Методы проектирования и моделирования усилителей (стр. 3 из 3)

справочные величины максимально допустимых мощностей

- справочные величины максимально допустимых токов и напряжений

, .

ВАХ транзистора показаны в приложение 1.

б) Выбор сопротивлений R_k1 , R_Э1 .

Для усилительного каскада на БТ значение сопротивления R_к1 вычисляется по формуле (4).

На семействе выходных ВАХ может быть построена линия нагрузки R_к1 (см. приложение5).

Сопротивление R_Э находим из соотношения

.

Положение линии распределённой нагрузки после фиксации значений R_К1, R_Э1 может быть определено из соотношений (5).

Подставив значения R_К1, R_Э1 (вместо R_К2, R_Э2 ) и Е в (5) получим линию нагрузки

которя наносится на семейство выходных ВАХ (см. приложение5). По этой линии можно уточнить положение рабочей точки А^’. Положение рабочей точки относительно А изменяется несущественно, поэтому коррекцией можно пренебречь. Через точку А отмечается характеристика с параметром I_бА=0,05мА. Далее через точку А проводится линия динамической нагрузки под углом . Где в качестве сопротивления нагрузки используем входное сопротивление выходного каскада. Линию можно построить по двум точкам одна из которых точка А, а другая имеет координаты (U_КЭА+DU;0) ,где DU вычисленное по (6) равно:

.

Потом проверяются значения амплитуд тока I_нm и напряжения U_нm.

Построение (см. приложение5) показывает что значение U_нm удовлетворяет исходным данным. Переходим к расчёту элементов фиксации рабочей точки.

в) Расчёт элементов фиксации рабочей точки.

Фиксация рабочей точки А осуществляется резистивным делителем R₁ , R₂ .Связь между напряжениями и токами транзистора в режиме покоя для схемы рис.6 определяется выражениями (8).

U_бЭА=0,15В определяется по входным ВАХ транзистора (приложение6) при токе I_бА=0,05мА, а ток

;

.

;

.

Тогда согласно (13) рассчитаем значение R₂:

Подставив в соотношение (10) значение R₂ (вместо R₄₎ получим:

Оценим корректность расчёта вычислением тока I_Д по (9).

Соотношение

выполняется, следовательно, значение сопротивлений можно считать приемлемым.

4. Расчёт емкостных элементов

Для каскадов на БТ значения емкостей конденсаторов расчитываются Расчет разделительных емкостей рассчитывается по формуле:

,

где R_г — выходное сопротивление предыдущего каскада (или внутреннее сопротивление генератора), R_н — входное сопротивление следующего каскада (или сопротивление нагрузки),а w_н =2pf_н.

Пренебрегая выходным сопротивлением повторителей, получаем:

;

h_11Э= 3000(Ом)

R_вх1=2286(Ом)

Емкости в цепи эмиттера рассчитывается по формуле:

С_э=

,

где h_11э и h_21э — соответственно входное сопротивление транзистора и b, рассчитываемые по входной и выходной ВАХ в окрестности рабочей точки. Для транзистора в первом каскаде h_11э=3000 Ом, h_21э=85, а для транзистора второго каскада h_11э=902 Ом, h_21э=20.

5. Расчет элементов обратной связи

Для усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению выполняется соотношение:

,

где

составляет 5—10 Ом и отделяется от Rэ₁.

Вычислим b по известным K и Kb, рассчитанным в 2:

b=Kb/K=-0.922/48,05=0,02.

Назначим

=10 Ом. Тогда Rос= ;

R_ОС=

6. Расчет реально достигнутого в схеме коэффициента усиления K разомкнутого усилителя в области средних частот

В области средних частот реально развиваемый коэффициент усиления одного каскада определяется формулой:

, где

Rг — выходное сопротивление предыдущего каскада или внутреннее сопротивление генератора, R₁ и R₂ — сопротивления делителя,

Rн — сопротивление нагрузки или входное сопротивление последующего каскада, если каскад не имеет повторителя, или входное сопротивление повторителя, равное (1+b)×Rн/2

Пренебрегая выходным сопротивлением повторителя, получаем:

=0,97

= 18,9

K=Kвых×Kвх=18,5<48,05, следовательно необходимо добавить каскад с общим коллектором, тогда получим:

K=Kвых×Kвх=625,3>48,05 следовательно расчёт схемы окончен.

7. Построение характеристики Moc(w)

Характеристика Moc(w) для двухкаскадного усилителя с отрицательной обратной связью описывается выражением:

Оно имеет одинаковый вид для нижних и верхних частот, но предполагает подстановку разных значений x: x=w_н/wдля области нижних и средних частот, x=w/w_в для средних и верхних частот.

8. МОДЕЛИРОВАНИЕ

Моделирование выполняется с помощью пакета схемотехнического моделирования MicroCapIII. В результате моделирования получим переходные и частотные характеристики как отдельных каскадов усилителя, так и всей структуры в целом. Целью моделирования является установление корректности расчета и степени соответствия расчетных параметров требованиям технического задания. В процессе моделирования при необходимости корректируются значения элементов схемы.

На втором каскаде получена следующая характеристика.

Tranient

Входной каскад.

На входном каскаде получаем следующий график.

Получим следующую общую схему усилителя.

И её характеристики.

Transient.

АС

При моделировании схемы была произведена корректировка элементов схемы. Данные об элементах схемы приведены в спецификации (приложение8).

Заключение

В результате данной работы мы ознакомились с методами расчёта усилителей и их моделирования с использованием программы MikroCapIII. И получили усилитель, обеспечивающий заданные параметры.

Список литературы

1. Расчет электронных схем. Примры и задачи. М. “Высшая школа”, 1987. Г. И. Изъюрова, Г. В. Королев и др.

2. Справочник по полупроводниковым приборам В. Ю. Лаврененко, А. В. Голомедов и др.

3. Справочная книга радиолюбителя-конструктора А. А. Бокуняев, Н. М. Борисов и др. Под ред. Н. И. Чистякова. М. “Радио и связь”, 1990.