_2 = \frac{_{DC} \times R_E}{10}$$

Agradecería cualquier ayuda que puedas brindarme, ya que no puedo avanzar con otros cálculos hasta que encuentre los valores de \$R_C\$ y \$R_E\$.

Especificaciones técnicas del circuito:

• BJT BC108
• Se utiliza polarización de división de voltaje
• \$I_{C(sat)} = 20mA\$
• \$V_{CC} = 10V\$
• Capacitores de acoplamiento de 10μF para las conexiones de entrada y salida
• Capacitor de derivación de 100μF
• \$_{DC} 200\$
• Ganancia de voltaje sin capacitor de derivación = 1.5

Tracé una Línea de Carga DC y el punto Q está en \$I_C = 10mA\$ y \$V_{CE} = 5V\$.

Answer 1

Advertencia - ¡¡se están utilizando reglas generales!!

Siempre trato de obtener alrededor de 0.5 a 1V en el emisor (digamos 0.75V). Esto significa que la base estará alrededor de 1.45V y esto te permite calcular R1 y R2 (pero debes estar preparado para revisar esos valores si la corriente de base consumida es un poco alta).

Quieres 10mA a través del colector y esta es prácticamente la misma corriente que pasa a través del emisor, por lo que ahora puedes decidir cuál es Re - 0.75V/10mA = 75 ohmios.

Con una corriente de colector de 10mA, quieres que el colector esté a la mitad de la línea de alimentación, lo que significa que Rc es 5V/10mA = 500 ohmios. Otra regla general: la corriente a través de R1 y R2 debería ser aproximadamente una décima parte de Hfe más baja que Ic. Si Hfe es 200, entonces la corriente en R1 y R2 es aproximadamente 10mA/20 = 0.5mA.

Por lo tanto, R1 + R2 debería ser igual a 10V/0.5mA = 20 kohmios.

R2 necesita ser más pequeño que R1 para desarrollar alrededor de 1.45V en la base y con una fuente de alimentación de 10V puedo ver inmediatamente que R2 siendo aproximadamente 2k9 tomaría 0.5mA para desarrollar 1.45V. Esto deja a R1 como 17k1 ohmios.

Yo usaría 3k0 para R2 y un 18k para R1 por razones prácticas de disponibilidad.

C3 depende de tu entrada de frecuencia más baja y de cuánta ganancia de voltaje necesitas. Sin C3, hay una ganancia de voltaje de aproximadamente Rc / Re = 6.667. Si deseas más ganancia, usa C3 pero prepárate para colocar una pequeña resistencia en serie con ella para linearizar la ganancia en todo el ancho de banda deseado.

Answer 2

Tienes 4 resistencias y, por lo tanto, 4 grados de libertad. Necesitas cuatro restricciones de diseño independientes y consistentes para encontrar un conjunto único de cuatro valores de resistencias.

Algunas de las posibles restricciones de diseño son:

(1) impedancia de entrada

(2) impedancia de salida

(3) ganancia de AC

(4) corriente del colector de DC

La impedancia de entrada es aproximadamente

$$Z_{in} = R_1||R_2||r_{\pi}$$

La impedancia de salida es aproximadamente

$$Z_{out} = R_C||r_o$$

La ganancia de AC es aproximadamente

$$A_v = -g_mR_C||r_o$$

La corriente del colector de DC es aproximadamente

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

donde

$$V_{BB} = V_{CC}\frac{R_2}{R_1 + R_2}$$

$$R_{BB} = R_1||R_2$$

Dado que las únicas restricciones que has especificado son \$I_C\$ y \$V_{CE}\$, debes usar cierto juicio de ingeniería ('mejor suposición', 'reglas prácticas') para justificar tu elección de valores de resistencia, como ha demostrado Andy aka.

Como otro ejemplo de cómo proceder, primero calculemos los parámetros de señal pequeña:

$$g_m = \frac{I_C}{V_T} = \frac{10mA}{25mV} = 0.4S$$

$$r_{\pi} = \frac{\beta}{g_m} = \frac{200}{0.4S} = 500 \Omega$$

$$r_o = \frac{V_A}{I_C} = \frac{80V}{10mA} = 8k\Omega$$

Ahora, está claro que la impedancia de entrada debe ser menor que \$r_{\pi}=500\Omega\$ lo cual es bastante bajo.

Supongamos que la ganancia de voltaje (magnitud) deseada es \$|A_v| = 100\$, entonces

$$R_C \approx \frac{|A_v|}{g_m}=\frac{100}{0.4S} = 250\Omega$$

Dado que \$R_C<

El voltaje del colector de DC será

$$V_C = V_{CC} - I_C R_C = 10V - 10mA \cdot 250\Omega = 7.5V$$

Has especificado que \$V_{CE} = 5V$ así que el voltaje del emisor de DC es

$$V_E = V_C - V_{CE} = 7.5V - 5V = 2.5V$$

Por lo tanto, el valor requerido para \$R_E$ es

$$R_E = \frac{V_E}{I_E} \approx \frac{V_E}{I_C} = \frac{2.5V}{10mA} = 250\Omega$$

Suponiendo que \$V_{BE} = 0.7V\$, el voltaje a través de \$R_2$ es

$$V_{R2} = V_E + V_{BE} = 2.5V + 0.7V = 3.2V$$

Ahora, una regla práctica para la estabilidad del punto de operación es establecer que la corriente a través de \$R_2$ sea 10 veces la corriente base de DC

$$I_{R2} = 10\cdot I_B = 10 \cdot \frac{I_C}{\beta} = \frac{10}{200}10mA = 500\mu A$$

Por lo tanto, el valor requerido de \$R_2$ es

$$R_2 = \frac{V_{R2}}{I_{R2}} = \frac{3.2V}{500\mu A} = 6.4k\Omega$$

Por KCL, la corriente a través de \$R_1$ es

$$I_{R1} = (10 + 1)I_B = 11 \cdot 50\mu A = 550\mu A$$

El voltaje a través de \$R_1$ es

$$V_{R1} = V_{CC} - V_{R2}= 10V - 3.2V = 6.8V$$

Por lo tanto, el valor requerido para \$R_1$ es

$$R_1 = \frac{V_{R1}}{I_{R1}} = \frac{6.8V}{550\mu A} = 12.4k\Omega$$

Usando valores de resistencias E96 (1%) para las resistencias obtenemos

$$R_1 = 12.4k\Omega$$

$$R_2 = 6.34k\Omega$$

$$R_E = 249\Omega$$

$$R_C = 249\Omega$$

Answer 3

Hay diferencia entre los amplificadores de voltaje y de potencia en clase A:

La distinción entre amplificador de voltaje y de potencia es algo artificial, ya que la potencia útil (producto de voltaje y corriente) siempre se desarrolla en la resistencia de carga a través de la cual fluye la corriente. La diferencia entre los dos tipos es realmente una cuestión de grado. Es una cuestión de cuánto voltaje y cuánta potencia. Un amplificador de voltaje está diseñado para lograr la máxima amplificación de voltaje. Sin embargo, no es importante aumentar el nivel de potencia. Por otro lado, un amplificador de potencia está diseñado para obtener la máxima potencia de salida.

Amplificador de voltaje: se utiliza un transistor con alto beta en el circuito. (beta > 100) se busca que la resistencia de entrada del transistor sea bastante baja en comparación con la carga del colector Rc. se utiliza una carga relativamente alta Rc en el colector. Los amplificadores de voltaje siempre se operan a baja corriente del colector. (Rc = 4 a 10k) impedancia de salida: (alta ~12kΩ)

Amplificador de potencia: el tamaño del transistor de potencia se hace considerablemente más grande para disipar el calor durante la operación. se utiliza un transistor con bajo beta en el circuito. (beta = 5 a 20) impedancia de salida: (baja ~200Ω)