MODELAREA SI SIMULAREA FUNCTIONARII UNUI AMPLIFICATOR DE JOASA FRECVENTA CU DOUA ETAJE, FARA REACTIE

MODELAREA SI SIMULAREA FUNCTIONARII UNUI AMPLIFICATOR DE JOASA FRECVENTA CU DOUA ETAJE, FARA REACTIE

Problema

Pentru prelucrarea unui semnal armonic de forma:

u_i (t)=0,05 sinωt [V]

cu frecventa de 10 Khz, se foloseste circuitu electronic din Figura S05.01. Rezistenta de iesire a generatorului semnalului u_i (t) este R_g = 300 Ω. Rezistenta echivalenta circuitului de sarcina are valoarea R_s     = 200 kΩ. Tensiunea continua stabilizata a sursei care alimenteaza amplificatorul este U_s = +24 V. Tranzistoarele T1 si T2 sunt de tip npn pe substrat de siliciu. Parametri specifici la punctual static de functionare sunt: β=400; r_BE = 5kΩ; r_CE = 600 kΩ.

Fig S05.01. Circuitul electronic al amplificatorului

Se cere:

Impartirea circuitului electronic studiat in etaje si caracterizarea sumara a acestora.

Valoarea rezistentei R_C , daca amplificarea derivei cu temperature a punctului static de functionare al tranzistorului T₁ se doreste a fi A_D = 10 si rezitenta din emitor are valoarea R_E1 = 100 Ω.

Calculul rezistentelor R_B1 si R_B2     astfel incat potentialul de current continuu al colectorului tranzistorului T₁ , la punctual static de functionare, sa fie de 16V. Se admite un current I_p     = 0,5 mA prin reteaua de polarizare.

Calculul circuitului de cuplarare format din rezistentele R₁ si R₂ astfel incat potentialul de current continuu al emitorului tranzistorului T₂ sa fie de 8V si curentul de iesire al primului etaj sa fie cu un ordin de marime mai mic decat curentul de collector al tranzistorului T₁ .

Valoarea rezistentei R_E2 astfel incat curentul de colector al tranzistorului T₂ sa fie de 10mA.

Valoarea capacitatii condensatoarelor din circuit

Expresia semnalului de iesire din circuit, u_ies(t).

Reprezentarea grafica a semnalelor specifice functionarii amplificatorului.

Un program de simulare al circuitului electronic studiat.

Explicati diferentele constatate la simularea functionarii circuitului si faceti modificarile necesare.

Rezolvare

1. Circuitul este un amplificator de joasa frecventa, cu doua etaje, cuplate direct prin divizor

Primul etaj este un amplificator in conexiune emitor comun simpla, fara reactie negativa din punctul de vedere al semnalului de intrare. Punctul static de functionare al tranzistorului in jurul caruia s-a realizat primul etaj al amplificatorului este stabilit prin divizor rezistiv de tensiune continua si cu reactie negativa de curent. Caracterisitcile generale ale acestui etaj sunt:

; ;

(S.05.02.)

;

Al doilea etaj este un circuit repetor pe emitor, folosit pentru adaptare de impedanta si caracterizat prin:

; ; (S.05.03.)

2. Rezistenta din colectorul tranzistorului T₁ se poate calcula foarte simplu pornind de la relatia de calcul a amplificarii derivei cu temperatura a punctului static de functionare:

(S.05.04.)

3. In aceste conditii potentialul de curent continuu al bazei tranzistorului T₁ va trebui sa aiba valoarea:

(S.05.05.)

Atunci, admitand ca neglijabil curentul de baza al tranzistorului in raport cu curentul din reteaua de polarizare, putem scrie:

(S.05.06.)

si

(S.05.07.)

Se alege: R_B2 = 3,3 kΩ si R_B1 = 46 kΩ. Rezistenta de intrare va fi in jur de 3kΩ, deci cu un ordin de marire mai mare decat R_g, calculul fiind din acest punct de vedere satisfacator.

4. Stabilirea valorii curentului continuu din circuitul de colector al primului tranzistor se poate face usor cu relatia evidenta:

(S.05.08.)

Pentru curentul din reteaua de polarizare a tranzistorului T₂ se alege valoarea recomandata:    I_P2=I_C1/10= 0 mA.

Potentialul bazei tranzistorului T₂ va fi:

(S.05.09.)

Atunci, tot la punctul static de functionare, vom avea:

(S.05.10.)

si

(S.05.11.)

Se aleg valorile: R₁ = 9,2 kΩ; R₂ = 10 kΩ.

5. Cunoscand potentialul de curent continuu al emitorului lui T₂, valoarea rezistentei se determina simplu cu:

(S.05.12.)

neglijandu-se curentul de baza al tranzistorului T₂.

6. Frecventa de lucru fiind constanta, capacitatile condensatoarelor de intrare, iesire si de cuplare se aleg egale si astfel incat reactanta lor sa fie de 100Ω. Prin urmare:

; (S.05.13.)

7. Calculul circuitului de polarizare s-a facut astfel incat rezistenta R_g relativ mare sa nu influenteze negativ functionarea circuitului. Mai subliniem inca o data faptul ca primul etaj functioneaza ca un amplificator fara reactie din punctul de vedere al semnalului de intrare. Atunci calculand cu formula aproximativa:

(S.05.14.)

Reteaua de cuplare formata din rezistentele R₁ si R₂ atenueaza cu:

(S.05.15.)

Circuitul repetor pe emitor are amplificarea de tensiune practic unitara:

Amplificarea totala va fi prin urmare:

(S.05.16.)

Deci semnalul de iesire va fi:

; (S.05.17.)

Se constata ca nici unul dintre etaje nu taie semnalul util amplificat, deci circuitul nu introduce distorsiuni.

8. Se reprezinta grafic formele de unda mai importante.

9. Programul propus pentru modelarea si simularea functionarii circuitului amplificator studiat este urmatorul:

Amplificator de joasa frecventa cu doua etaje

*Programul modeleaza un amplificator simplu cu doua etaje.

*Primul etaj este in conexiune emitor comun cu reactie negativa de curent.

*Al doilea etaj este un circuit repetor pe emitor.

*Fisierul bibliteca

.lib c:/Msimev53/lib/nom.lib

*Circuitul electronic

rg 2 3 300 ; rezistenta de iesire a generatorului de semnal

ci 3 4 0.16uf ; condensatorul de intrare

rb1 1 4 46k ; rezistenta superioara din circuitul de polarizare

rb2 4 0 3.3k ; rezistenta inferioara din circuitul de polarizare

q1 5 4 6 q2n2222a ; tranzistorul bipolar din primul etaj al amplificatorului

rc 1 5 1k ; rezistenta de colector din circuitul tranzistorului 1

re1 6 0 100 ; rezistenta de reactie negativa de curent

ce1 6 0 0.16uf ; condensatorul de decuplare

*ce1 6 0 16uf ; valoarea corectata a condensatorului de decuplare

r1 5 7 9.2k ; rezistenta din circuitul de cuplare directa

r2 7 0 10k ; rezistenta din circuitul de cuplare directa

q2 1 7 8 q2n2222a ; tranzistorul bipolar din circuitul de adaptare de

*impedanta

re2 8 0 800 ; rezistenta din emitorul tranzistorului 2

cies 8 9 0.16uf ; condensatorul de iesire

rs 9 0 200k ; rezistenta de sarcina

vs 1 0 24v ; sursa de tensiune continua stabilizata de alimentare a

*amplificatorului studiat

v1 2 0 sin( 0v 0.05v 100k ) ; semnalul de intrare

.probe

.tran 0.001ms 0.6ms