Circuito amplificatore a Banda limitata a due BJT

[IsidoroKZ]

Provo ad allegare il testo originale del problema. Chissa` che tenendolo sotto il naso si riesca a capire che cosa richiede di fare.

A me sembra che dica "valutare il valore dei condensatori con il metodo delle costanti di tempo secondo almeno due strategie". Finora ne hai usata una, condensatori uguali, e il risultato e` 23uF. PUNTO. Questo e` il risultato che non si tocca. Non devi cambiare nulla, questo e` quello che voleva.

Ora fai il conto con le costanti di tempo uguali, e questo ti da` 4 valori di capacita`. Trovati questi 4 valori HAI RISPOSTO a questa parte del problema.

Poi, terzo pallino dell'elenco delle cose da fare, valuti le funzioni di trasferimento con i valori che hai ottenuto e le confronti con le prestazioni che volevi ottenere. Non ti chiede di rifare il progetto, ti chiede di osservare a quale approssimazione da` origine il metodo delle costanti di tempo, quando viene usato solo il primo termine del polinomio e non vengono considerati gli zeri.

FINE DEL PROBLEMA: non ti chiede di modificare le C o le R per rientrare nelle specifiche: ti chiede di confrontare i risultati. Se poi sei bravo puoi anche stimare da dove derivi l'errore che ottieni, ma questa e` una parte difficile da fare. Se vuoi fare qualcosa in piu` puoi provarci ad ottenere le specifiche iniziali, usando ad esempio altre tecniche di progetto, ma a me non sembra che siano richieste.

Al quarto punto ti chiede di valutare con spice il guadagno di anello, usando i due set di condensatori trovati. Non so come vi ha spiegato di farlo, secondo me bisogna usare il metodo di Middlebrook, ma non so che cosa vi e` stato spiegato nel corso.

Nel testo non c'e` scritto di calcolare a mano il bias point. SI puo` fare facilmente come ti ha spiegato MarkyMark, ma non e` richiesto dal problema. Tutti i conti lunghi e noiosi, dice il testo, di farli con il simulatore, e di usare la testa per la parte complicata

[nandotp]

Come mai ha parlato (rivolto a Piercarlo Boletti) con il professore?. Spero che non abbia fatto il mio nome anche perché l'esame lo devo fare io, non vorrei che mi incula a tradimento. Mi scuso per il francesismo.
Lei è professore?. Le voglio ricordare che non sono un elettronico anche se non preclude un minimo di conoscenza infatti sto cercando di imparare qualcosa. Sbagliando si impara.
Cordiali saluti.

[IsidoroKZ]

Il problema non e` imparare l'elettronica, che non e` difficile, ma e` imparare a leggere e a capire che cosa chiede il problema.

[nandotp]

Ammetto che certe volte sono molto distratto nel leggere anche perché ho tanto cose nella testa, sto facendo altre materie (mi mancano 5 + tesi) e capita di dimenticare certe cose.

[claudiocedrone]

Scusa nandotp, a proposito di leggere, vedi bene che Piercarlo non ha parlato con alcun professore bensì ha citato te che hai scritto "ho parlato con il professore... " etc. e poi ha espresso una sua (di Piercarlo) considerazione in merito.

[nandotp]

Si, mi scuso non avevo letto , è un periodo che nn sto molto attento per via degli esami che mi stancano parecchio a livello mentale.

[nandotp]

Nel ultimo caso per il calcolo della resistenza vista ai capi di C5 ho usato il metodo delle costanti in circuito aperto (mettendo a 1 le capacità degli altri condensatori) e per le altre (C1,C2,C3,C4) in cortocircuito tutti i condensatori tranne quello preso in esame.

Invece per il caso precedente:
Per il valore che ho ottenuto di C=22uF avevo messo invece come configurazione: bassa frequenza (metodo delle costanti di tempo a circuito aperto) staccando il C5 e alta frequenza stesso discorso con C5 inserito, dopo ho calcolato il caso con tutte le costanti di tempo tutte uguali ed è ho trovato valori esagerati dei condensatori e mi è venuto il dubbio.

[Piercarlo]

Lei è professore?. Le voglio ricordare che non sono un elettronico anche se non preclude un minimo di conoscenza infatti sto cercando di imparare qualcosa. Sbagliando si impara. Cordiali saluti.

No, non son professore (e non c'è bisogno di formalizzarsi). Da quel che ho capito dalla spiegazione di Isidorokz, il problema è di elettronica solo in senso lato; anche se richiede di fare dei conti di elettronica, l'esercizio in realtà chiede di imparare a cavarsela in elettronica con, come si dice, "quel che passa il convento" (che è poi il vero mestiere di tanti ingegneri, specialmente in produzione) e di valutarne le conseguenze. Il vero senso dell'esercizio è questo, il che rende l'uso (e abuso) del simulatore abbastanza privo di senso.

Comunque fa come vuoi... Il tempo che ci rimetti è il tuo.

Piercarlo

[IsidoroKZ]

Se non dici quali sono i valori esagerati e come li hai calcolati, non si puo` dire nulla.

Provo cosi`: usiamo il metodo delle costanti di tempo per calcolare i condensatori "di bassa frequenza", usando l'approssimazione di considerare solo il primo termine del polinomio.

Per un amplificatore a larga banda, i condensatori in bassa frequenza sono quelli che chiudendosi, all'aumentare della frequenza, fanno aumentare il guadagno.

(Per rinfrescarsi le idee su poli e zeri, guarda per esempio questo thread, parzialmente questo e quest'altro).

I condensatori da C1 a C4 quando si chiudono fanno aumentare il guadagno, C1 ha uno zero nell'origine, gli altri tre danno uno zero al finito e un polo da qualche parte, e questo su tutte e due le uscite.

Se si stima la frequenza di taglio inferiore usando solo il primo termine, si ha una cosa del genere

dove i termini della somma sono dati da , cioe` la frequenza di taglio inferiore data da ciascun condensatore supponendo tutti gli altri di capacita` infinita, quindi dei cortocircuiti per il segnale. In questi calcoli le capacita` in alta frequenza sono da considerarsi circuiti aperti, in pratica se puoi non le metti.

La forma dell'espressione di prima fa vedere un punto importante, che di mano in mano che aggiungi condensatori in bassa frequenza, la frequenza di taglio inferiore aumenta.

Se nella formula di metti in evidenza a destra C, calcoli con il simulatore il valore delle varie e ricavi C, ottieni la condizione di tutti i C uguali per la banda passante richiesta. Questa pero` e` una approssimazione, perche' si e` usato solo il primo termine del polinomio.

Per avere invece tutte le costanti di tempo uguali, devi scrivere la frequenza di taglio inferiore come somma di quattro termini tutti uguali: . Le quattro frequenze che sommi devono essere tutte pari a 250Hz/4=62.5Hz. Da qui, conoscendo le resistenze viste dai vari condensatori con gli altri in cortocircuito, calcoli le 4 capacita`.

Metti i due set di valori nel simulatore e confronti con le specifiche che volevi ottenere. La discussione degli errori del metodo, dovuto all'approssimazione al primo termine e al trascurare gli zeri, potrebbe essere interessante. Ma se te la racconto e la riporti a Rossetto, ti sgama subito che non e` tua .

Per l'alta frequenza il discorso e` analogo, solo che bisogna "flippare" l'asse orizzontale delle frequenze. Mentre per la bassa frequenza ti metti in banda passante e studi che cosa capita scendendo di frequenza (viaggi verso sinistra sull'asse delle frequenza di Bode), per studiare l'alta frequenza ti metti sempre in banda passante e studi che cosa capita al salire della frequenza, quindi viaggi verso destra. La formula per le alte frequenza e` quindi (*)

dove i termini sommati sono dati da . Le capacita` Ci sono quelle in alta frequenza soltanto (quelle che chiudendosi fanno scendere il guadagno), mentre la resistenza e` la resistenza vista dalla capacita` iesima quando le altre capacita` in alta frequenza sono aperte.
La formula per l'alta frequenza poteva essere scritta come somma di costanti di tempo, ma cosi` si vedono le frequenze, che secondo me sono di piu` immediata comprensione, rispetto alle costanti di tempo.

Nota che per la bassa frequenza ho parlato di condensatori qui invece di capacita`, perche' ci sono anche le capacita` parassite.

Se si trascurano le capacita` parassite, il calcolo di C5 e` immediato: trovi la resistenza ai suoi capi, mettendo in corto tutti i condensatori di bassa frequenza. C'e` un solo condensatore in alto, quindi devi trovare una sola resistenza

Se cortocircuiti un condensatore scombini tutta la polarizzazione. Quando si fanno i conti a mano sul piccolo segnale si puo` usare un corto, mentre quando si usa spice bisogna lasciare il condensatore e metterlo di valore grande. Grande potrebbe essere il valore che hai trovato prima, o il solito farad. Tanto alla frequenza di taglio superiore non danno effetti significativi.

Calcolando il condensatore C5 viene fuori che la frequenza di taglio complessiva, a causa delle capacita` parassite, e` di 180kHz al posto che 220kHz. Allora puoi fare una APPROSSIMAZIONE dicendo che oltre al polo che hai messo, il sistema ha gia` un altro polo a una frequenza che puoi andare a vedere con il simulatore togliendo C5. Guardando la funzione di trasferimento senza C5, si vede che scende di 3dB dalle parti di 1MHz, e possiamo approssimare questo comportamento come un singolo polo a 1MHz (**)

Puoi quindi raffinare la frequenza associata associata alla costante di tempo di C5 in questo modo
da cui puoi trovare la frequenza associata a C5, e ricalcolare il valore di C5. Questo metodo funziona bene anche quando la frequenza di taglio del circuito e` vicina al limite fH che vuoi ottenere.

(*) il quindi deriva dal fatto che l'asse orizzontale del diagramma di Bode e` logaritmico e per rovesciarlo in direzione destra/sinistra, cioe` per cambiare segno alla direzione, sulle frequenze devi prendere il reciproco (proprieta` dei logaritmi).

(**) al posto di pensarlo come singolo polo, si puo` pensare che la formula per il taglio in alta frequenza faccia la somma armonica delle frequenze di taglio dei singoli contributi. Piu` difficile da giustificare.

[nandotp]

Gia ho sbobinato la lezione quando dice dell'approssimazione del metodo delle costanti di tempo, lui ammette che anche se commettiamo un errore dell'8% e quindi abbiamo una banda + grande di quella desiderata male non fa. Metterò le considerazioni che lui stesso dice. Grazie sempre dell'aiuto, sto calcolando i valori delle capacità del secondo caso e vediamo cosa esce fuori.

Caso costanti di tempo tutte uguali ottengo i seguenti valori di Capacità:
C1=10.89 uF
C2=303.03 uF
C3=173.27 uF
C4=90.05 uF
C5=27.2 pF




quindi facendo il rapporto tra la stima e quella di taglio (inferiore e superiore ) ottengo i seguenti valori:





Caso condensatori tutti uguali abbiamo:
C1=C2=C3=C4=22.979 uF
C4=23.4 pF