Усилитель с обратной связью

Па графику ВАХ определяем Iба = 0.53 мА.

Через точку А проводим линию динамической нагрузки, под углом φ.

тогда

Фиксация рабочей точки A каскада на биполярном транзисторе осуществляется резистивным делителем R3 , R4 .

Величина R4 опреде

ляется из соотношения:

N = 1 + R4/ Rэ2 , N – коэффициент температурной нестабильности.

С другой стороны N = ∆Ik/∆Iko. Рассчитаем величину Iк0 по следующему эмпирическому соотношению:

∆T/10 (45-25)/10

Iк0(45)=| Iк0(T0)*(A - 1)|=|1*10-6*(2,5 -1)|=6,25*10-6 [A]

∆T/10 (27-25)/10

Iк0(27)=| Iк0(T0)*(A - 1)|=|1*10-6*(2,5 -1)|=1,2*10-6 [A] ,

где Iк0(T0) - тепловой ток коллекторного перехода, заданный в справочнике при температуре T0 ; А = 2,5 для кремниевых транзисторов.

∆Iк0 вычислим как

∆Iк0 = Iк0(45) - Iк0(27) = 6,25*10-6 - 1,2*10-6 = 5,05*10-6 [A].

Температурные изменения тока целесообразно ограничить диапазоном ∆Iк=(0,001¸0,01)*Iкm, выберем

∆Iк=7,07*10-6 [A].

Рекомендуемое значение N вычисленное как

N=∆Iк/∆Iк0=7,07*10-6 / 5,05*10-6 =3.

R4/Rэ2 = 1, R4 = 45 Ом.

Найдем R3 из:

R3 = (E – (Uбэа +Iкэа*Rэ2))/(Uбэа+Iэа*Rэ2+Iба*R4)*R4 (Uбэа находится ниже по входной ВАХ)

R3 = 230 Ом.

Проверим правильность выбора Rэ2:

Iд = (Е - Uба)/R3, Uба = Iэа*Rэ2+Uбэа*Iба = 0.479 В, Iд = 37 мА.

Должно выполняться неравенство:

Iд>=(5-10)*Iба; 37>=(5-10)0.53 – верно.

Из графика входной характеристики определим UБЭ по полученному из графика выходных характеристик IБА.

При таком значении IБА UБЭ=0,98 [B].

Из ВАХ транзистора найдём:

1.3 Расчет значения коэффициента усиления выходного каскада

В первом приближении коэффициент усиления может быть вычислен по следующей формуле:

K2 = -h21э*(Rк2||Rн)/(Rк2 + Rвх2)

Rвх2 = R3||R4||h11Э = 36,1 Ом;

Rк2||Rн = 235 Ом;

K2 = -20*235/(435 + 36) = 9,98

1.4 Переход от выходного каскада к входному

При переходе к входному каскаду справедливы следующие формулы:

Uвх2 = Uмн/К2 = Uмн1; Iвх2 = Uвх2/Rвх2 = Iмн1

Uмн1 = 3,6/10 = 0,36 В; Iмн1 = 0,36/36,1 = 10 мА

Таким образом, после расчета вышеописанных величин процедура нахождения элементов входного каскада повторяет расчет выходного каскада, поэтому приведем ниже лишь сокращенные расчеты без комментариев.

1.5 Статический режим работы входного каскада

1.5.1 Выбор рабочей точки транзистора

Рабочая схема каскада имеет вид:

|UкэА| ³ Uнm + |Uкэmin|;

|Uкэmin| = 1В; UкэА = 1,36 В

IкА³Iнm/Kз, где KЗ = 0,7-0,95. Примем Iка = 10,5 мА

1.5.2 Выбор сопротивлений Rк1, Rэ1, R1, R2 входного каскада.

Теперь уравнение линии нагрузки будет Eп=Ik*Rk1+Uкэ+ Iэ*Rэ1 ; Ik»Iэ.

Нагрузочная прямая имеет вид:

Па графику ВАХ определяем Iба = 0.6 мА.

N = 1 + R2/ Rэ1 , N – коэффициент температурной нестабильности.

С другой стороны N = ∆Ik/∆Iko. Ранее: ∆Iк0 = 5,05*10-6 [A].

∆Iк=(0,001¸0,01)*Iкm,

выберем ∆Iк=15*10-6 [A].

Рекомендуемое значение N вычисленное как

N=∆Iк/∆Iк0=15*10-6 / 5,05*10-6 =3.

R2/Rэ1 = 2, R2 = 300 Ом.

Найдем R1 из:

R1 = (E – (Uбэа +Iкэа*Rэ1))/(Uбэа+Iэа*Rэ1+Iба*R2)*R2

(Uбэа находится ниже по входной ВАХ)

R1 = 695 Ом.

Проверим правильность выбора Rэ1:

Iд = (Е - Uба)/R1, Uба = Iэа*Rэ1+Uбэа*Iба = 1,66 В, Iд = 10,5 мА.

Должно выполняться неравенство: Iд>=(5-10)*Iба; 10,5>=(5-10)*0,6 – верно.

Из графика входной характеристики определим UБЭ по полученному из графика выходных характеристик IБА.

При таком значении IБА UБЭ=0,95 [B].

Из ВАХ транзистора найдём:

1.6 Расчет значения коэффициента усиления входного каскада

Коэффициент усиления может быть вычислен по следующей формуле:

K1 = -h21э*(Rк1||Rвх2)/(Rг + Rвх1)

Rвх1 = R1||R2||h11Э = 163,8 Ом;

Rк1||Rвх2 = 34,4 Ом;

K2 = -20*34,4/(70 + 163,8) = 2,94

Уточним значение коэффициента усиления выходного каскада с известным Rк1:

К2 = - h21Э *(Rк2||Rн)/(Rк1 + Rвх2) = 6,1

1.7 Расчет емкостных элементов усилительных каскадов

Для каскадов на биполярном транзисторе значение емкостей конденсаторов С C1,C2, C3, CЭ1 , CЭ2 рассчитаем по следующим формулам:

1.8 Расчет значения реально достигнутого в схеме коэффициента усиления

В области средних частот реально развиваемый усилителем коэффициент усиления напряжения KРЕАЛ равен:

Где Ki – коэффициент усиления i-го каскада.

KРЕАЛ = K1 * K2 = 6,1 * 2,94 = 17,94

Так как KРЕАЛ > K (коэффициент, расчитанный при определении числа каскадов K = 17,4), то расчет каскадного усилителя можно считать законченным.

1.9 Расчет элементов цепи ООС

По вычисленным в п. 1.1 значениям kβ и K рассчитаем величину

Найдем величину сопротивления обратной связи из следующего соотношения:

Назначим Rэ1’’ =10 Ом

RОС = 375 [Ом].

1.10 Построение характеристики Мос(ω)

Построим частотную зависимость Moc(ω). В данном случае этой зависимостью будет

Выражения для Mосв() и Mосн() одинаковы по виду, но для различных частотных диапазонов предполагают подстановку разных значений X, а именно: , для области средних и верхних частот и для области нижних и средних частот.

Масштаб оси частот выбираем в десятичных логарифмах круговой частоты. На оси ч астот отметим точки ωн и ωв:

2. Моделирование усилителя на ЭВМ

Моделирование будем выполнять с помощью пакета схемотехнического моделирования Micro-Cap 3. 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.

 Скачать реферат