Amplificator elementar clasa A

[MRB]

Buna seara.

http://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/amp_5.html

As dori sa aflu cum se calculeaza valoarea condensatoarelor C1 si Ce  a rezistentelor Re si Rl.Rezistoarele care formeaza diviziorul de tensiune pentru polarizarea bazei banui ca se calculeaza pentru a ataca baza cu o valoare a tensiunii de 0.6 v suplimetata cu cel putin modulul volorii de varf a semialternantei negative a semnalului de intrare(nu stiu daca am inteles bine).Nu am inteles efectiv nici rolul condensatorului Ce(in afara de faptul ca permite trecerea curentului atunci cand apar variatii de tensiune la borne ,oprind astfel curentulul de mers in gol  si permitand doar curentului alternativ sa treaca),am vazut in unele montaje acest condensator conectat in paralel cu o rezistenta...etc.

Multumesc anticipat.

[UDAR]

Pentru a răspunde trebuie mai întâi să întreb.

Ce știi despre un tranzistor ? Știi ce e ăla un PSF ? Știi ce e beta ? Știi ce e impedanța de intrare / ieșire , transconductanța , etc ? 

Dar cu electrotehnica generală cum stăm ? Legea lui Ohm ( bănuiesc că da ) ? Dar Kirchoff , reactanța unui condensator , impedanța unui circuit complex , etc ? 

 

EDIT . Am găsit un alt post în care spui că ai absolvit o facultate cu profil electric . Păi atunci răspunsurile la ( mai) toate întrebările mele ar trebui să fie pozitive . 

Editat Martie 21, 2016 de UDAR

[MRB]

La tranzistor stiu ce se intampla in interior, structura cristalina,ca fenomenologie(purtatori ,goluri....natura dopantilor si a retelei cristaline,cum se variaza rezistenta electrica a structurii in functie de curentul baza emitor ).Stiu parametrii betta si alpha.Puntul static de funtionare stiu ca este functie de 2 parametrii....curentul de colector si tensiunea de colector.(....mai multe nu stiu)

Impedanta de intrare si iesire, am doar ideee ce inseamna conceptul in cadrul unui circuit,nu la tranzistor.

Transconductanta ,daca se refera doar la intelegerea modului in care opereaza semiconductoarele da,in cazul in care e un termen consacrat,nu stiu.

La electrotehnica cred ca am cunostiinte cat de cat solide.

Nu am facut decat o materie de electronica la facultate,era in anul 2 si nu mi-am pus problema intelegerii fundamentale a lucrurilor atunci iar in energetica...in afara de intelegerea principiului de functionare a convertoarelor AC-AC, respectiv DC-AC (fara a intra in detalii de proiectare) nu am avut de a face cu electronica.

Va multumesc mult.

[UDAR]

OK . Să încercăm atunci .

 

Pentru a proiecta un etaj de amplificare cu tranzistor trebuie mai întâi să cunoaștem datele de intrare . Acestea sunt : valoarea rezistenței de sarcină R_L , valoarea ( maximă) a amplitudinii semnalului de ieșire Uout, valoarea amplificării în tensiune A și , eventual, valoarea rezistenței sursei de semnal R_s . Se pot defini și alte seturi de parametri, ne vom limita la acest set .

Pentru a funcționa în clasa A  tranzistorul trebuie simultan să aibă o tensiune u_CE > 0 și un curent i_C : >0

Ca să fie lucrurile mai clare vom intra direct pe exemple . Să zicem că se impune R_L = 1kΩ, Uo_max = 5V , A = 20 și R_s = 2kΩ. Din aceste valori și din condițiile de clasă A rezultă , fără prea multă teorie , că Vcc > 10V și I_C > 5mA.  Din considerente de stabilitate ( voi reveni dacă e cazul ) alegem U_E = 2V . Vom alege deci , pentru a nu fi la limită , Vcc > 10V + 2V = 12V ; Vcc = 15V . I_C > 5mA ; I_C = 6mA . De aici rezultă direct R_E = U_E/I_C = 330Ω.

U_B va fi U_B = U_E + 0.7V = 2.7V . 

Pentru dimensionarea divizorului R1,R2 vom presupune că tranzistorul are un h_FE ( ß) de 100 , deci I_B = 60µA. Alegem curentul prin divizor de , să zicem , 10 ori mai mare adică 600µA. Rezultă R1+R2 = 15V/600µA = 25kΩ. Rezolvând sistemul și alegând valori standardizate obținem R2= 4.7kΩ și R1 = 22kΩ.

 

 

Mai multe , mâine .

[MRB]

http://uploadimage.ro/35Iu/IMG_20160322_192639.jpg
http://uploadimage.ro/35Iv/IMG_20160322_192706.jpg
http://uploadimage.ro/35Iw/IMG_20160322_192609.jpg

Va multumesc inca odata.Am postat imaginile de mai sus cu scopul de a exclude eventualitatea unei conceptii gresite cu care sa merg mai departe in eventualitatea in care e vre-o greseala in calculele mele, din acest motiv nu am pus rezistentele standardizate ci valorile rezultate din calcule.

In urma calculului sper sa fi inteles corect anumite concepte:

Se calculeaza separat circuitul in curent continuu,si apoi se trece la comportamentul in alternativ cand apare o sursa de semnal(aici nu inteleg conceptul de impedanta a sursei )

Ucc>10 v ...deoarece amplificarea maxima in tensiune este de 5 volti,semnalul de intrare fiind alternativ trebuie sa pastrez o rezerva care sa poate acoperii amplificarea semialternantei negative.

Sper sa imi fi dat seama corect de rolul condensatorului Ce(in cazul semialternantei pozitive, caderea de tensiune pe rezistenta Re creste...la un moment dat tensiunea emitorului fata de masa incepe sa creasca pana la momentul in care caderea de tensiune U be scade sub pragul de 0.6 si tranzistorul este blocat,caz care se evita prin acel condensator care se comporta ca un ''scurt,, pentru curentul alternativ).Cum se calculeaza el......Deocamdata nu am idee.

De asemenea nu am inteles de ce Ic>5mA sau cum se face aproximatia curentului prin divizor(fiindu-mi clar ca trebuie sa pierd cat mai putin,dar nu am inteles cat de putin sau mai bine zis...ce efecte calitative poate avea alegerea curentului prin divizor) sau conceptul de stabilitate si alegerea tensiunii de 2 V in emitor.

Editat Martie 22, 2016 de MRB

[UDAR]

Ai înțeles corect cu tensiune pe sarcină , față de o referință ( valoarea de repaos, în cazul nostru 6V ) trebuie să am spațiu să scad respectiv să cresc cu 5V. 

același lucru despre curent , o variație de 5V peste 1 kΩ dă 5mA . Trebuie deci să am spațiu pentru ei .

Din păcate nu mă simt foarte OK în seara asta , așa că analiza pe alternativ se amână . 

[MRB]

Sanatate.Astept cu nerabdare urmatoarea discutie.

[Marian]

PSF:

 

Un emitor comun degenerat la care ignori valorile R1 si R2 si presupui ca sunt dimensionate astfel incat sa aduca 0,7V in baza tranzistorului, mai presupui ca Vbe este la 0,6V si ca Ib este atat de mic incat poate fi ignorat ( in practica Vbe nu este fix, iar Ib are totusi o anumita valoare bine definita si potential importanta, aici incerc insa sa explic ceva si prin urmare simplific putin ).

 

Cu 0,7V in baza si 0,6V luati de Vbe, ai 0,1V in emitor si deci pe R4 ( aceasta este rezistenta de degenerare in emitor, scopul ei este liniarizarea punctului dinamic, mai multe detalii poate mai tarziu ), prin urmare I_E este 0,1/100=0,001A, sau 1mA. I_C in principiu este I_E-I_B cum insa aici in exemplu ignoram pe IB, rezulta ca I_C=I_E=1mA.

 

1mA pe R3 inseamna 0,001*2200, adica 2,2V, prin urmare V_C=Vcc-V_R3=5-2,2=2,8V.

Prin urmare poti numi PSF ca fiind punctul DC de lucru.

_______________________________________________________

 

Transconductanta:

 

Aceeasi schema, cu adaugirea unui semnal AC pe intrare, sa il presupunem a fi la 10mV, asadar in baza o sa ai suprapusa peste polarizare, o variatie de 10mV, asta se va traduce intr-o variatie de aceeasi amplitudine in emitor, si deci pe R4, si deci intr-o variatie de curent pe R4 ( si prin urmare si in emitor ) de 0,01/100=100uA. Cum mai sus am acceptat ca I_C=I_E rezulta ca aceeasi variatie de curent are loc si in colector. Pe cale de consecinta o variatie de 10mV in baza, a dus la o variatie de 100uA in colector, am bolduit pentru ca asta este in esenta transconductanta, adica o anumita variatie I_C indusa de o variatie data V_B.

 

Transconductanta se exprima in S ( de la Seimens ), matematic este notata "gm", si se defineste ca I_C/V_T unde Vt este un parametru numit "thermal voltage", si are valoarea de 26mV ( valabila la temperatura camerei ).

 

____________________________________________

 

Amplificare in tensiune:

 

 

Presupui acelasi semnal de 10mV in baza, si stii deja ca asta inseamna acea variatie de 100uA la I_C, deci si pe R3, asta inseamna o variatie de tensiune pe R3 de 0,0001*2200=0,22V, adica 220mV. Asadar o variatie de tensiune in baza de 10mV a dus la o variatie de tensiune in colector ( si deci la iesire ) de 220mV, adica semnalul de la intrare a fost amplificat de 0,22/0,01=22 de ori. Am bolduit deoarece asta este in esenta amplificarea in tensiune. Mai poate fi definita si ca R_C/R_E=R3/R4=2200/100.

[MRB]

Am inteles PSF si amplificarea in tensiune prezentate mai sus, transconductanta deocamdata o inteleg vag si intuitia ''vaga,, imi spune ca s-ar folosi la calculul amplificarii in curent, pentru ca fiind in Siemens , inmultita cu o tensiune, ar da un curent activ,fiind partea reala a admitantei complexe.Acum nu stiu daca e acelas lucru(am lucrat cu admitanta complexa in cadrul calculelor pentru retele electrice unde cu ajutorul conductantei se modelau pierderile de putere activa datorate izolatoarelor liniilor de inalta tensiune,sau a curentilor turbionari in cadrul trafo,iar susceptanta modela capacitatitatile faza pamant respectiv partea imaginara a curentului datorat capacitatii de serviciu  in cadrul liniilor deci puterea reactiva generata de o linie aflata la potential,sau in trafo puterea  reactiva pentru magnetizare),stiu ca o conductanta o folosesc la determinarea unui curent activ atunci cand stiu tensiunea la borne ,respectiv susceptanta o folosesc pentru partea  reactiva a curentului.

Stiu ca pentru o variatie de 10 mV am o variatie in colector de 100 uA.....Si Vt la temperatura camerei este 26 de mV Atunci Gm este 3,846 mS, in cazul in care asa se calculeaza,nu stiu ce sa fac cu ea........Iar daca intuitia mea este corecta ma gandesc ca puterea disipata pe tranzistor e data de curent si tensiune la borne temperatura fiind puternic variabia ,probabil voi intelege aspectele ''subtile,, tot pe un caz concret......

Am scris cele de mai sus, ca sa imi puteti raspunde ,sau sa ma puteti ajuta mai usor, detaliind ceea ce stiu sau ceea ce nu stiu( in cazul in care sunt erori evidente in ceea ce am spus).

In afara de asta am inteles ceea ce s-a prezentat atat de UDAR cat si de Marian ca si calcul, voiam insa sa intreb,in ce situatie la un amplificator se foloseste rezistenta de colector ca rezistenta de sarcina(ceea ce inseamna ca tensiunea amplificata se gaseste pe bornele acesteia) si in ce situatie rezistenta de sarcina se conecteaza intre Out(colector) si masa ,cum am vazut in majoritatea etajelor finale ale amplificatoarelor de putere(si unde inteleg de ce trebuie sa existe un condensator, pentru a translata referinta la 0 si pentru a nu lasa componeta continua sa treaca si unde de asemenea nu am idee cum se calculeaza acea valoare si in functie de ce,aici avand doar anumite feelinguri care deocamdata nu au o baza solida in cadrul circuitelor electronice legate de reactanta la si pentru anumite frecvente deci impedanta.(am inteles cum variaza tensiunea intre rezistentele de colector si emitor, si cum modificarea caderilor de tensiune datorita valorilor diferite ale rezistentelor parcurse de un curent la un moment T si alt curent la un moment T + delta T  creeaza variatia de tensiune dintre colector si referinta deci am inteles acel raport si legatura lui directa cu amplificarea in tensiune in cazul prezentat anterior).

Pe langa cele scrise mai sus, as mai avea niste intrebari de principiu ca sa imi pot imagina un pic fenomenologia si daca se poate mai tarziu cand se va face calculul pentru alternativ mi-ar fi util sa imi imaginez mai bine ce se intampla, daca aveti timp si puteti sa ma ajutati.

In cazul ultimei scheme prezentate ,si deocamdata lasand la o parte ca c1 are o valoare care reiese in urma unor calcule pe care deocamdata nu le cunosc, e clar ca acea variatie de tensiune la borne(C1) va determina ''trecerea'' unui curent alternativ care o parte va trece prin R2,iar o parte prin R4, si banui ca este de dorit ca o mare parte sa treaca prin R4 pentru a fi amplificat de Beta ori in colector.Si e clar ca acest curent nu va mai fi un curent perfect in faza cu tensiunea pentru ca nu exista nici o inductivitate in circuit, si chiar daca exista o inductivitate , curentul ar fi in faza si ar avea doar componenta activa in cazul unei singure frecvente ,asta daca ar fi o rezonanta intre cele doua pe frecventa respectiva.In cazul semiconductoarelor in speta la tranzistor ,daca am un curent care are un unghi de defazaj fata de tensiune aplicat in baza.......defazajul se pastreaza in colector daca ma raportez numai la partea alternativa?Cam astea ar fi intrebarle si sunt adresate pentru a va da seama  cum ma puteti ajuta, nu doresc directionarea subiectului spre altceva,las in seama dumneavoastra modul in care se pune problema pentru ca pana acum modul in care mi-ati pus problema a fost mult mai bun decat ceea ce am incercat sa fac pana acum singur.

Va multumesc.

[Marian]

Referitor la transconductanta, 1S presupune ca o variatie de 1V in baza, sa duca la o variatie de 1A in colector, cred ca ai putea sa o privesti ca pe un soi de hfe, in loc sa folosesti un curent in baza pentru a obtine un curent in colector, folosesti o tensiune... In cazul de fata 0,001A/0,026V=0,0384615386S, sau 38mS, deci nu 3,8 cum ai calculat tu ( nu stiu de ce ti-a dat asa ). Transconductanta serveste la calcularea amplificarii in tensiune, atunci cand degenerarea in emitor lipseste, amplificarea in tensiune este transconductanta inmultita cu rezistenta de colector. Inversul transconductantei este Re' ( rezistenta intrinseca a emitorului ), prin urmare daca imparti rezistenta din colector la inversul transconductantei aflii amplificarea in tensiune. In astfel de situatie asa cum se poate intui amplificarea in tensiune variaza in limite foarte largi in functie de curentul de colector, si cum acesta variaza cu semnalul de pe intrare, rezulta ca amplificarea in tensiune a emitorului comun fara degenerare variaza mult in functie de semnal, ceea ce presupune un nivel THD ridicat, folosind degenerarea in emitor se atenueaza acea variatie a amplificarii functie de semnal cu raportul dintre rezistenta externa de degenerare si rezistenta intrinseca a emitorului, si astfel performanta amplificatorului emitor comun creste chiar daca amplificarea sa totala scade.

[MRB]

Inteleg.Ai putea sa imi prezinti  un model de calcul in alternativ pentru ultima imagine postata,cea de la amplificarea in tensiune, cu si fara adaugarea unui condensator suplimentar in paralel cu R4 plecand de la niste date de intrare propuse?

[Marian]

Zi-mi ce te-ar interesa ( date exacte ) si vedem...

[QQme]

Tot ce doresti sa stii,se gaseste in cartea Amplificatoare de audiofrecventa de Barbat, Presura, Tanasescu

[MRB]

Pentru acest model de schema(cu exceptia tensiune de alimentare).In cazul in care ea poate fi folosita ca un prim etaj de amplificare din cadrul unui amplificator audio,pentru un tranzistor cu un Betta de 100, si o tensiune alternativa de intrarare de +- 300 de mV(din cate am inteles e uzual la iesirea dintr-un laptop mp3 player...etc) si o amplificare de tensiune data(aici poate ma ajuti in sensul ca nu am idee cam cat ar trebui sa primeasca uzual urmatorul etaj ) 

Nu stiu daca aceste date sunt suficiente....presupun ca ar trebui sa stiu impedanta de intrare respectiv iesire,dar deocamdata nu stiu ce rol au (La exemplul prezentat de UDAR, am inteles ce rol avea impedanta de iesire fiind identica cu cea de colector,numai ca in cazul asta impedanta de iesire e intre out si masa)

Totodata presupun ca trebuie sa existe si o amplificare corespunzatoare si in curent,dar la fel nu am idee cum si ce sa aleg.

Acum am vazut recomandarea lui QQme.Incerc sa o gasesc.

Editat Martie 31, 2016 de MRB

[adydep]

Cartea este foarte bună,o cunosc,o recomand și eu,apărută la ed.tehnică în 1972,iar cei trei autori sunt ingineri,specialisti de clasa superioară,din generația veche.

Tot ce doresti sa stii,se gaseste in cartea Amplificatoare de audiofrecventa de Barbat, Presura, Tanasescu

Editat Martie 31, 2016 de Andrei Tabacaru