Проектирование усилителя переменных сигналов

Крутизна описывается выражением:.Положим .Частотные искажения на ВЧ рассчитываются по формуле:,где – постоянная времени каскада при ;.Постоянная времени транзистора определяется выражением:,где - сопротивление между выводом базы и переходом база-эмиттер.Рассчитаем :.Теперь рассчитаем постоянную времени транзистора:.Рассчитаем фактор обратной связи вносимый :.Тогда постоянная времени каскада будет равна:.Введем поправку на значение:.Определим выходную емкость транзистора:.Теперь можно определить значение эквивалентной емкости:.Рассчитаем значение :.Рассчитаем значение параметра :.Коэффициент частотных искажений будет равен:2.4 Расчет каскада на низких частотахНа НЧ появляется спад усиления за счет влияния разделительной емкости .Эквивалентная схема каскада на НЧ представлена на рисунке 2.4.1.Рисунок 2.4.1С учетом допустимых искажений на НЧ рассчитаем значение разделительной емкости:,где .2.5 Расчет делителя, входного сопротивления и входной емкости каскадаЭмиттерный повторитель охвачен 100% ООС. Сопротивление в цепи эмиттера по постоянному току достаточно велико и способствует хорошей термостабилизации каскада. Изменение обратного тока коллектора выражается соотношением:(параметр для кремниевых транзисторов)..Внутреннее изменение смещения на эмиттерном переходе ( для Si):Приращение коллекторного тока, вызванное температурным изменением определяется выражением:,,Изменение тока коллектора в рабочей точке:Коэффициент нестабильности, который должна обеспечивать схема температурной стабилизации: Рассчитаем необходимое сопротивление базового делителя:Выберем по ряду номиналов , Тогда сопротивление делителя будет равно:Входное сопротивление каскада определяется выражением:Входная емкость каскада:Входное напряжение каскада равно:3 Расчет КПУ3.1 Выбор усилительного элементаНагрузкой предпоследнего каскада является входное сопротивление и входная емкость оконечного каскада , . Выходное напряжение предконечного каскада равно входному напряжению оконечного каскада . Выбор транзистора для оконечного каскада осуществляется с учетом следующих предельных параметров:граничная частота усиления транзистора по току:,;предельно допустимое напряжение коллектор-эмиттер:,;предельно допустимый ток коллектора:,;рассеиваемая мощность:мощность, выделяемая в нагрузке:,мощность, рассеиваемая транзистором (режим работы А):.Исходя из полученных данных, в выходном каскаде используем такой же транзистор, что и в оконечном, - КТ6137А, n-p-n типа:ТиптранзистораСтруктураUкэmax,ВIкмакс,мАРкмакс,мВтh21эIкб0,мкАfrp,МГцСК, пФτК, псКТ6137Аn-p-n4050062515-2251300480Определим точки для построения нагрузочной прямой:;.Используя ВАХ транзистора и нагрузочную прямую (построения производим по справочным ВАХ), определим координаты рабочей точки:;;;.Рассчитаем g-параметры в рабочей точке:;;.Произведем расчет термостабилизации каскада:, где - статический коэффициент передачи тока базы.Изменение обратного тока коллектора выражается соотношением:(параметр для кремниевых транзисторов)..Внутреннее изменение смещения на эмиттерном переходе ( для Si):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. ОмСопротивление в цепи коллектора равно:Ом, возьмем по ряду номиналов Ом (С2-23).Рассмотрим каскад на различных частотах.3.2 Расчет каскада на средних частотахЕмкость - эквивалентная емкость,, .В эквивалентной схеме каскада на СЧ можно пренебречь емкостями и .Коэффициент усиления каскада равен:,Для получения требуемого коэффициента усиления введем ООС с фактором равным:, где - сопротивление, вводимое в цепь эмиттера для получения необходимого фактора ООС.по ряду номиналов возьмем Введение такого сопротивления в цепь эмиттера только улучшит термостабильность каскада.Коэффициент усиления каскада при будет равен:3.3 Расчет каскада высоких частотахКоэффициент частотных искажений на ВЧ для третьего каскада будет равен:, где . - эквивалентная емкость.- выходная емкость транзистораОм, нс.пФ.пФ.Омнс.Таким образом, коэффициент частотных искажений меньше заданного, следовательно, нет необходимости ВЧ-коррекции.3.4 Расчет каскада на низких частотахНа НЧ начинает проявлять влияние разделительная емкость . Допустимые частотные искажения , тогда: (С запасом 20…30% возьмем мкФ).3.5 Расчет делителя, входного сопротивления и входной емкости каскадаПроведем расчет делителя напряжения в цепи базы:по ряду номиналов берем Ом.кОмпо ряду номиналов возьмем кОм.Проведем проверку: мА > мА.Входное сопротивление каскада:, где кОм,Входное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ, при введении фактора ОС, в F раз больше входного сопротивления схемы с ОЭ без ООС. кОм, ОмВходная емкость каскада: пФ.Входное напряжение каскада равно:В качестве второго КПУ выбираем рассчитаный выше каскад.4 Расчет входного каскадаРасчет входного каскада ОК выполним для транзистора КТ301. Основные справочные данные на транзистор:Зададим постоянный ток коллектораКоординаты точки покоя имеют значения:Определим постоянный ток базы:Мощность, рассеиваемая на коллекторе:Ток делителя в базовой цепи выбирается в 5... 10 раз больше, чем ток базы транзистора:Определим сопротивление резистора включенного в эмиттерную цепь:Выбираем стандартное значение сопротивления Найдем сопротивления резисторов делителя.Выбираем стандартное значение сопротивления Выбираем стандартное значение сопротивления Найдем входное сопротивление каскада:, гдеНайдем выходное сопротивление каскада:Рассчитаем емкость разделительного конденсатора стоящего во входной цепи усилителя, учитывая то, что его сопротивление должно быть примерно в 10 раз меньше входного сопротивления каскада, получим ЗаключениеВ ходе расчетов была получена схема на транзисторах ШУ с коэффициентом усиления. Схема состоит из четырех каскадов, причем коэффициент усиления каждого не превышает 32, что вполне соответствует предварительному расчету усилителя (естественно за исключением входного и выходного каскадов).Список литературыПроектирование усилительных устройств на транзисторах: Учебное пособие для вузов/ Г.В.Войшвилло, В.И.Караванов и др. Под ред.Г.В.Вайшвилло. .- М.: Связь, 1972.-184с.Мамонкин И.Г. Усилительные устройства.-2-е изд.перераб. и доп.- М.: Связь, 1977.-360сПроектирование усилительных устройств. Под редакцией Н.В.Терпугова.-М.:Высшая школа,1982.Г.В. Войшвилло «Проектирование усилительных устройств на транзисторах»:М.«Связь»1972г.Г.С. Остапенко "Усилительные устройства": М..Радио и связь 1989г.А.Г. Соболевский «Вы хотите сконструировать приемник» »:М.«Связь»1971г.Ю.С. Ежов «Справочник по схемотехнике усилителей»: М. «РадиоСофт» 2002г.В.Н. Ногин «Аналоговые электронные устройства» :М.: Радио и связь 1992г.П. Шкритек «Справочное руководство по звуковой схемотехнике» М..Мир 1991г.Схема электрическаяструктурнаяСхема электрическаяпринципиальная