Выбор и расчет усилителя (стр. 4 из 5)
Найдём постоянную времени каскада в области ВЧ из выражения (fв=15000Гц):
Искомое выражение для коэффициента усиления области высоких частот получим , произведя замену параметров в и гк :
Запишем выражения для АЧХ и ФЧХ усилителя в области высоких частот:
Для количественной оценки ВЧ искажений водится коэффициент частотных искажений:
На верхней граничной частоте щв коэффициент Кн уменьшается в корень из двух раз по сравнению с К. На частоте щв Мн= 0.707, а щв фв= 1.
При одновременном анализе усилителя во всем частотном диапазоне, т.е. по полной эквивалентной схеме, может быть получено следующее выражение для коэффициента усиления усилителя, модуля и фазы коэффициента частотных искажений :
Графики АЧХ и ФЧХ УК2 в области ВЧ и НЧ:
7. Расчет первого каскада предварительного усиления
Расчет каскада по постоянному току.
Исходные данные:
Пусть коэффициент усиления каскада К=30
Выбираем транзистор:
Выбираем KT206Б(Sin-p-nв=70...210 IКmax=20мА PКmax=15мВт)
Из входной и выходной характеристик транзистора определяем следующие значения:
Примем падение напряжения на сопротивлении фильтра:
Находим напряжение, подводимое к делителю:
Расчёт элементов, обеспечивающих рабочий режим транзистора:
коэффициент температурной нестабильности S=3
Сопротивление входной цепи транзистора:
где
- тепловой потенциал.Найдём Rб:
Определяем значение Rэ:
Находим значения R1 и R2:
Напряжение базы Uбп в состоянии покоя:
Определяем ток в цепи делителя базы:
Ток Iд должен в (2...5) раз превышать Iбп
Сопротивление Rф фильтра находим по формуле:
Для нахождения Rkприменим 2-й закон Кирхгофа к выходной цепи коллектора:
Поверочный расчёт коэффициента температурной нестабильности S:
Расчет номинальных значений ёмкостей:
Ёмкость Сф определяется из условия получения необходимой фильтрации питающего напряжения:
где fп = 100 – основная частота пульсаций
Фп = 20...75 = 50 –коэффициент фильтрации, показывающий во сколько раз напряжение пульсаций ослабляется цепочкой фильтра Rф - Сф.
Расчёт значений ёмкостей С1,С2 и Сэ производятся по формулам:
Расчёт динамических параметров усилительного каскада.
Анализ УК в области средних частот
На средних частотах (в центральной области полосы пропускания усилителя) сопротивление емкостей Cl, C2 и Сэ близко к нулю, а сопротивление паразитных емкостей Свх, См, а также емкостей Ск* и Сн велико. Поэтому ветви схемы рис.3.2. с Cl, C2 и Сэ могут быть закорочены, а ветви с Свх, См, Ск* и Сн разомкнуты.
Входное сопротивление каскада равно параллельному соединению Rвxvt и Rб:
Выходное сопротивление каскада:
Коэффициент усиления напряжения каскада найдём из формулы:
Коэффициент усиления тока и мощности:
Крутизна усилительного каскада определится отношением:
Анализ УК в области низких частот;
В области низких частот следует учесть влияние на параметры каскада разделительных конденсаторов С1 и С2 и ёмкости в цепи эмиттера Сэ. При правильном выборе Параметров цепочки Rф-Сф ее влияние на частотную характеристику в области НЧ мало и в данном случае не рассматривается. Эквивалентная схема усилителя в области НЧ получается из схемы (рис.3.2.) путем включения емкостей С1,С2 и Сэ и исключения емкости Ск*.
При переходе к более низким частотам возрастают сопротивления ёмкостей С1, С2 и Сэ, что приводит к уменьшению токов I6 и Iн и напряжения Uвых. Параметры каскада зависят от частоты. Проанализируем изменения лишь основного показателя коэффициента усиления. С целью упрощения расчетов влияние каждой из указанных выше емкостей рассмотрим отдельно.
Влияние емкости С 1.(положим С2=Сэ=∞)
Коэффициент усиления каскада в комплексном виде составит:
где
-постоянная времени входной цепиВлияние емкости С2.(положим С1=Сэ=∞)
Коэффициент усиления каскада в комплексном виде составит:
где
- постоянная времени выходной цепиВлияние емкости Сэ.(положим С1=С2=∞)
Коэффициент усиления каскада в комплексном виде составит:
где
-постоянная времени эмиттерной цепиТаким образом, рассмотрев влияние конденсаторов Cl, C2 и Сэ раздельно, установили, что каждый уменьшает коэффициент усиления каскада с понижением частоты, причем структура формул одинакова.
При совместном действии рассмотренных емкостей структура формулы коэффициента усиления также не изменится:
где
- эквивалентная постоянная времени каскада в области низких частот: 
Эти соотношения позволяют записать выражение для модуля коэффициента усиления и его фазы, которые используются для построения АЧХ и ФЧХ усилителя в области низких частот:
Кн уменьшается при понижении частоты. .Это приводит к появлению частотных искажений. Для их количественной оценки используют коэффициент частотных искажений:
На нижней граничной частоте щн коэффициент Кн уменьшается в корень из двух раз по сравнению с К. На частоте щн Мн= 0.707, а щн фн= 1. Отсюда можно определить щн по заданному значению фн:
Анализ УК в области высоких частот;
Уменьшение коэффициента усиления каскада в области высоких частот (ВЧ) определяется инерционностью транзистора. Эквивалентная схема усилителя для области ВЧ следует из рис. 3.2, если в последней учесть конденсатор Ск* ,а также частотно-зависимые параметры в(jщ) и rk*(jщ)
Найдём постоянную времени каскада в области ВЧ из выражения(fв=15000Гц):
сИскомое выражение для коэффициента усиления области высоких частот получим , произведя замену параметров в и гk:
Запишем выражения для АЧХ и ФЧХ усилителя в области высоких частот:
Для количественной оценки ВЧ искажений водится коэффициент частотных искажений: