10. עיצוב מגבר FET - TINA ו TINACloud

עיצוב מגבר FET

כעת אנו חוקרים את הרחבת ניתוח מגבר FET שהוצג קודם לכן בפרק זה לתכנון מגברי FET. ננסה להגדיר את הבלתי ידועים בבעיית התכנון, ולאחר מכן לפתח משוואות לפתרון עבור אלה לא ידועים. כמו ברוב עיצוב האלקטרוניקה, מספר המשוואות יהיה קטן ממספר הלא ידועים. המגבלות הנוספות נקבעות כדי לעמוד ביעדים כלליים מסוימים (למשל, עלות מינימלית, פחות וריאציה בביצועים עקב שינויים בפרמטרים).

10.1 מגבר CS

בקטע זה מוצג נוהל העיצוב של מגבר CS. אנו נפחית את JFET ואת מגבר ה- MOSFET דלדול האספקה לנוהל מאורגן. אמנם זה עשוי להיראות

כדי להפחית את העיצוב לתהליך שגרתי מאוד, עליך לשכנע את עצמך שאתה מבין את מקורו של כל שלב, מאחר וייתכן כי יידרשו מספר וריאציות. אם כל מה שאתה עושה כדי לתכנן מגבר CS הוא "לחבר" ללא מחשבה לשלבים שאנחנו מציגים, אתה חסר את כל העניין של הדיון הזה. כמהנדס אתה מבקש לעשות דברים שכן לֹא שגרה. הפחתת התיאוריה לגישה מאורגנת היא מה שתעשו. אתה לא פשוט ליישם את הגישות שאחרים כבר עשו בשבילך.

מגברים מתוכננים לעמוד בדרישות רווח בהנחה שהמפרט הרצוי נמצא בטווח הטרנזיסטור. בדרך כלל מוגדרים מתח האספקה, התנגדות העומס, עליית המתח והתנגדות הקלט (או השגת הזרם). תפקידו של המעצב הוא לבחור את ערכי ההתנגדות R₁, R₂, R_D, ו R_S. עיין בתרשים 40 תוך כדי ביצוע השלבים בהליך. הליך זה מניח שמכשיר נבחר ומאפייניו ידועים.

איור 40 JFET CS מגבר

ראשית, בחר נקודת Q באזור רוויה של עקומות FET אופייני. עיין בעקומות איור 40 (b) לדוגמה. זה מזהה V_DSQ, V_GSQ, ו I_DQ.

אנחנו עכשיו לפתור עבור שני נגדים בלולאה פלט, R_S ו R_D. מאחר שישנם שני אלמונים, אנו דורשים שתי משוואות עצמאיות. אנחנו מתחילים בכתיבת dc משוואת KVL סביב לולאת מקור הניקוז,

(58)

פתרון לסכום של שני נגדים התשואות

(59)

(60)

ההתנגדות, R_D, הוא המוכר היחיד במשוואה זו. פתרון עבור R_D תוצאות במשוואה ריבועית עם שני פתרונות, אחד שלילי ואחד חיובי. אם הפתרון החיובי גורם לכך R_D > K₁, ובכך מרמז שלילי R_S, יש לבחור נקודת Q חדשה (כלומר, להפעיל מחדש את העיצוב). אם התשואה החיובית תשואות R_D < K₁, אנחנו יכולים להמשיך.

עכשיו R_D ידוע, אנו פותר עבור R_S באמצעות משוואה (59), משוואת לולאה לניקוז המקור.

(61)

עם R_D ו R_S ידוע, אנחנו צריכים רק למצוא R₁ ו R₂.

אנו מתחילים על ידי כתיבה מחדש של משוואת KVL עבור לולאת מקור השער.

(62)

המתח, V_GS, הוא של קוטביות מנוגד מ V_DD. לכן המונח I_DQR_S חייב להיות גדול מ V_GSQ בסדר גודל. אחרת, V_GG תהיה קוטביות הפוכה מ V_DD, אשר אינו אפשרי על פי משוואה (62).

אנחנו עכשיו לפתור עבור R₁ ו R₂ בהנחה כי V_GG מצא את אותה קוטביות as V_DD. ערכי הנגד נבחרו על ידי מציאת הערך של R_G מן המשוואה הנוכחית רווח או התנגדות הקלט. אנחנו פונים R₁ ו R₂.

(63)

נניח עכשיו כי משוואה (62) תוצאות ב V_GG כי יש קוטביות הפוכה of V_DD. לא ניתן לפתור R₁ ו R₂. הדרך המעשית להמשיך היא לתת V_GG = 0 V. לפיכך, . מאז V_GG צוין על ידי משוואה (62), הערך המחושב בעבר של R_S עכשיו צריך להיות שונה.

איור 41 - מגבר CS

באיור 41, שבו נעשה שימוש בקבל כדי לעקוף חלק R_S, אנו מפתחים את הערך החדש של R_S באופן הבא:

(64)

הערך של R_NDC is R_S1 + R_S2 ואת הערך של R_{שלפוחית} is R_S1.

עכשיו שיש לנו חדש R_NDC, עלינו לחזור על כמה שלבים מוקדמים יותר בתכנון. אנחנו שוב קובעים R_D באמצעות KVL עבור לולאה לניקוז המקור.

(65)

בעיית התכנון הופכת כעת לחישוב של שניהם R_S1 ו R_S2 במקום למצוא רק מקור אחד.

עם ערך חדש עבור R_D of K₁ ר_NDC, אנחנו הולכים הביטוי מתח מתח של משוואה (60) עם R_{שלפוחית} משמש עבור זה ac משוואה במקום R_S. יש להוסיף את השלבים הנוספים הבאים לנוהל התכנון:

אנחנו מוצאים R_{שלפוחית} (וזה פשוט R_S1) ממשוואת רווח המתח

(66)

R_{שלפוחית} הוא המוכר היחיד במשוואה זו. פתרון עבור זה, אנו מוצאים

(67)

נניח עכשיו R_{שלפוחית} נמצא חיובי, אך פחות R_NDC. זהו המצב הרצוי מאז

(68)

אז העיצוב שלנו הוא שלם

(69)

נניח ש R_{שלפוחית} נמצא חיובי אבל יותר מֵאֲשֶׁר R_NDC. מגבר לא יכול להיות מתוכנן עם רווח מתח ו- Q נקודה כפי שנבחרה. יש לבחור נקודת Q חדשה. אם רווח המתח גבוה מדי, ייתכן שלא ניתן יהיה להשפיע על העיצוב עם נקודת Q כלשהי. טרנזיסטור אחר עשוי להיות נחוץ או להשתמש בשני שלבים נפרדים עשויים להיות נדרשים.

10.2 מגבר התקליטורים

כעת אנו מציגים את נוהל העיצוב של מגבר CD JFET. הכמויות הבאות מפורטות: רווח שוטף, התנגדות עומס ו V_DD. ניתן לציין התנגדות קלט במקום רווח נוכחי. עיין במעגל באיור 39 בזמן שאתה לומד את ההליך הבא. שוב אנו מזכירים לך שתהליך צמצום התיאוריה למכלול שלבים הוא החלק החשוב בדיון זה - ולא הצעדים בפועל.

ראשית בחר נקודת Q במרכז עקומות המאפיין FET בעזרת איור 20 ("פרק 3: טרנזיסטור אפקט שדה צומת (JFET)"). שלב זה קובע V_DSQ, V_GSQ, I_DQ ו g_m.

אנחנו יכולים לפתור עבור הנגד מחובר למקור על ידי כתיבת dc משוואת KVL סביב לולאת הניקוז למקור.

(70)

שממנו אנו מוצאים את dc ערך של R_S,

(71)

אנחנו מוצאים את ac ערך ההתנגדות, R_{שלפוחית}, מתוך משוואת הרווח הנוכחי reranged, משוואה (55).

(72)

איפה R_G = R_in_.אם התנגדות הקלט אינה מצוינת, אפשר R_{שלפוחית} = R_NDC ולחשב את ההתנגדות קלט משוואה (72). אם התנגדות הקלט אינה גבוהה מספיק, ייתכן שיהיה צורך לשנות את המיקום Q-point.

If R_in צוין, יש צורך לחשב R_{שלפוחית} משוואה (72). במקרים כאלו, R_{שלפוחית} שונה מ R_NDC, אז אנחנו עוברים חלק R_S עם קבלים.

כעת אנו מפנים את תשומת לבנו למעגל ההטיה של הקלט. אנחנו קובעים V_GG באמצעות המשוואה,

(73)

אין היפוך פאזה מיוצר מגבר מקור FET מגבר ו V_GG הוא בדרך כלל של אותה קוטביות כמו מתח האספקה.

עכשיו V_GG ידוע, אנו קובעים את הערכים של R₁ ו R₂ מן המקבילה המקבילה של Thevenin של מעגל הטיה

(74)

בדרך כלל קיים זרם ניקוז מספיק במדד SF כדי לפתח את מתח הקוטביות המנוגד הנדרש כדי לקזז את המתח השלילי הנדרש על ידי שער JFET. לפיכך, ניתן להשתמש בהתעמלות חלוקת מתח נורמלית.

איור 44 - מגבר תקליטורים עם חלק של RS עקף

כעת אנו חוזרים לבעיה של ציון ההתנגדות קלט. אנחנו יכולים להניח כי חלק R_S הוא עקף, כמו באיור 44, אשר מוביל ערכים שונים של R_{שלפוחית} ו R_NDC. אנו משתמשים משוואה (71) כדי לפתור עבור R_NDC. לאחר מכן, אנו נותנים R_G שווה את הערך שצוין R_in, ולהשתמש משוואה (72) כדי לפתור עבור R_{שלפוחית}.

אם R_{שלפוחית} מחושב מעל קטן מ R_NDC, העיצוב נעשה על ידי עקיפת R_S2 עם קבלים. תזכור את זה R_{שלפוחית} = R_S1 ו R_NDC = R_S1 + R_S2. אם מאידך גיסא, R_{שלפוחית} גדול מ R_NDC, יש להעביר את נקודת ה- Q למיקום אחר. אנו בוחרים קטן יותר V_DS ובכך גורם מתח מוגבר להישמט על פני R_S1 + R_S2, מה שהופך R_NDC יותר גדול. אם V_DS לא ניתן לצמצם מספיק כדי להפוך R_NDC גדול מ R_{שלפוחית}, אז המגבר לא יכול להיות מתוכנן עם הרווח הנוכחי הנתון, R_in, וסוג FET. אחד משלושת המפרטים האלה חייב להשתנות, או שלב הבמה השני צריך לשמש כדי לספק את הרווח הנדרש.

10.3 מגבר Bootstrap SF

כעת אנו בודקים וריאציה של מגבר התקליטורים הידועה בשם SF (או תקליטור) bootstrap מגבר FET. מעגל זה הוא מקרה מיוחד של SF קרא מעגל והוא מאויר באיור 45.

כאן הטיה מפותחת על פני רק חלק של הנגד המקור. זה מפחית את הצורך במעקף קבלים על פני חלק של הנגד המקור ובכך משיגה התנגדות קלט הרבה יותר גדול מאשר בדרך כלל ניתן להשיג. עיצוב זה מאפשר לנו לנצל את המאפיינים של עכבה גבוהה של FET ללא שימוש ערך גבוה של נגד השער, R_G.

המעגל המקביל של איור 46 משמש להערכת פעולת המעגל