چگونه می توان از مدل بزرگ سیگنال یک ترانزیستور برای تجزیه و تحلیل استفاده کرد؟

سلام! من به عنوان یک تأمین کننده ترانزیستور ، دست اول را دیدم که درک چگونگی استفاده از مدل سیگنال بزرگ یک ترانزیستور برای تجزیه و تحلیل چقدر مهم است. در این پست وبلاگ ، من قصد دارم شما را از طریق Ins و Outs of این فرآیند طی کنم ، بنابراین می توانید از برنامه های ترانزیستور خود نهایت استفاده را ببرید.

یک مدل سیگنال بزرگ چیست؟

قبل از اینکه به تجزیه و تحلیل شیرجه بزنیم ، ابتدا بفهمیم یک مدل سیگنال بزرگ چیست. به عبارت ساده تر ، یک مدل سیگنال بزرگ یک نمایش ریاضی از یک ترانزیستور است که در هنگام استفاده از سیگنال های بزرگ ، رفتار غیر خطی دستگاه را در نظر می گیرد. بر خلاف مدل های سیگنال کوچک ، که رفتار خطی را در اطراف یک نقطه تعصب فرض می کنند ، مدل های سیگنال بزرگ می توانند تغییرات قابل توجهی در ولتاژ و جریان داشته باشند.

این امر بسیار مهم است زیرا در بسیاری از برنامه های دنیای واقعی ، ترانزیستورها در معرض سیگنال های بزرگ ورودی قرار می گیرند. به عنوان مثال ، در تقویت کننده های قدرت ، سیگنال ورودی می تواند بسیار متفاوت باشد و ترانزیستور باید این تغییرات را به طور مؤثر انجام دهد. یک مدل سیگنال بزرگ به ما کمک می کند تا پیش بینی کنیم که چگونه ترانزیستور تحت این شرایط رفتار خواهد کرد.

چرا از یک مدل سیگنال بزرگ برای تجزیه و تحلیل استفاده می کنیم؟

دلایل مختلفی وجود دارد که استفاده از یک مدل سیگنال بزرگ برای تجزیه و تحلیل مفید است. در مرحله اول ، به ما این امکان را می دهد تا عملکرد یک مدار ترانزیستور را در شرایط مختلف عملیاتی پیش بینی کنیم. این شامل مواردی مانند مصرف برق ، قدرت خروجی و اعوجاج است. با درک این پارامترها ، می توانیم مدارهایی را طراحی کنیم که نیازهای خاصی را برآورده کند.

ثانیا ، مدل های سیگنال بزرگ به ما کمک می کنند تا مسائل بالقوه را در طراحی مدار شناسایی کنیم. به عنوان مثال ، اگر یک ترانزیستور نزدیک به حداکثر رتبه های خود عمل کند ، مدل سیگنال بزرگ می تواند تأثیر عملکرد و قابلیت اطمینان را به ما نشان دهد. این تشخیص اولیه می تواند با جلوگیری از طراحی مجدد گران قیمت ، در طولانی مدت وقت و هزینه خود را صرفه جویی کند.

مراحل استفاده از مدل سیگنال بزرگ برای تجزیه و تحلیل

اکنون که می دانیم یک مدل سیگنال بزرگ چیست و چرا مهم است ، بیایید مراحل مربوط به استفاده از آن را برای تجزیه و تحلیل بررسی کنیم.

مرحله 1: مدل سمت راست را انتخاب کنید

اولین قدم انتخاب مدل سیگنال بزرگ مناسب برای ترانزیستور شماست. چندین مدل در دسترس است ، مانند مدل Ebers-Moll و مدل Gummel-Poon. انتخاب مدل به نوع ترانزیستور (به عنوان مثال ، ترانزیستور اتصال دو قطبی یا ترانزیستور اثر میدان) و میزان دقت مورد نیاز برای تجزیه و تحلیل شما بستگی دارد.

معمولاً می توانید مدل سیگنال بزرگ توصیه شده را در برگه داده ترانزیستور پیدا کنید. برای اطلاعات بیشتر در مورد ترانزیستورها ، این را بررسی کنیدترانزیستورصفحه

مرحله 2: شرایط عملیاتی را تعریف کنید

پس از داشتن مدل ، باید شرایط عملیاتی ترانزیستور را تعریف کنید. این شامل خصوصیات سیگنال ورودی (به عنوان مثال ، دامنه ، فرکانس) ، ولتاژ منبع تغذیه و امپدانس بار است. این پارامترها رفتار ترانزیستور در مدار را تعیین می کنند.

به عنوان مثال ، اگر در حال تجزیه و تحلیل یک تقویت کننده قدرت هستید ، باید قدرت سیگنال ورودی و مقاومت بار در خروجی را بدانید. این مقادیر بر افزایش قدرت ، کارایی و اعوجاج تقویت کننده تأثیر می گذارد.

مرحله 3: شبیه سازی مدار را تنظیم کنید

پس از تعریف شرایط عملیاتی ، زمان آن رسیده است که شبیه سازی مدار را با استفاده از یک شبیه ساز مدار مانند ادویه تنظیم کنید. در شبیه ساز ، باید مدل سیگنال بزرگ ترانزیستور را وارد کرده و آن را به سایر اجزای موجود در مدار وصل کنید.

حتماً پارامترهای شبیه سازی مناسب مانند مرحله زمان و مدت زمان شبیه سازی را تنظیم کنید. این تنظیمات دقت و سرعت شبیه سازی را تعیین می کند.

مرحله 4: شبیه سازی را اجرا کنید و نتایج را تجزیه و تحلیل کنید

پس از تنظیم شبیه سازی ، می توانید آن را اجرا کرده و نتایج را تجزیه و تحلیل کنید. شبیه ساز خروجی های مختلفی از جمله ولتاژ و شکل موج فعلی ، اتلاف برق و افزایش را در اختیار شما قرار می دهد.

به دنبال شاخص های کلیدی عملکرد مانند قدرت خروجی ، کارآیی و اعوجاج باشید. این مقادیر را با الزامات طراحی خود مقایسه کنید تا ببینید که آیا مدار انتظارات شما را برآورده می کند یا خیر. اگر اینگونه نباشد ، ممکن است لازم باشد پارامترهای مدار یا مدل ترانزیستور را تنظیم کنید.

مثال عملی: تجزیه و تحلیل یک تقویت کننده امیتر مشترک

بیایید یک مثال عملی را برای نشان دادن نحوه استفاده از مدل سیگنال بزرگ برای تجزیه و تحلیل نشان دهیم. ما با استفاده از مدل سیگنال بزرگ Ebers-Moll برای ترانزیستور اتصال دو قطبی ، یک تقویت کننده مشترک را تجزیه و تحلیل خواهیم کرد.

طرح مدار

آمپلی فایر معمولی یک پیکربندی محبوب برای تقویت ولتاژ است. این مجموعه از یک ترانزیستور ، منبع تغذیه ، خازن های اتصال ورودی و خروجی و مقاومت های مغرضانه تشکیل شده است.

ما شرایط عملیاتی زیر را فرض خواهیم کرد:

• سیگنال ورودی: یک سیگنال سینوسی با دامنه 1 ولت و فرکانس 1 کیلوهرتز.
• ولتاژ منبع تغذیه: 12 V.
• مقاومت بار: 1 kΩ.

تنظیم شبیه سازی

ما برای تنظیم مدار از یک شبیه ساز ادویه استفاده خواهیم کرد. ابتدا مدل Ebers-Moll ترانزیستور را در شبیه ساز قرار می دهیم. سپس ، اجزای دیگر را با توجه به نمودار مدار وصل می کنیم.

ما زمان شبیه سازی را با یک مرحله زمانی 1 میکرومتر روی 10 میلی ثانیه تنظیم خواهیم کرد. این به ما امکان می دهد شکل موج کامل سیگنال های ورودی و خروجی را ضبط کنیم.

تجزیه و تحلیل نتایج

پس از اجرای شبیه سازی ، می توانیم نتایج را تجزیه و تحلیل کنیم. ما به شکل موج ولتاژ خروجی ، افزایش قدرت و اعوجاج نگاه خواهیم کرد.

شکل موج ولتاژ خروجی باید یک نسخه تقویت شده از سیگنال ورودی را نشان دهد. افزایش قدرت را می توان با تقسیم قدرت خروجی توسط توان ورودی محاسبه کرد. اعوجاج را می توان با تجزیه و تحلیل محتوای هارمونیک سیگنال خروجی اندازه گیری کرد.

اگر نتایج نیازهای طراحی ما را برآورده نکند ، می توانیم مقاومت های مغرضانه یا مقاومت بار را برای بهبود عملکرد تنظیم کنیم.

پایان

استفاده از مدل سیگنال بزرگ یک ترانزیستور برای تجزیه و تحلیل یک مهارت اساسی برای هر کسی است که با مدارهای ترانزیستور کار می کند. این امکان را به ما می دهد تا عملکرد یک مدار را در شرایط مختلف عملیاتی به طور دقیق پیش بینی کنیم و مسائل بالقوه را در اوایل فرآیند طراحی شناسایی کنیم.

من به عنوان یک تأمین کننده ترانزیستور ، من اینجا هستم تا به شما در تمام نیازهای ترانزیستور خود کمک کنم. این که آیا شما به دنبال ترانزیستور مناسب برای برنامه خود هستید یا به تجزیه و تحلیل مدار نیاز به کمک دارید ، احساس راحتی کنید تا به من دسترسی پیدا کنید. ما می توانیم در مورد نیازهای شما بحث مفصلی داشته باشیم و بهترین راه حل ها را برای شما پیدا کنیم.

منابع

• Millman ، J. ، & Halkias ، CC (1972). الکترونیک یکپارچه: مدارها و سیستم های آنالوگ و دیجیتال. مک گرا-هیل.
• Sedra ، AS ، & Smith ، KC (2015). مدارهای میکروالکترونیک. انتشارات دانشگاه آکسفورد.