Расчет тока потребления схемы

[artyombn]

Расчет тока потребления схемы

День добрый, уважаемые знатоки. Мне нужно рассчитать ток потребления схемы (схема - эмиттерный повторитель), который должен мне дать мощность потребления. Ток задается токовыми зеркалами. Затем я должен расчитать мощность нагрузки и найти разницу этих мощностей, для определения выделяемой мощности на кристалле. Естественно расчитать мало, нужно построить зависимости. Мощность нагрузки я построил, а вот как мощность потребления построить зависимость я не понимаю. По идее на вход я должен подавать 0V, но зависимость ведь Uвых*Iпотр (Uвх) , а на входе 0, то зависимость нулевая. В общем подскажите как мне посчитать нормально ток потребления (т. к. до конца я не понял как правильно это делается) и как примерно должна выглядеть зависимость мощности потребления. Файлы прикрепил. Буду благодарен за любую помощь.

 

[Viewer]

Давайте посмотрим и посчитаем.
Можно считать точно, но это за пределами Вашего задания, полагаю.
Можно считать упрощенно, чем и займемся.

Для начала, выделим одно плечо, все выкладки будут аналогичны для другого плеча.


Выходной транзистор нагружен на высокое сопротивление и ток нагрузки ~ 0 (эту часть схемы вообще-то можно было бы удалить при расчетах)

Расчет токового зеркала:
- задающий ток IR1 = (VCC - Ube) / R1 = (15 - 0.606) / 14k ~ 1 мА
- ток зеркала в идеале IR2 = IR1 = 1 мА

Рассмотрим два крайних случая:
1. Usrc = 0
В этом случае, база Q3 "сидит" на земле и через транзистор протекает ток IR2, причем через два источника.
В итоге ток от VCC = 2 мА, ток от VEE = 1 мА, всего ток потребления = 3 мА
2. Usrc = VCC = 15V
В этом случае, база и эммитер Q3 имеют одинаковые потенциалы, значит Q3 закрыт и ток протекает только через R1 и равен IR1 = 1 мА.
В итоге, ток потребления = 1 мА.

Для такого усеченного варианта ток изменяется, практически линейно, от 3 мА до 1 мА при изменении входного напряжения от 0 до VCC.

P.S.
Далее, рассмотрим полный вариант схемы.

 

[artyombn]

Если рассматривать полный вариант схемы, то при Uвх = 0, выходной ток с токовых зеркал по 3мА. Ток, протекающий через транзисторы Q33 и Q34 пренебрежимо мал, поэтому общий ток потребления схемы определяется токами токовых зеркал. В итоге потребление схемы получается 6мА? По Кирхгофу то.. Например, нашли мы ток потребления схемы при Uвх = 0. Дальше мне нужно построить зависимость мощности потребляемой схемой. Я должен напряжение на нагрузке умножить на ток, который мы нашли, и построить это произведение от напряжении на входе. но как? если у нас напряжение нулевое. А если брать столь малое значение, то не получится взять разность потребляемой мощности и мощности на нагрузке. Для большей ясности, мне нужно получить эти 3 графика (изображение прикрепил) , где 1 - потребляемая мощность (при Uвх = 0), мощность на нагрузке (при Uвх = 2В) 3 - мощность на кристалле, которая равна разности этих двух. Второй график я построил, первый никак не получается. Подскажите как быть?? Спасибо)

 

[artyombn]

если есть у вас возможность, ответьте пожалуйста. мне к завтрашнему дню нужно разобраться в данной теме.

Давайте посмотрим и посчитаем.

 

[Viewer]

если есть у вас возможность, ответьте пожалуйста. мне к завтрашнему дню нужно разобраться в данной теме.

Что-то Вы поздно спохватились
Вот полная схема:


При Uвх = 0 и RL = oo:
IR1 = 1 mA; VCC;
IR2 = 1 mA; VCC;
IQ3 = 1 mA; VEE;
Аналогично - нижний канал.
В данном случае, выходные транзисторы тоже будут выступать как повторители тока и ток через каждый будет по 1 мА от каждого ИП.
В итоге: по 4 мА от каждого ИП.

При Uвх = 15 В и RL = oo;
IR1 = 1 mA; VCC;
IR4 = 1 mA; VEE;
IQ7 = 1 mA; VCC;
IR5 = 1 mA; VEE;
Выходные транзисторы закрыты.
Итого: по 2 мА от каждого ИП.

Далее, учет нагрузки..

 

[artyombn]

Спасибо вам, за то что отвечаете) с током потребления я понял. я не понял на счет графика мощности, в сообщении выше я описал проблему с построением этого графика.

Что-то Вы поздно спохватились
Вот полная схема:
Посмотреть вложение 343668

При Uвх = 0 и RL = oo:
IR1 = 1 mA; VCC;
IR2 = 1 mA; VCC;
IQ3 = 1 mA; VEE;
Аналогично - нижний канал.
В данном случае, выходные транзисторы тоже будут выступать как повторители тока и ток через каждый будет по 1 мА от каждого ИП.
В итоге: по 4 мА от каждого ИП.

При Uвх = 15 В и RL = oo;
IR1 = 1 mA; VCC;
IR4 = 1 mA; VEE;
IQ7 = 1 mA; VCC;
IR5 = 1 mA; VEE;
Выходные транзисторы закрыты.
Итого: по 2 мА от каждого ИП.

Далее, учет нагрузки..

 

[Viewer]

Uвх = +15..-15 В:
красный - суммарный ток через оба ИП;
фиолетовый - ток в нагрузке.

 

[Viewer]

При нагрузке RL=1 кОм и Uвх = 15 В:
- падение к-э Q2 = 0.05 В
- ток через IR2 = 0.12 мА определяется базовым током Q4
- падение на R2 = 1.5 В
- напряжение на базе Q4 = 15 - 0.05 - 1.7 = 13.3
- падение напряжение б-э Q4 = 0.6 В
- напряжение на R3 + RL = 13.3 - 0.6 = 12.7 В
- ток через R3 + RL = 12.7 / (1к + 0.1к) = 11.6 мА
Отсюда вычисляется падение на RL и мощность через RL, а также падение и мощность на Q4.
Q7 закрыт.

Итоговые графики мощности:
- красный от ИП
- синий в нагрузке
- фиолетовый на Q4

 

[artyombn]

я так полагаю с ИП это вы снимали с резисторов R3 и R6. вот что я получил в оркаде. первый график это как раз снятие с выходных резисторов, второй с нагрузки.

Uвх = +15..-15 В:
красный - суммарный ток через оба ИП;
фиолетовый - ток в нагрузке.
Посмотреть вложение 343669

 

[artyombn]

я так полагаю с ИП это вы снимали с резисторов R3 и R6. вот что я получил в оркаде. первый график это как раз снятие с выходных резисторов, второй с нагрузки.

Uвх = +15..-15 В:
красный - суммарный ток через оба ИП;
фиолетовый - ток в нагрузке.
Посмотреть вложение 343669

 

[artyombn]

поменял нагрузку на 1k , все графики соответствуют.

 

[Viewer]

Нет, с ИП я снимал как токи этих ИП.
Если снимать с эмиттерных резисторов, то теряем токи предварительных каскадов.

 

[artyombn]

Вот что получилось у меня в итоге. Первый график это ток с ИП. второй график этот ток домноженный на входное напряжение. (причем как заметите там разность токов, потому что на третьем графике будет следущее при их сумме). последний график это мощность в нагрузке. Почему-то оба графика одинаковы. Где ошибся при построении??

При нагрузке RL=1 кОм и Uвх = 15 В:
- падение к-э Q2 = 0.05 В
- ток через IR2 = 0.12 мА определяется базовым током Q4
- падение на R2 = 1.5 В
- напряжение на базе Q4 = 15 - 0.05 - 1.7 = 13.3
- падение напряжение б-э Q4 = 0.6 В
- напряжение на R3 + RL = 13.3 - 0.6 = 12.7 В
- ток через R3 + RL = 12.7 / (1к + 0.1к) = 11.6 мА
Отсюда вычисляется падение на RL и мощность через RL, а также падение и мощность на Q4.
Q7 закрыт.

Итоговые графики мощности:
- красный от ИП
- синий в нагрузке
- фиолетовый на Q4
Посмотреть вложение 343677

 

[artyombn]

сорри. не присмотрелся.

 

[artyombn]

спасибо вам огромное за помощь) кстати, не нашел как тут высказывать благодарность

 

[artyombn]

хотя до сих пор не понятно, почему на втором графике идет в 0 при Uвх = 0В. у вас например мощность, потребляемая схемой совсем не 0.

Нет, с ИП я снимал как токи этих ИП.
Если снимать с эмиттерных резисторов, то теряем токи предварительных каскадов.

 

[Viewer]

Потому, что при нулевом входном напряжении есть потребление предварительной схемы и токи через оконечные транзисторы. Это о мощности потребления схемы в целом независимо от сопротивления нагрузки.
Транзисторы, даже если их подобрать одинаковыми в симуляторе - имеют разные характеристики в зависимости от npn/pnp.
В результате, даже при Uвх = 0 - на выходе будет примерно до 5 мВ напряжения разбаланса.

 

[Viewer]

спасибо вам огромное за помощь) кстати, не нашел как тут высказывать благодарность

Это не важно. Главное, что Вы сделали, пусть и с помощью, очередной шаг в познании.
Не останавливайтесь.

 

[Viewer]

Небольшая доработка исходной схемы для обеспечения устойчивой работы повторителя до частот 50 МГц с указанными транзисторами.
Графики АФЧХ: