Расчет схемы широкополосного усилителя (стр. 3 из 3)
При этом глубина ООС выбирается исходя из соотношения:
Величина входного сопротивления каскада по переменному току определяется как суммарное сопротивление параллельно включенных R1, R2, и (1/y11)*γ~, где γ~=1+S(Rос//RЭ) – глубина ООС:
RВХ≈=R1//R2//[(1/y11)(1+S(Rос//RЭ))],
В итоге получаем систему уравнений:
, 
Решая которую, получаем RВХ≈=2077 Ом, Rос =45,1 Ом
5. Расчет эмиттерных емкостей
Емкость конденсаторов Сэ1 и Сэ2 выбираются большими исходя из того, что его сопротивление цепочки RЭСЭ по переменному току существенно только на самой низкой частоте должно :
Подставляя, получаем: (Сэ1≥37мкФ)=50мкФ, (Сэ2≥15мкФ)=22мкФ.
6. Расчет фильтра
Фильтр предназначен для обеспечения заданной верхней частоты. При этом fв определяется по формуле:
,Где Rвых1 есть RК1. RФ=5 Ом, тогда СФ=17,6 пФ.
Производим расчет СФ с учетом коэффициента частотных искажений на верхней рабочей частоте MВ.
Коэффициент MВ в данной схеме определяется искажениями вносимыми цепочкой фильтра RФСФ :
,Выражаем СФ с учетом заданного коэффициента частотных искажений MВ:
,СФ=13,2 пФ.
7. Расчет разделительных емкостей
Расчет разделительных емкостей производится с учетом заданного коэффициента искажений на нижней рабочей частоте:
MН=MН1 MН2 MН3
Пусть доли частотных искажений, вносимых на нижней частоте в каждом каскаде будут равны:
MН_i=MН1=MН2=MН3,
Тогда
MН_i=0,887.
Формулы для расчета разделительных емкостей для данной схемы усилителя примут вид:
, 
, 
, 
Подставляя в выражения данные получаем: Ср1= 1,3 мкФ, Ср2= 3,1 мкФ, Ср3=10,3 мкФ, Ср4=24,5 мкФ.
8. Оценка нелинейных искажений
Так как входной и промежуточный каскады работают в режиме малого сигнала то нелинейные искажения обусловлены влиянием выходного каскада. Проведем оценку нелинейных искажений c помощью метода пяти ординат.
При помощи пяти ординат находятся гармонические составляющие. Входной ЭДС Eгm1, Eгm2, Eгm3, по которым рассчитывается коэффициент гармоник:
,На нагрузочной прямой наносятся точки мгновенных значений тока Iк1,Iк2, Iк3,Iк4,Iк5,соответствующие IKmin, (IK0-IKmin)/2, IK0, (IKmax-IK0)/2, IKmax, по выходным характеристикам находятся отвечающие им токи базы Iб1,Iб2, Iб3,Iб4,Iб5, и по входным характеристикам находятся мгновенные значения напряжения база-эмиттер Uб1, Uб2, Uб3, Uб4,Uб5. Рассчитываются размахи ЭДС:
, 
, 
, 
,Далее находим амплитуды первых трех гармонических составляющих ЭДС:
, 
, 
,И рассчитываем коэффициент гармоник каскада:
,где γ – коэффициент ООС.
Подставляя числовые данные получаем Kг = 1,43 %.
9. Моделирование работы схемы усилителя в Micro-Cap 8.0
Моделирование электрических процессов происходящих при работе усилителя производилось с помощью программы схемотехнического моделирования Micro-Cap 7.1.
С использованием этой программы был проведен анализ узлов схемы по постоянному току, расчет мощности рассеиваемой на элементах схемы, построены временные диаграммы сигнала на входе и выходе рассчитана АЧХ. Построение АЧХ потребовало перевода из децибел, перевод осуществлялся согласно выражениям:
, 
, 
Нормировка АЧХ производилась делением на коэффициент усиления усилителя. Номинальная мощность резисторов выбиралась согласно проведенному программой
анализу рассеиваемой на них мощности.
Принципиальная электрическая схема
Расчет узлов по постоянному току
Сигнал на входе
Сигнал на выходе
Передача синусоидального сигнала вход-выход (F=1МГц)
Построение АЧХ (внизу-нормированная на единицу)
Результаты моделирования работы схемы с использованием Micro-Cap 8, показали хорошую корреляцию электрических процессов происходящих в усилителе с данными проведенных расчетов.
Заключение
В данном курсовом проекте был произведен выбор и расчет схемы широкополосного усилителя с заданными параметрами. Выбранная схема усилителя включает в себя три каскада: входной, промежуточный, выходной и фильтр верхних частот. После расчета схемы производилось моделирование её работы с анализом по основным параметрам. В качестве программы для моделирования была выбрана программа для схемотехнического моделирования электрических цепей Micro-Cap 8. В модели использовались зарубежные аналоги отечественных транзисторов. Результаты моделирования показали хорошую корреляцию процессов происходящих в усилителе с данными расчетов. Наблюдаемые расхождения связаны прежде всего с упрощенной, по сравнению с Micro-Cap 8, методикой расчета, а также в следствие неполного соответствия параметров зарубежного аналога отечественному.
Библиографический список
1.Левкоев Б.И. Оконечные каскады усилителей: Методические указания к лабораторным работам, Рязань 1989.
2.Мамонтов Е.В. Курсовое проектирование по дисциплине «Электронные цепи непрерывного и импульсного действия», Рязань 1979.
3.Мамонтов Е.В., Свиязов А.А., Малолетков Б.Д. Электронные цепи непрерывного действия: Методические указания к лабораторным работам, Рязань 2000.
4.Мамонтов Е.В., Малолетков Б.Д. Электронные цепи непрерывного и импульсного действия: Учебное пособие, Рязань 1991.
5.Войшвилло Г.В. Усилительные устройства, «Радио и связь», 1983.
6.Полупроводниковые приборы: транзисторы: справочник под ред. Горюнова А.В., «Энергоатомиздат», 1985.
7.Аксенов А.И., Нефедов А.В. Резисторы, конденсаторы, провода, припои, флюсы: справочное пособие. М.: «Солон-Р», 2000.
8.Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-Cap 7.М.: «Горячая линия-Телеком», 2003.