Közös source-ú erősítő számítása?

Jó, rendben van, de azért jobban esik, ha szóban is megköszönik.

Az a) résznél, mivel a JFET bemenet árama rendkívül kicsi, ezért RG értéke szinte teljesen szabadon felvehető. Amit a tanár mondott, hogy RG=1…10 MΩ között legyen az általában helyes, de, ha megnézed, ebben a feladatban azt kérik, hogy Rbe=100 kΩ legyen.

A b) résznél a drain-source differenciális ellenállás reciproka a kimeneti vezetés: Y22S=1/rDS. Ezt viszont felesleges meghatározni, mert a kimeneti ellenállás és az erősítés számításához is 1/Y22S=rDS=50 kΩ-ra van szükség.

A c) résznél az erősítés számításához szükséges meredekség Y21S=S=4 mA/V, ezt a jelölést az elektroncsöveknél használták.

a)

A feladat szerint a bemeneti ellenállás Rbe=100 kΩ. A JFET bemeneti ellenállása igen nagy, ezért a teljes fokozat bemeneti ellenállása gyakorlatilag RG-vel egyenlő. Ennek alapján RG=Rbe=100 kΩ.

Megadták, hogy UGS0=−2 V és ID0=2 mA. A JFET előfeszültsége ebben a kapcsolásban az RS ellenálláson áll elő, vagyis ezen az ellenálláson US=2 V-nak kell esni, 2 mA áram mellett. Ennek alapján az RS ellenállás: RS=US/ID0=2/2=1 kΩ.

Megadták, hogy UDS=12 V legyen. Ennek alapján kiszámítható, hogy mekkora feszültség jut az RD ellenállásra: URD=Ut−UDS−US. Ezt a feszültséget osztva ID0 árammal megkapjuk az RD ellenállást: RD=(Ut−UDS−US)/ID0=(30−12−2)/2=8 kΩ.

b) Az erősítőfokozat kimeneti ellenállása a drain ellenállás és a drain-source differenciális ellenállás párhuzamos eredője: Rki=RD·rDS/(RD+rDS)=8·50/(8+50)≈6,9 kΩ.

c) Az erősítés terhelés nélkül egyenlő a meredekség szorozva drain ellenállás és a drain-source differenciális ellenállás párhuzamos eredőjével: A=−S·RD·rDS/(RD+rDS)=−S·RD·rDS/(RD+rDS)≈−27,6

A kimenetet Rt=10 kΩ-mal terhelve az erősítés csökken, ekkor az előbbi ellenállással még párhuzamosan van a terhelő ellenállás is: A=−S/(1/RD+1/rDS+1/Rt)=−S/(1/8+1/50+1/10)≈−16,3

A negatív előjel arra utal, hogy a közös source-ú erősítő fázist fordít.

4-es vagyok. Itt van az áramkör szimulátorban. A 2N3819 nagyjából hasonló a példában szereplőhöz.

A bemeneti jel csúcsértéke 10 mV, a kimeneti jel csúcsértéke 242 mV, az erősítés terhelés nélkül:

A=−2,43/0,1=−24,3

[link]

Rt=10 kΩ terhelés esetén a kimeneti jel csökken, csúcsértéke 136 mV, az erősítés

A=−136/10=−13,6

[link]

A bemeneti ellenállás úgy mérhető meg, hogy a bemenettel sorosan kapcsolunk egy ellenállást. Amikor ennek az ellenállásnak az értéke egyezik a bemeneti ellenállással, akkor a bemeneti feszültség a felére csökken. A mérési pont a közös pont és R1 és C1 közös pontja. Látható, ha R1=0, akkor Ube=10 mV:

[link]

Ha R1=RG=100 kΩ, akkor a bemeneti feszültség a felére, 10-ről 5 mV-ra csökken:

[link]

Melynek alapján a bemeneti ellenállás Rbe=100 kΩ. Ha RG-t megnöveljük 1 MΩ-ra, akkor hasonló eredményre jutunk, R1-et is 1 MΩ-ra növelve a bemeneti feszültség a felére csökken. Ezzel a bemeneti ellenállás 1 MΩ lesz. Ilyen jellegű mérésnél arra kell ügyelni, nehogy a bemeneti kapacitás meghamisítsa az eredményt. Jelen példánál, ha R1=RG=10 MΩ, akkor a bemeneti kapacitás miatt 1 kHz-en a bemeneti jel 5 mV helyett 4,5 mV-ra csökken. Ilyen esetben a frekvenciát kell csökkenteni. Ebben a példában, ha a frekvenciát 100 Hz-re csökkentjük, akkor R1=RG=10 MΩ mellett a bemeneti jel 5 mV-ra csökken. Vagyis ezzel is igazolható, hogy Rbe=RG.

Elnézést, ezt elírtam: A=−2,43/0,1=−24,3, ehelyett ez a jó:

A=−242/10=−24,2

Szívesen, ha érdekel az LTspice XVII áramkör szimulátor, innen letöltheted:

[link]

Teljesen ingyenes és szerintem eléggé egyszerű a használata. Ilyen jellegű számítások ellenőrzéséhez jó segítség lehet.

Még visszatérve a közös emitteres kapcsoláshoz van egy egyszerű, de csak hozzávetőlegesen pontos számítás az erősítésre. A tranzisztor meredeksége hozzávetőlegesen (általában gm-mel jelölik): gm≈40·IC. Ezzel az erősítés: A=−gm·Rv. Az Rv a kollektort terhelő váltakozóáramú ellenállás, amely a tranzisztor kimeneti vezetésének (h22E), a kollektor ellenállásnak (RC) és a terhelő ellenállásnak (Rt) a párhuzamos eredője:

Rv=1/(h22E+1/RC+1/Rt)

A múltkori példánál:

gm≈40·2,03=81,2 mA/V

Rv=1/(0,05+1/4,3+1/3)=1,62 kΩ

Az erősítés közelítő értéke: A=−81,2·1,62=−133

Általában 1/h22E>>RC, ezért durvább becsléseknél elhanyagolható, így tovább egyszerűsödik a számítás:

A≈gm·(RC·Rt)/(RC+Rt)=81,2·(4,3·3)/(4,3+3)=−144

Láthatod, hogy az akkor számított pontos értékhez (A=−146,1) képest nem olyan nagy az eltérés, vagyis a pontosabb számítás ellenőrzésére megfelel.

Arra viszont ügyelj, hogy ez csak bipoláris tranzisztorra érvényes.