10. FET مكبر للصوت التصميم
الحالي - 10. تصميم مضخم FET
السابق - 9. FET مكبر للصوت التحليل
FET مكبر للصوت التصميم
نستكشف الآن امتداد تحليل مضخم FET المقدم سابقًا في هذا الفصل إلى تصميم مضخمات FET. سنحاول تعريف المجهولين في مشكلة التصميم ، ومن ثم تطوير معادلات لحل هذه المجهولة. كما هو الحال في معظم تصميم الإلكترونيات ، سيكون عدد المعادلات أقل من عدد المجهولين. تم وضع القيود الإضافية لتحقيق بعض الأهداف العامة (على سبيل المثال ، الحد الأدنى للتكلفة ، وأقل تباين في الأداء بسبب تغييرات المعلمة)
10.1 مكبر للصوت CS
يتم تقديم إجراء تصميم مضخم صوت CS في هذا القسم. سنقوم بتقليل JFET وتصميم مضخم MOSFET المستنفد إلى إجراء منظم. في حين أن هذا قد يبدو ل
قلل التصميم إلى عملية روتينية للغاية ، يجب أن تقنع نفسك أنك تفهم أصل كل خطوة لأن العديد من الاختلافات قد تكون مطلوبة لاحقًا. إذا كان كل ما تفعله لتصميم مضخم صوت CS هو "التوصيل" دون تفكير بالخطوات التي نقدمها ، فأنت تفتقد إلى الهدف الكامل من هذه المناقشة. كمهندس ، فإنك تسعى إلى القيام بأشياء ليس نمط. الحد من النظرية إلى نهج منظم هو ما ستفعله. لن تقوم ببساطة بتطبيق الأساليب التي اتبعها الآخرون من أجلك.
تم تصميم مكبرات الصوت لتلبية متطلبات الكسب بافتراض أن المواصفات المرغوبة تقع في نطاق الترانزستور. عادة ما يتم تحديد جهد الإمداد ومقاومة الحمل وكسب الجهد ومقاومة الإدخال (أو الكسب الحالي). تتمثل مهمة المصمم في تحديد قيم المقاومة R1, R2, RDو RS. ارجع إلى الشكل 40 أثناء اتباع الخطوات الموجودة في الإجراء. يفترض هذا الإجراء أنه قد تم اختيار جهاز وأن خصائصه معروفة.
الشكل 40 JFET CS مكبر للصوت
أولاً ، حدد نقطة Q في منطقة تشبع منحنيات الخصائص FET. ارجع إلى منحنيات الشكل 40 (b) للحصول على مثال. هذا يحدد VDSQ, VGSQو IDQ.
نحل الآن للمقاومين في حلقة الإخراج ، RS و RD. نظرًا لوجود مجهولين ، نحتاج إلى معادلتين مستقلتين. نبدأ بكتابة dc معادلة KVL حول حلقة مصدر الصرف ،
58
حل لمجموع غلة المقاومات
59
60
المقاومة، RD, هو المجهول الوحيد في هذه المعادلة. حل ل RD ينتج عن المعادلة التربيعية وجود حلين ، واحد سلبي والآخر إيجابي. إذا كان الحل الإيجابي ينتج عنه RD > K1، مما يعني ضمنا سلبية RS، يجب تحديد Q-point جديدة (أي ، إعادة تشغيل التصميم). إذا كان الحل الإيجابي العائد RD < K1، يمكننا المضي قدما.
والآن بعد أن RD ومن المعروف ، ونحن نحل ل RS باستخدام المعادلة (59) ، معادلة حلقة التصريف إلى المصدر.
61
بدافع RD و RS معروف ، نحن بحاجة فقط تجد R1 و R2.
نبدأ بإعادة كتابة معادلة KVL لحلقة مصدر البوابة.
62
الجهد، VGS، من قطبية معاكسة من VDD. هكذا المصطلح IDQRS يجب أن تكون أكبر من VGSQ في الحجم. غير ذلك، VGG سوف يكون له قطبية عكسية من VDD، وهذا غير ممكن وفقًا للمعادلة (62).
نحن نحل الآن ل R1 و R2 على افتراض أن VGG وجدت لديه نفس القطبية as VDD. يتم تحديد هذه القيم المقاوم من خلال إيجاد قيمة RG من معادلة الكسب الحالي أو من مقاومة المدخلات. نحن نحل ل R1 و R2.
63
لنفترض الآن أن المعادلة (62) ينتج عنها VGG التي لديها قطبية المعاكس of VDD. ليس من الممكن حل ل R1 و R2. الطريقة العملية للمضي قدماً هي السماح VGG = 0 V. هكذا ، 
. منذ VGG تم تحديدها بواسطة المعادلة (62) ، القيمة المحسوبة مسبقًا لـ RS الآن يحتاج إلى تعديل.
الشكل 41 - مكبر للصوت CS
في الشكل 41 ، حيث يتم استخدام مكثف لتجاوز جزء من RS، نحن نطور القيمة الجديدة لل RS كما يلي:
64
قيمة RNDC is RS1 + RS2 وقيمة Rكيس is RS1.
الآن أن لدينا جديد RNDC، يجب علينا تكرار العديد من الخطوات السابقة في التصميم. نقرر مرة أخرى RD باستخدام KVL لحلقة التصريف إلى المصدر.
65
أصبحت مشكلة التصميم الآن مشكلة حساب كليهما RS1 و RS2 بدلا من العثور على مصدر واحد فقط المقاوم.
مع قيمة جديدة ل RD of K1 - رNDC، نذهب إلى تعبير كسب الجهد من المعادلة (60) مع Rكيس تستخدم لهذا ac المعادلة بدلا من RS. يجب إضافة الخطوات الإضافية التالية إلى إجراء التصميم:
نجد Rكيس (وهو ببساطة RS1) من معادلة كسب الجهد
66
Rكيس هو المجهول الوحيد في هذه المعادلة. حل لهذا ، نجد
67
لنفترض الآن أن Rكيس وجدت لتكون إيجابية ، ولكن أقل من RNDC. هذا هو الشرط مرغوب فيه منذ ذلك الحين
68
ثم لدينا تصميم كامل و
69
لنفترض أن Rكيس وجدت لتكون إيجابية ولكن أكبر من RNDC. لا يمكن تصميم مكبر الصوت مع زيادة الجهد ونقطة Q على النحو المحدد. يجب تحديد نقطة Q جديدة. إذا كان زيادة الجهد مرتفعًا للغاية ، فقد لا يكون من الممكن التأثير على التصميم بأي نقطة Q -. قد تكون هناك حاجة إلى الترانزستور مختلفة أو قد تكون هناك حاجة لاستخدام مرحلتين منفصلتين.
10.2 المضخم CD
نقدم الآن إجراء التصميم لمضخم الأقراص المضغوطة JFET. يتم تحديد الكميات التالية: الكسب الحالي ، ومقاومة الحمل ، و VDD. يمكن تحديد مقاومة الإدخال بدلاً من الكسب الحالي. ارجع إلى دائرة الشكل 39 أثناء دراسة الإجراء التالي. مرة أخرى ، نذكرك أن عملية اختزال النظرية إلى مجموعة من الخطوات هي الجزء المهم من هذه المناقشة - وليس الخطوات الفعلية.
حدد أولاً نقطة Q في مركز منحنيات خاصية FET بمساعدة الشكل 20 ("الفصل 3: ترانزستور تأثير مجال التقاطع (JFET)"). تحدد هذه الخطوة VDSQ, VGSQ, IDQ و gm.
يمكننا حل المقاوم المقاوم للمصدر عن طريق كتابة dc معادلة KVL حول حلقة التصريف إلى المصدر.
70
من خلالها نجد dc قيمة RS,
71
نجد المقبل ac قيمة المقاومة ، Rكيس، من معادلة الكسب الحالية المعاد ترتيبها ، المعادلة (55).
72
أين RG = Rin. إذا لم يتم تحديد مقاومة الإدخال ، فدع Rكيس = RNDC وحساب مقاومة المدخلات من المعادلة (72). إذا لم تكن مقاومة الدخل مرتفعة بدرجة كافية ، فقد يكون من الضروري تغيير موقع Q-point.
If Rin تم تحديد ، فمن الضروري لحساب Rكيس من المعادلة (72). في حالات كهذه، Rكيس يختلف عن RNDC، لذلك نحن تجاوز جزء من RS مع مكثف.
نحول انتباهنا الآن إلى دوائر التحيز الإدخال. نقرر VGG باستخدام المعادلة ،
73
لا يتم إنتاج انعكاس المرحلة في مضخم مصدر تابع FET و VGG هو عادة من نفس القطبية مثل امدادات التيار الكهربائي.
والآن بعد أن VGG معروف ، نحن نحدد قيم R1 و R2 من ما يعادل Thevenin من دوائر التحيز
74
يوجد عادة ما يكفي من تيار التصريف في سادس لتطوير الجهد الكهربائي المعاكس اللازم لتعويض الفولتية السالبة التي تتطلبها بوابة JFET. لذلك ، يمكن استخدام التحيز تقسيم الجهد الطبيعي.
الشكل 44 - مضخم صوت مضغوط مع جزء من RS تم تجاوزه
نعود الآن إلى مشكلة تحديد مقاومة المدخلات. يمكننا أن نفترض هذا الجزء من RS يتم تجاوزه ، كما في الشكل 44 ، مما يؤدي إلى قيم مختلفة من Rكيس و RNDC. نستخدم المعادلة (71) لحلها من أجل RNDC. بعد ذلك ، تركنا RG يساوي القيمة المحددة لل Rinواستخدم المعادلة (72) لحلها Rكيس.
إذا كان Rكيس المحسوبة أعلاه أصغر من RNDC، يتم إنجاز التصميم عن طريق الالتفاف RS2 مع مكثف. تذكر ذلك Rكيس = RS1 و RNDC = RS1 + RS2. إذا من ناحية أخرى ، Rكيس أكبر من RNDC، يجب نقل Q-point إلى موقع مختلف. نختار أصغر VDS وبالتالي تسبب زيادة الجهد لإسقاط عبر RS1 + RS2، الأمر الذي يجعل RNDC أكبر. إذا VDS لا يمكن تخفيضها بما يكفي لصنع RNDC أكبر من Rكيس، ثم لا يمكن تصميم مكبر الصوت مع الكسب الحالي المحدد ، Rin، ونوع FET. يجب تغيير أحد هذه المواصفات الثلاثة ، أو يجب استخدام مرحلة مكبر للصوت ثانية لتوفير الكسب المطلوب.
10.3 و SF Bootstrap مكبر للصوت
نحن الآن دراسة الاختلاف في مكبر للصوت CD المعروف باسم SF (أو CD) التمهيد FET مكبر للصوت. هذه الدائرة هي حالة خاصة من SF تسمى الدائرة التمهيد ويتضح في الشكل 45.
هنا تم تطوير التحيز عبر جزء فقط من المقاوم المصدر. هذا يقلل من الحاجة إلى تجاوز مكثف عبر جزء من المقاوم المصدر وبالتالي يصل إلى مقاومة أكبر بكثير المدخلات مما يمكن تحقيقه عادة. يتيح لنا هذا التصميم الاستفادة من خصائص مقاومة FET عالية دون استخدام قيمة عالية من المقاوم البوابة ، RG.
تستخدم الدائرة المكافئة للشكل 46 لتقييم تشغيل الدائرة
الشكل 45 - تابع مصدر Bootstrap
نحن نفترض أن iin صغير بما يكفي لتقريب التيار في RS2 as i1. ثم تم العثور على الجهد الناتج ليكون
75
أين
76
إذا كان الافتراض حول iin غير صالح ، يتم استبداله بالتعبير
77
معادلة KVL في غلة المدخلات vin كما يلي:
78
الحالي، i1، تم العثور عليها من علاقة مقسم الحالية ،
79
الجمع بين المعادلات (79) و (78) العائد ،
80
معادلة ثانية ل vin تم تطويره حول الحلقة من خلال RG و RS2 على النحو التالي.
81
نحن القضاء vin عن طريق تحديد المعادلة (80) يساوي المعادلة (81) وحل ل iin للحصول على
82
مقاومة المدخلات ، Rin = vin/iin، تم إيجادها بقسمة المعادلة (81) على المعادلة (82) بالنتيجة ،
83
RG هو المجهول الوحيد في هذه المعادلة ، حتى نتمكن من حل للحصول ،
84
المكسب الحالي هو
85
يمكننا الآن استخدام المعادلات المشتقة سابقًا مع الملاحظة التي RS - RS2 = RS1 من أجل حل لتحقيق مكاسب الحالية.
86
كسب الجهد هو
87
لاحظ أن المقام في المعادلة (84) أكبر من البسط ، مما يدل على ذلك RG <(Rin-RS2). هذا يثبت أنه يمكن تحقيق مقاومة إدخال كبيرة دون أن يكون لها نفس ترتيب الحجم RG.
