Расчет многочастотного усилителя низкой частоты (стр. 3 из 4)
Общий коэффициент нелинейных искажений определяется по формуле
; (3.17) 
.4. ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
Можно оценить требующееся число каскадов предварительного усиления, которые должны обеспечить коэффициент усиления по напряжению:
.Коэффициент усиления, требуемый от одного каскада
.Таким образом, предварительный усилитель будет содержать 2 каскада, построенные по схеме с общим эмиттером. Предоконечный каскад охватим отрицательной обратной связью по току для уменьшения коэффициента усиления по току. Структурная схема усилителя представлена на рис.3.
Рис 3. Структурная схема усилителя.
5. РАСЧЕТ ПРЕДОКОНЕЧНОГО КАСКАДА
Схема каскада представлена в приложении А (ОЭ2). Параметры нагрузки (входные параметры выходного каскада и напряжение питания), необходимые для расчета уже известны.
Выбираем тип транзистора с учетом заданного частотного диапазона работы каскада, а также параметров по току, напряжению и мощности. Максимально допустимый ток коллектора транзистора должен быть больше наибольшего мгновенного значения тока коллектора в режиме работы класса А:
, (5.1)где амплитуда тока в нагрузке
.Ориентировочно можно выбрать низкочастотный транзистор, имеющий параметры:
, 
.По справочнику [3] выбираем транзистор КТ503А (рис. 4), имеющий следующие параметры:
1. Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером 40 – 120.
2. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером не менее 5 МГц;
3. Постоянное напряжение коллектор – эмиттер 40 В;
4. Постоянный ток коллектора 0,5 А;
5. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода при температуре Т=233
298 К – 0,35 Вт.
Выберем исходный режим транзистора каскада, для которого
, (5.2) 
, (5.3) 
. (5.4)где
– напряжение коллектор – эмиттер, соответствующее режиму покоя. 
, 
, 
.Сопротивление резисторов R7, R8 рассчитываем по падению напряжений на них:
; 
; (5.5) 
; 
.Примем R7=150 Ом и R8=56 Ом. По [5] выбираем металлодиэлектрические резисторы С2-33 с номинальной мощностью 1 Вт и 0,5 Вт соответственно. Для проверки резисторов по допустимой мощности рассеяния предположим, что все напряжение, создаваемое источником питания, падает на этих резисторах. Рассеиваемую мощность определим по формуле
; (5.6) 
(Вт). 
Сопротивление резистора R6 делителя находим из выражения:
, (5.7)где
для кремниевых транзисторов, 
– ток делителя. 
.Сопротивление резистора R5 делителя находим следующим образом
; (5.8) 
.Выбираем по [5] резисторы С2-33 R5=750 Ом, номинальная мощность 0,25 Вт и R6=270 Ом, номинальная мощность 0,125 Вт. Выполним проверку для резистора R5 по формулам, подобным (5.6):
; 
.Для определения коэффициента усиления каскада по току определим эквивалентное сопротивление цепи коллектора по переменному току
, (5.9) 
.Определяем коэффициент усиления по току
, (5.10) 
.Тогда амплитуда входного тока
, (5.11) 
.Входное сопротивление каскада ОЭ определяется с учетом сопротивлений делителя, параметров транзистора и сопротивления цепи эмиттера:
, (5.12)где
– усредненное значение крутизны сквозной характеристики; 
– тепловой потенциал.Тогда входное сопротивление
.Коэффициент усиления по напряжению
, (5.12)где
в данном случае – выходное сопротивление входного каскада, определенное ниже (см. стр. 15). 
.Амплитуда входного напряжения
, (5.13) 
.Емкость конденсатора С2 определяем по формуле (3.14)
.Емкость конденсатора С5, шунтирующего резистор термостабилизации R8 по переменному сигналу, выбираем с учетом того, что его сопротивление должно быть значительно меньше сопротивления R8. Таким образом, по справочнику [6] выбираем алюминиевые оксидно-электролитические конденсаторы К50-29 с емкостями С2=100мкФ и С5=470мкФ и номинальным напряжением 25В.
Для уменьшения коэффициента усиления по току охватим каскада отрицательной обратной связью по току (рис. 5).
Каскад, построенный по схеме с общим, эмиттером поворачивает фазу усиливаемого сигнала на
. С понижением частоты входного сигнала появляется дополнительный фазовый сдвиг, обусловленный наличием конденсаторов С4, С5. Но вносимые ими фазовые сдвиги настолько малы ввиду больших емкостей (точно они определены в п.8: 
и 
соответственно), что ими можно пренебречь и считать, что подаваемое на вход напряжение обратной связи находится в противофазе к входному.Определим глубину обратной связи из выражения
.Ток в цепи обратной связи прямопропорционален падению напряжения на резисторе Rос, которое равно падению напряжения на параллельно включенных сопротивлении ОС и входном сопротивлении каскада:
Тогда глубина обратной связи
, (5.14)Выберем резистор ОС R11=Rос=3000 Ом С3-33 (лакопленочный композиционный) номинальной мощностью 0,025 Вт
(
).Тогда
.Теперь можем найти коэффициент усиления по току каскада с обратной связью
, (5.15) 
.