Проектирование усилителя

 Ом, Ом

Входная емкость каскада:

 пФ.

Входное напряжение каскада равно:

Т.о. получили выходной каскад рис.4.

Рис.4 Принципиальная схема выходного каскада.

 

 

2. Расчет промежуточного каскада.

 

Нагрузкой второго каскада является входное сопротивление и входная емкость третьего каскада  Ом, пФ. Выходное напряжение второго каскада равно входному напряжению третьего каскада . Питание каскада возьмем порядка 7В, предусматривая наличие в цепи питания RC цепочки, подробный расчет приведен ниже в соответствующем разделе (п. 4.4.).

Входные и выходные ВАХ транзистора представлены на рис.5.

 

                      

Рис. 5. ВАХ транзистора BC238C, с нагрузочной прямой и рабочей точкой.

 

 

 

Построение рабочей точки.

Зададимся падением напряжения на эмиттере:

Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке:

где - напряжение начального нелинейного участка выходных характеристик транзистора. Примем в рабочей точке.

Зададимся током покоя коллектора:

На входной характеристике BC238C находим:

Через рабочую точку проведем нагрузочную прямую по постоянному току, и  из  рис.5 находим постоянный ток коллектора:

 Далее  определим переменный ток коллектора  для построения нагрузочной прямой  по переменному току, для этого  находим:

1.Сопротивление нагрузки  по постоянному току:

2.Сопротивление эмиттера:

3.Сопротивление коллектора:

4. Эквивалентное сопротивление  нагрузки (сопротивление нагрузки  по переменному току):

Переменный ток в цепи коллектора:

        Усилитель работает в режиме  класса «А». В этом режиме рабочая  точка не заходит в не линейный  участок это соответствует: UКЭ0=2В, Iко=25мА, Iб0=0,1мА, UбЭ=0,6В. Построим нагрузочную прямую по постоянному и переменному току на выходных характеристиках (Рис.5).

Рассчитаем g-параметры в рабочей точке:

мСм

См

мСм

Произведем расчет термостабилизации каскада:

, где

- статический коэффициент  передачи тока базы.

мкА – изменение обратного тока коллектора при изменении температуры (а = 0.06 для Si).

В – внутреннее изменение смещения на эмиттерном переходе ( В для Si).

мА – приращение тока коллектора вызванное температурным изменением B ( ).

мА – допустимое изменение тока в рабочей точке.

Сопротивление в цепи коллектора равно: Ом

Рассмотрим каскад на различных частотах.

 

 

3-й каскад на  СЧ

Емкость - эквивалентная емкость. пФ, Ом.

В эквивалентной схеме каскада на СЧ можно пренебречь емкостями и .

Коэффициент усиления каскада равен:

,

Ом.

Для получения требуемого коэффициента усиления введем ООС с фактором равным:

, где  - сопротивление, вводимое в цепь эмиттера для получения необходимого фактора ООС.

 Ом по ряду номиналов  возьмем  Ом.

Введение такого сопротивления в цепь эмиттера только улучшит термостабильность каскада.

Коэффициент усиления каскада при Ом будет равен:

 

3-й  каскад на ВЧ

Коэффициент частотных искажений на ВЧ для третьего каскада будет равен:

, где  .

- эквивалентная емкость.

- выходная емкость транзистора

Ом, нс.

пФ.

пФ.

Ом

нс.

Т.к, коэффициент частотных искажений меньше заданного , следовательно, необходима реализовать ВЧ – коррекцию (п. 4.5 и 4.6.).

 

3-ый каскад на  НЧ   На НЧ начинает проявлять влияние разделительная емкость . Допустимые частотные искажения , тогда:

мкФ

(С  запасом 20…30% возьмем  мкФ).

 

 

Расчет делителя, входного сопротивления и входной емкости каскада

 

- приращение коллекторного тока, вызванное температурным изменением  .

,

мА

- изменение тока коллектора  в рабочей точке.

Коэффициент нестабильности, который должна обеспечивать схема температурной стабилизации:

 

Проведем расчет делителя напряжения в цепи базы:

Входное сопротивление каскада:

Входное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ, при введении фактора ОС, в F раз больше входного сопротивления схемы с ОЭ без ООС.

 Ом, Ом

Входная емкость каскада:

 пФ.

Входное напряжение каскада равно:

Т.о. получили выходной каскад рис.6.

Рис.6 Принципиальная схема второго каскада.

 

4.3.Расчет первого каскада.

 

Нагрузкой второго каскада является входное сопротивление и входная емкость третьего каскада  Ом, пФ. Выходное напряжение второго каскада равно входному напряжению третьего каскада . Питание каскада возьмем порядка 7В, предусматривая наличие в цепи питания RC цепочки, подробный расчет приведен ниже в соответствующем разделе (п. 4.4.).

Входные и выходные ВАХ транзистора представлены на рис.7.

 

                      

Рис. 7. ВАХ транзистора BC238C, с нагрузочной прямой и рабочей точкой.

 

 

 

 

Построение рабочей точки.

Зададимся падением напряжения на эмиттере:

Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке:

где - напряжение начального нелинейного участка выходных характеристик транзистора. Примем в рабочей точке.

Зададимся током покоя коллектора:

На входной характеристике BC238C находим:

Через рабочую точку проведем нагрузочную прямую по постоянному току, и  из  рис.5 находим постоянный ток коллектора:

 Далее  определим переменный ток коллектора  для построения нагрузочной прямой  по переменному току, для этого  находим:

1.Сопротивление нагрузки  по постоянному току:

2.Сопротивление эмиттера:

3.Сопротивление коллектора:

4. Эквивалентное сопротивление  нагрузки (сопротивление нагрузки  по переменному току):

Переменный ток в цепи коллектора:

        Усилитель работает в режиме  класса «А». В этом режиме рабочая  точка не заходит в не линейный  участок это соответствует: UКЭ0=1В, Iко=12мА, Iб0=0,1мА, UбЭ=0,6В. Построим нагрузочную прямую по постоянному и переменному току на выходных характеристиках (Рис.5).

Рассчитаем g-параметры в рабочей точке:

мСм

См

мСм

Произведем расчет термостабилизации каскада:

, где

- статический коэффициент  передачи тока базы.

мкА – изменение обратного тока коллектора при изменении температуры (а = 0.06 для Si).

В – внутреннее изменение смещения на эмиттерном переходе ( В для Si).

мА – приращение тока коллектора вызванное температурным изменением B ( ).

мА – допустимое изменение тока в рабочей точке.

Сопротивление в цепи коллектора равно: Ом

Рассмотрим каскад на различных частотах.

 

 

3-й каскад на  СЧ

Емкость - эквивалентная емкость. пФ, Ом.

В эквивалентной схеме каскада на СЧ можно пренебречь емкостями и .

Коэффициент усиления каскада равен:

,

Ом.

Для получения требуемого коэффициента усиления введем ООС с фактором равным:

, где  - сопротивление, вводимое в цепь эмиттера для получения необходимого фактора ООС.

 Ом по ряду номиналов  возьмем  Ом.

Введение такого сопротивления в цепь эмиттера только улучшит термостабильность каскада.

Коэффициент усиления каскада при Ом будет равен:

 

3-й  каскад на ВЧ

Коэффициент частотных искажений на ВЧ для третьего каскада будет равен:

, где  .

- эквивалентная емкость.

- выходная емкость транзистора

Ом, нс.

пФ.

пФ.

Ом

нс.

Т.к, коэффициент частотных искажений меньше заданного , следовательно, необходима реализовать ВЧ – коррекцию (п. 4.5 и 4.6.).

 

3-ый каскад на  НЧ   На НЧ начинает проявлять влияние разделительная емкость . Допустимые частотные искажения , тогда:

мкФ

(С  запасом 20…30% возьмем  мкФ).

 

 

Расчет делителя, входного сопротивления и входной емкости каскада

 

- приращение коллекторного тока, вызванное температурным изменением  .

,

А

- изменение тока коллектора  в рабочей точке.

Коэффициент нестабильности, который должна обеспечивать схема температурной стабилизации:

 

Проведем расчет делителя напряжения в цепи базы:

Входное сопротивление каскада:

Входное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ, при введении фактора ОС, в F раз больше входного сопротивления схемы с ОЭ без ООС.

 Ом, Ом

Входная емкость каскада:

 пФ.

Входное напряжение каскада равно:

Т.о. получили выходной каскад рис.6.

 

Рис.8 Принципиальная схема первого каскада.

 

4.4. Расчет фильтрующих цепей.

 

Фильтры в цепи питания были введены между во все каскады. Падения напряжения на них: В,

, где

- токи коллекторов транзисторов  каскадов 1…3 в рабочей точке,

Тогда сопротивление  будет равно:

Ом,

Ом,

Ом.

Емкости в цепи фильтров на частоте помехи Гц (частота питающей сети) и выше будут равны:

мкФ,

мкФ,

мкФ.

 

 

4.5. Расчет элементов подстройки усиления.

Подстройку усиления введем во второй каскад. Введем для этого сопротивление в цепь эмиттера. Движок резистора подключим к шунтирующей емкости .

Максимальный коэффициент усиления равен:

Минимальный коэффициент усиления возьмем равным :

,

- максимальный фактор обратной  связи для  - резистора подстройки усиления.

Ом.

следовательно: 

Используем для этого построечный резистор СП5-16ВА сопротивлением 10 Ом по ряду номиналов Е6.

Построечный резистор зашунтируем конденсатором.

Коэффициент частотных искажений создаваемых емкостью СЭ равен:

, тогда

 

мФ

 

 

 

4.6. Расчет цепей ВЧ коррекции.

Подстройку усиления с помощью катушки индуктивности введем во все каскады для увеличения рабочего полосы частот до 12МГц.

Расчет оптимального значения корректирующей индуктивности: Максимальный коэффициент усиления равен:

Тогда для каждого каскада:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Заключение о соответствии параметров спроектированного

усилителя требованиям технического задания

 

В ходе выполненной работы разработали схему (рис.9).

 

Рис.9 Принципиальная схема широкополосного усилителя.

 

Рассчитанный усилитель удовлетворяет исходным данным и имеет коэффициенты частотных искажений не более допустимых в области верхних и нижних частот (Рис.10), а также усиливает в заданной полосе частот с одним значением