Расчет схемы широкополосного усилителя (стр. 2 из 3)
Напряжение питания усилителя Еп должно быть меньше 0.8 UКЭ доп.
Максимальная рассеиваемая транзистором мощность должна превышать величину IK0UКЭ0=0,225 Вт, где UКЭ0 – падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора в рабочей точке, определяется по нагрузочной прямой: = 7,5 В.
Поставленным требованиям удовлетворяет транзистор КТ385А. Его параметры:
fb= 200 МГц
IК доп = 400 мА >> IKmax=60 мА;
UКЭ доп = 40 В. Еп = 15 В < 0.8UКЭ доп = 32 В.
P доп = 0,3 Вт > IK0UКЭ0=0,225 Вт.
3. Расчет резисторов RК и RЭ.
Значение максимального напряжения на коллекторе UKмакс = Еп = 15 В. Величину сопротивления в цепи эмиттера RЭ выбирают исходя из условия, чтобы падение напряжения на нем не превышало величину 0,1-0,3 Еп:
URЭ = 0.2 Еп
При Еп = 15 В, URЭ=3 В.
Подставляя IК0=30 мА, получаем: RЭ=100 Ом.
Сопротивление в цепи коллектора RК рассчитываем аналогично, задавшись напряжением на нем:
,Подставив полученные данные получим: URК= 4,5 В. Сопротивление RК определяется по формуле:
RK = URК / IK0,
RК = 150 Ом.
Промежуточный каскад: Выходные характеристики и нагрузочная прямая.
Промежуточный каскад: Входные характеристики.
4. Расчет сопротивления нагрузки по переменному току RН~ :
Сопротивление нагрузки по переменному токуRН~ образовано параллельным соединением RН и RК и равно:
Подставляя RН=Rвх3=146 Ом, RК = 150 Ом, получим: RН~=74,2 Ом.
5. Определение входной проводимости транзистора:
Определяем ток базы в рабочей точке (рис. 1): Ioб=0,5 мА, проводим касательную в этой точке на входной характеристике, и по касательной определяем входную проводимость:
∆IБ=4 мА, ∆UБЭ=0,3 В, y11=0,013 См.
6. Определение крутизны транзистора:
∆IК=30 мА, ∆UБЭ=0,05 В S=0,45 А/В.
7. Расчет резисторного делителя:
С помощью резисторного делителя задается положение рабочей точки; определим U0Б:
U0Б=U0Э+U0БЭ,
По входным характеристикам определяем U0БЭ=0,64 В, U0Э=URЭ= 3 В и подставляя получаем U0Б=3,64 В.
Номиналы резисторов рассчитываются по формулам:
, 
, 
Пренебрегая обратным током IК0, выбирая IД=5I0Б, рассчитываем номиналы резисторов:
R1=360 Ом, R2=1456 Ом;
8. Рассчитываем входное сопротивление каскада по переменному току:
Его величина определяется как суммарное сопротивление параллельно включенных R1, R2, и (1/y11):
RВХ≈=R1//R2//(1/y11),
Подставляя числовые данные получаем:RВХ≈=71,6 Ом.
9. Определим коэффициент усиления каскада:
,
S=0,45 А/В, RН~=74,2 Ом : KU=33,4.
Выбор сопротивления фильтра
Выберем RФ так чтобы ослабление амплитуды сигнала делителем образованным RФ и Rвх2 было незначительным: RФ=5 Ом.
4.3 Расчет входного каскада
1. Напряжение питания Eп равно напряжению питания выходного каскада– 15 В:
2. Выбор транзистора промежуточного каскада.
Для выходного каскада транзистор выбирают аналогично транзистору выходного и промежуточных каскадов: по верхней граничной частоте fb, максимальной величине тока коллектора Iк, максимальной рассеиваемой транзистором мощности и наибольшему допустимому напряжению коллектора UКЭ доп. Различие в величине максимального тока. Максимальный ток коллектора выбирается из условия:
,Здесь KU3=1,36 , KU2=33,4 – коэффициенты усиления выходного и промежуточного каскадов, Rн1=Rвх2+Rф=76,6 Ом – сумма сопротивлений фильтра и входного сопротивления промежуточного каскада по переменному току; подставляя данные получаемIKmax≥ 3 мА. Определяем IKmax равным 10 мА. Ток IК0 выберем равным половине IKmax: IK0 = 0.5 IKmax = 5 мА. Максимальная рассеиваемая транзистором мощность должна превышать величину IK0UКЭ0=0,0375 Вт, где UКЭ0 – падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора в рабочей точке, определяется по нагрузочной прямой: = 7,5 В.
Поставленным требованиям удовлетворяет транзистор КТ315В. Его параметры:
fb= 250 Мгц
IК доп = 100 мА > 10 мА
UКЭ доп = 40 В. Еп = 15 В < 0.8UКЭ доп = 32 В.
P доп = 0,15 Вт > IK0UКЭ0=0,0375 Вт.
3. Расчет резисторов RК и RЭ.
Значение максимального напряжения на коллекторе UKмакс = Еп = 15 В. Величину сопротивления в цепи эмиттера RЭ выбирают исходя из условия, чтобы падение напряжения на нем не превышало величину 0,1-0,3 Еп:
URЭ = 0.2 Еп
При Еп = 15 В, URЭ=3 В.
Подставляя IК0=5 мА, получаем: RЭ=600 Ом.
Сопротивление в цепи коллектора RК рассчитываем аналогично, задавшись напряжением на нем:
,Подставив полученные данные получим: URК= 4,5 В. Сопротивление RК определяется по формуле:
RK = URК / IK0,
RК = 900 Ом.
Входной каскад: Выходные характеристики и нагрузочная прямая.
Входной каскад: Входные характеристики.
4. Расчет сопротивления нагрузки по переменному току RН~ :
Сопротивление нагрузки по переменному токуRН~ образовано параллельным соединением RН и RК и равно:
Подставляя RН=Rн1=76,6 Ом, RК = 900 Ом, получим: RН~=70,6 Ом.
5. Определение входной проводимости транзистора:
Определяем ток базы в рабочей точке (рис. 1): Ioб=0,12 мА, проводим касательную в этой точке на входной характеристике, и по касательной определяем входную проводимость:
∆IБ=0,2 мА, ∆UБЭ=0,15 В, y11=0,0013 См.
6. Определение крутизны транзистора:
∆IК=10 мА, ∆UБЭ=0,1 В S=0,1 А/В.
7. Расчет резисторного делителя:
С помощью резисторного делителя задается положение рабочей точки; определим U0Б:
U0Б=U0Э+U0БЭ,
По входным характеристикам определяем U0БЭ=0,56 В, U0Э=URЭ=3 В и подставляя получаем U0Б=3,56 В.
Номиналы резисторов рассчитываются по формулам:
, 
, 
Пренебрегая обратным током IК0, выбирая IД=5I0Б, рассчитываем номиналы резисторов:
R1=15888 Ом, R2=5933 Ом;
8. Определение коэффициента глубины ООС для переменного тока и входного сопротивления каскада по переменному току для получения требуемого коэффициента усиления устройства:
Общий коэффициент усиления усилителя равен произведению коэффициентов усиления всех его каскадов:
KU= Kвх.делKU1KU2KU3, где
Требуемый же коэффициент усиления равен KUТ =60. В цепь эмиттера входного каскада включена цепочка ООС по переменному току, при этом коэффициент усиления будет равен:
,