Смекни!
smekni.com

Усилитель многоканальной системы передачи (стр. 3 из 6)

В этой схеме делителем напряжения для последующего каскада служит предыдущий каскад. Все изменения режима предыдущего транзистора вызывают изменения в режимах последующих транзисторов. Поэтому в схеме рис. 3.1 особенна важна стабилизация первого транзистора. Для подачи напряжения на базу первого транзистора использован резистор Rб2.



3.2. Расчет каскадов усилителя по постоянному току.

При выборе режимов транзисторов каскадов предварительного усиления следует иметь в виду, что предыдущий (S –1) каскад должен обеспечивать требуемый уровень сигнала на входе последующего (S) каскада. Учитывая потери сигнала в межкаскадных цепях, постоянный ток коллектора транзистора (S-1) каскада можно принять:

IK(S-1) ³ 0,1IKS; (3.1).

Постоянное напряжение коллектор – эмиттер рекомендуется выбирать, соблюдая неравенство:

Uкэ(S-1) £ UкэS; (3.2).

Рекомендуемые границы выбора режима работы транзисторов предварительных каскадов:

1 мА £ Ik £ 15 мА; 2 В £ Uкэ £ 5 В.

В расчетах полагаем эмиттерный ток равным Iк, пренебрегая током базы ввиду его малости.

При использовании в усилителе кремниевых транзисторов значения напряжений база эмиттер можно принять равными:

Uбэ = (0,5…0,7)В; (3.4)

Таким образом, зададимся величинами токов и напряжений: Ik3 = 16 мА, Uкэ2 = -15 В, Uбэ1…3 = -0,7 В.

Ik1 ³ 0,1Ik2; 0,1·Ik1 = 0,1·16 = 1,6 мА; Ik1 = 14 мА; из условия 3.1; Uкэ1 = -3 В;

Составим контурные уравнения по закону напряжений Кирхгофа:

E0 = Uкэ2 + Uэ2; Uэ2 = -24 + 15 = -9в.

Uэ2 + Uбэ2 = Uэ1 + Uкэ1; Uэ1 = -9 – 0,7 + 3 = -6,70 в.

Uк1 = E0 – Uкэ1 – Uэ1 = -24 + 9,7 = -14,3 в.

Uб1 = -Uбэ1 - Uэ1 + Е0 = 0,7 + 6,7 – 24 = -16,6 в.

Зная все токи и напряжения, найдем значения сопротивлений резисторов:

Rк1 = Uk1/Ik1 = 14,3/14 = 1021,25 Ом.

Rэ1 = Uэ1/Iэ1 = 6,7/14 =478,6 Ом.

Rэ2 = Uэ2/Iэ2 = 9/14 = 562,5 Ом.

Изобразим схему, показав все напряжения и токи:

Зная все номинальные значения резисторов, приведем их к паспортным данным по ГОСТу, и изобразим их в виде таблицы вместе с токами и напряжениями. И далее по расчетной части будем использовать только резисторы по ГОСТу.

Данные по ГОСТу следует брать по следующим критериям:

RЭ ГОСТ = RЭ ± 5%·RЭ;

RГОСТ = R ± 10%·R;


Номинальные значения сопротивлений резисторов и сопротивлений конденсаторов, выпускаемых в РФ и за рубежом, стандартизированы в соответствии с МЭК и СЭВ.

Они выбираются из определенных рядов чисел. В РФ из установленных согласно стандарту СЭВ 1076-78 и ГОСТ 10318-74 чаще всего используются ряды Е 6, Е 12, Е 24. Цифры после буквы Е указывают число номинальных значений в каждом десятичном интервале. Приведенные в рядах числа могут быть продолжены путем умножения или деления этих чисел на 10n, где n – целое число.

Таблица №П.3.2.

Резистор

Единицы измерения

Номинальное значение

ГОСТ

Номинальная мощность, Вт

По ГОСТу

Rk1

Ом

1021,429

10318-74

0,125

1000

RЭ1

Ом

478,5714

10318-74

0,125

470

RЭ2

Ом

562,5

10318-74

0,125

540

Максимальная мощность, которая может выделится на резисторе, выбирается исходя из условий технического задания и мощности сигнала в коллекторной цепи выходного транзистора, так как мощность выделяемая и рассеваемая в виде тепловой энергии на транзисторе никак не может быть больше мощности сигнала в коллекторной цепи. Целесообразно выбрать максимально возможную мощность, выделяемую на резисторе, как можно меньше, потому как, чем больше она, тем больше габариты.

4. Расчет коэффициента усиления и параметров АЧХ.

Целью расчета является определение коэффициента усиления усилителя без ОС (рис. 2.2) для области средних частот К, а так же частот полюсов передаточной функции К – цепи.

Для расчетов необходимо К – цепь разбить на каскады, каждый на которых включает один усилительный элемент и межкаскадные цепи. В рабочем диапазоне частот удобно каскадом усиления (S) считать цепь по рис. 4.1. Для такой цепи коэффициент усиления по напряжению на средних частотах:

(4.1).

Здесь для каскада предварительного усиления:

(4.2) .

Для выходного каскада RHS º RHN º RH (2.13).


Производим расчеты:

h11 = 95,57143 Ом. для первого транзистора. Рассчитывается по формуле:

;

для второго транзистора.

ОМ;

ОМ;

Определим коэффициент усиления каждого каскада по формуле (4.1):

таким образом, получаем оставшийся коэффициент:

.

Теперь необходимо найти общий коэффициент усиления К – цепи, который определяется произведением всех коэффициентов усиления каскадов по следующей формуле:

; (4.3).

Зная общий коэффициент усиления К – цепи, найдем запас по усилению по следующей формуле:

aн =K(1+R1/Rвх F)/[KFF(1 + R1/Rвх)]; (4.4).

Где Rвх = h11,1/n`2 = 95,57143/( 0,91)2 = 114,6857. Таким образом, получаем запас по усилению: ан = 7291,4·(1 + 150/150)/[60·50(1+150/114,7)] » 2,1.

Зная запас по усилению, делаем вывод, что нет необходимости вводить местную обратную связь в один из каскадов, так как 1,2 £ ан £ 3.

Рассчитаем частоту полюсов передаточной функции К – цепи, определяющих ЛАХ в области верхних частот, ведется на основе П- образной эквивалентной схемы транзистора. Частота полюса:

; (4.8).

С0 = Сб + (1+SiRнк; (4.9).

Rэк = rб(RГ + r`б)/(RГ + r`б + rб`э); (4.10). Rн из (4.2).

Где

; (4.7).

В нашем случае при непосредственной связи каскадов RБ1S и RБ2S следует принять равными ¥; для первого каскада RГ1 = RГ1 опт.

В качестве примера приведем расчет частоты среза первого каскада, а для остальных каскадов приведем таблицу.

C0 = 6,95·10-11 – (1 + 0,53·98,1) 9·10-9 = 1,743·10-10 Ф.

Rэк = 70,6·( 125 + 25)/(25 + 125 + 70,6) = 48 Ом.

fp = 1/(2·3,14·1,02·10-10·159,44) = 20 454 276,454 Гц.

Если частоты лежат полюсов лежат в пределах рабочего диапазона частот, то на частоте fв усиление К – цепи снижается, и необходимо проверить: достаточно ли этого усиления для обеспечения заданного значения KF при требуемой (2.16; 2.22) глубине ОС. Должно выполняться не равенство:

; (4.15).

Здесь под знак суммы подставляются только частоты полюсов тех каскадов, у которых: fpS < fв.

Приводим таблицу:

Таблица № П.4..2

Каскад № п/п

С0, Ф.

Rкэ, Ом.

fp, Гц

Проверка условия 4.15

1

1,01984E-10*

50

19 016 923,492

77 > 71

Условие выполнено

2

4,10E-10*

92

4 233 415,184

* - знак «е» означает степень, то есть число«е»степень = число·10степень; так называемая экспоненциальная форма числа.


5. Расчет пассивных узлов структурной схемы усилителя.
5.1 Выбор и расчет входной и выходной цепей.

Одним из важных требований, предъявляемых к усилителю в рабочем диапазоне частот, является согласование усилителя с источником сигнала и (или) внешней нагрузкой, обеспечение стабильности заданных величин входного RвхF и выходного RвыхF сопротивлений усилителя. Выполнение этого требования в значительной степени определяется величиной, реализуемой в усилителе общей ОС.