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`э + (1+SiRн)Ск; (4.9).
Rэк = rб`э(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.