نوشتن این مطلب به نوعی برای من یک مرور خاطرات است . هدفم از نوشتن این مطلب ارائه روشی ساده و کار آمد است تا بتوان یک طراحی ساده و خوب را آموزش داد .

برای شروع یک تقویت کننده از نوع امیتر مشترک (Common Emitter) را در نظر بگیرید می خواهیم همه پارامترهای DC , AC آنرا محاسبه و طراحی کنیم و بصورت تئوری و عملی نتایج خود را ببینیم.

مفروضات طراحی:

vcc = 12v

IC = 2mA

AV= -50

Vin = 10mv . freq= 200 khz

ترانزیستوری که من برای طراحی در نظر گرفته ام ترانزیستور آمریکایی 2N3904 ساخت شرکت موتورلا Motorola است که دیتا شیت آنرا می توانید به سهولت از اینترنت بدست بیاورید و مطالعه کنید . قبل از شروع طراحی ابتدا بایستی مقادیر مورد نظر در طراحی را از دیتاشیت بدست آورد این شیوه در زمانهای دانسجویی و دانش آموزی من مرسوم بود ولی اکنون با استفاده از نرم افزار طراحی ها را انجام میدهند که به نظر من مناسب تر و دقیق تر است برای اینکار از نرم افزار هایی مثل SPICE و متلب و ... استفاده می گردد من مدار زیر را در نرم افزار SPICE شبیه سازی کردم و توانستم منحنی مشخصه ولت - آمپر ترانزیستور را بدست بیاورم و از روی این منحنی مشخصه مقادیر IB و hfe ترانزیستور 2N3904 را برای جریان کلکتور یا همان بار به ازای IC=2mA محاسبه کنم.

با استفاده از منحنی مشخصه بدست آمده از نرم افزار SPICE و رسم خط باز دینامیکی بصورت دستی توانستم مقدار hfe را به ازای جریان کلکتور 2 میلی آمپر بدست بیاورم که برابر بود با hfe = 154

چرا در انتخاب نقطه کار درست در وسط خط بار بایستی اینقدر سختگیرانه عمل کرد؟

در صورت تنظیم نبودن نقطه کار در وسط خط بار قله های ولتاژ خروجی توسط زمین یا VCC برش خواهد خورد.

برای طراحی پارامترهای DC یک تقویت کننده در وسط خط بار! یکسری قواعد و اصول تحربی در نظر گرفته می شود که این قواعد و اصول به سه قسمت تقسیم می گردند:

پاره یکم: ولتاژ کلکتور - امیتر برابر نصف مقدار ولتاژ تغذیه انتخاب گردد (VCE=VCC/2)

البته لازم به ذکر است در مرحله قبل که می خواستم با برنامه SPICE نقطه کار را بدست بیاوریم VCE=VCC/2 را در نظر گرفتیم و در ادامه برای محاسبه مقاومتهای RC , RE این قانون بایستی رعایت گردد.

پاره دویم: ولتاژ امیتر را 0.1 مقدار VCC در نظر می گیریم (VE=0.1VCC)

VE=0.1VCC =1.2V

ولتاژ امیتر برابر 1.2 خواهد شد و مقدار 6 ولت را دوسر کلکتور _ امیتر و مابقی ولتاژ تغذیه را دوسر مقاومت کلکتور افت می دهیم در اینصورت ولتاز دوسر مقاومت کلکتور 4.8 ولت خواهد بود.

RC=VC/1C 4.8/2mA = 2.4K

RE=VE/IC 1.2/2mA = 0.6K = 600

طبق رابطه VB=VBE+VE مقدار ولتاژ بیس بدست می آید:

VB=VBE+VE 1.2+0.7 = 1.9V

پاره سیوم: جریان عبوری از مقاومت R2 را ده برابر جریان بیس و جریان عبوری از R1 را با توجه به قانون KCL یازده برابر جریان بیس در نظر می گیریم:

در اینصورت خواهیم داشت:

R2=VB/10IB = 1.9/130uA = 14.6K

R1=12-1.9/11IB = 10.1/143uA = 70.6K

محاسبه مقدارخازنهای مدار:

برای محاسبه امپدانس دیده شده از دوسر هر خازن را مخاسبه می کنیم (بقیه خازنها اتصال کوتاه در نظر گرفته می شوند و منابع اتصال کوتاه)

Rin=R1||R2||(1+hfe)re

re=VT/IE 25mV/2mA = 13

Rin= 1.7k

XCin=Rin/10

Cin= 1/2π*F*Rin F=200Khz

Cin = 4nF

Cout = 1/2π*F*Rout

Rout=RC

Cout= 3.5uf

CE =1/2π*F*RE

RE=600

CE =0.1uf

مدار را با پارامترهای زیر می بندیم و اول با نرم افزار SPICE تحلیل می کنیم:

مدار را بصورت عملی روی برد برد می بندیم و آنرا مورد آزمایش قرار می دهیم (من مقاومتها را استاندارد سازی نکردم مثلا از مقاومتهای رنج E12 استفاده نکردم و سعی کردم با استفاده از سری کردن دو یا چند مقاومتها همان مقدار را بسازم).

در ادامه پاسخ فرکانسی تقویت کننده امیتر مشترک را با استفاده از نرم افزار می بینیم: