Расчет усилительного резистивного каскада на биполярных транзисторах (стр. 3 из 3)
где f=50Гц, но это без учета коэффициента сглаживания q.
16. Расчет СФ с учетом коэффициента сглаживания q:
а). Определяем нагрузку фильтра:
= 
б). Определяем коэффициент KФ:
= 
в). Значение емкости СФ с учетом коэффициента сглаживания q будет:
= 
, где f =50Гц.17. Коэффициент усиления по напряжению будет:
= 
,где RН~=
= 
βtoC=40 - выбирается при минимальной температуре из указанного диапазона.
18. Коэффициент усиления по току будет:
= 
19. Коэффициент усиления по мощности:
КР=КI·KU=15*33,33=500
20. Выходное сопротивление:
RВЫХ ≈RК=150 (Ом).
2. Определение коэффициента нелинейных искажений усилителя (КНИ)
1. КНИ оценивается по коэффициенту гармоник (КГ), расчет которого производится после разработки и определения параметров элементов схемы усилительного каскада.
Если известно внутреннее сопротивление генератора (источника) усиливаемых сигналов (что является в нашем случае заданным, сопротивление RГ), можно рассчитывать КГ методом пяти ординат по сквозной динамической характеристике, построенной для известного значения RГ.
2. Для построения сквозной динамической характеристики используют нагрузочную прямую переменного тока (на выходных статических характеристиках) и входную характеристику транзистора.
На отрезке АВ нагрузочной прямой определяют граничные точки 1 и 5, которые находятся на проекции амплитудных значений тока коллектора Iкm (+Iкmи -Iкm) или амплитудных значений переменной составляющей напряжения (+Uвыхm и -Uвыхm). Остальные точки (2ч4) определяются как результат пересечения нагрузочной прямой со статическими выходными характеристиками (соответствующих конкретным базовым токам).
Для каждой точки (1ч5) находят значения тока коллектора (iК1чiК5). Далее определяют амплитуды переменных составляющих тока и напряжения входного сигнала. Для этого на входную статическую характеристику транзистора [iБ= f (UБЭ)], включенного по схеме с ОЭ, переносят точки пересечения нагрузочной прямой со статическими выходными характеристиками транзистора (получают точки 1'ч5'). Опустив перпендикуляры из точек 1'ч5' на горизонтальную ось (UБЭ) определяют амплитуды переменных составляющих напряжения входного сигнала (UБЭ1чUБЭ5).
Затем, для каждой из этих точек вычисляют э.д.с. источника (генератора) усиливаемых сигналов по формуле:
eГ = UБЭ+iБ·RГ;=
(UВХ) (iВХ)
и результаты вычислений сводят в таблицу, чтобы получить координаты точек (1"ч7") для построения сквозной динамической характеристики.
| № точки | iК(iВЫХ), мА | IБ(iВХ), мА | UБЭ(UВХ), В | eГ = UБЭ+iБ·RГ, В |
| 1" | iК1=140 | iБ1(iБmax)=3,5 | UБЭ1(UВХmax)=0,73 | eГ1(max) = 1,15 |
| 2" | iК2=120 | iБ2=3 | UБЭ2=0,7 | eГ2 = 1,06 |
| 3"(П) | iК3=84 | iБ3=2,1 | UБЭ3=0,64 | eГ3 = 0,892 |
| 4" | iК4=60 | iБ4=1,5 | UБЭ4=0,55 | eГ4 = 0,73 |
| 5" | iК5=28 | iБ5=0,7 | UБЭ5=0,4 | eГ5 = 0,484 |
eГ1(max) =1,2+54*55*10-3=1,15 (В)
eГ2 = 1,1+40*55*10-3=1,06 (В)
eГ3 = 1+32*55*10-3=0.892 (В)
eГ4 = 0,85+20*55*10-3=0.73 (В)
eГ5(min) = 0.7+10*55*10-3=0.484 (В)
3. По данным таблицы строится сквозная динамическая характеристика:
iК= f (eГ).
Как правило, полученная характеристика имеет слегка выраженный S-образный характер.
4. При расчете коэффициента гармоник (КГ) используем наиболее распространенный метод пяти ординат (или метод Клина).
5. При реализации этого метода с помощью сквозной динамической характеристики определяют некоторые значения тока коллектора (Imin, I2, I0,I1, Imax), которые используют при расчете коэффициента гармоник. (Повторяем график сквозной динамической характеристики)
На сквозной динамической характеристике отмечаем две точки, соответствующие max и min (iК1 и iК5) выходного тока (тока коллектора - Imax и Imin) и проектируем их на горизонтальную ось (отрезок aд).
Затем этот отрезок делим на четыре равные части (аб=бв=вг=гд) и находим по графику значения токов I1=138(мА), I0=97(мА), I2=52(мА).
6. По методу Клина коэффициент гармоник однотактного каскада, работающего в режиме А, определяется по формуле:
= 
где I1m, I2m, I3m, I4m - первая, вторая, третья и четвертая, соответственно, гармоники выходного сигнала.
7. Гармоники выходного сигнала, в свою очередь, рассчитываются по следующим формулам:
= 
= 
= 
= = 
8. Среднее значение тока может быть определено:
= 
9. Правильность вычислений найденных токов можно проверить по формуле:
I1m+I2m+I3m+I4m+Iср=Imax.
Imax=140(мА)
I1m+I2m+I3m+I4m+Iср=59+(-3)+(-3,3)+2,3+85=140(мА)
10. Коэффициент гармоник КГ, полученный по формуле в п.2.6 выражают в %. При этом значения КГ, как правило, не должны превышать (3ч5)%.
КГ=8,5%
Приведём в соответствие позиционные обозначения элементов в расчетах ПЭЗ:
| Обозначение в ПЭЗ | Обозначение в расчетах |
| R1 | R1 |
| R2 | R2 |
| R3 | Rф |
| R4 | Rк |
| R5 | Rэ |
| C1 | Сф |
| C2 | С1 |
| C3 | С2 |
| C4 | Сэ |