Дудник А.Б., Гриненко В.В. Расчет усилителя низкой частоты

Подождите немного. Документ загружается.

Значение тока базы покоя транзистора

оэ

об

эмин

где h

эмин

- минимальный коэффициент тока базы.

По входной характеристике для U

КЭ

≠

по значению

об

определим U

об

. Вычисляем

обVT

−

Определяем входное сопротивление транзистора

()()

RrRRh

вх VT бЭНэмин

оэ

=+++

0025

Задаемся потенциалами эмиттера и коллектора

(..).

Эп

=÷0103

Задаемся током делителя

().

об

од

=÷25

Значение сопротивлений делителя

обЭ

од

Е UU

побЭ

обод

−−

Определяем величины сопротивлений в цепи эмиттера

оэ

Входное сопротивление входного каскада

вхк

RRRR

вхвх VT

PP.

Коэффициент усиления по напряжению входного каскада

()

ЭН

Uвхэмин

вхк

Гвх

Выходное сопротивление входного каскада

вхк

RRr

выхЭэ

≈ ,

где

оэ

0025

6.3 Расчет входного каскада на полевом транзисторе

Uвх

Rз Си

VT1

Rи

Uвых

+Ek

Rс

С1

Рисунок 6.3 – Усилительный каскад общий исток

Задаемся рабочей точкой в зоне термостабилизации на

расстоянии

−

0608

(..)

от U

зиотс

- напряжения затвор-

исток отсечки.

Определим сопротивление

−

1010()

зип

зут

где U

зип

- напряжение затвор-исток покоя;

зут

- ток затвора утечки.

Определим сопротивление

зип

сп

= ,

где

сп

- ток стока покоя.

Сопротивление стока

−

0103(..)

сп

Входное сопротивление входного каскада

≈

вхк

вх

Коэффициент усиления по напряжению входного каскада

SRR

U вх

Если K

U вх

, то после входного каскада на полевом

транзисторе необходимо ставить каскад на биполярном транзи-

сторе по схеме общий коллектор.

Выходное сопротивление входного каскада

вхк

вых

≈ .

7 Расчет цепей фильтрации по питанию

Реальный источник питания усилителя имеет внутреннее

сопротивление

(рисунок 7.1).

Rг

Ес

Входной

каскад

Выходной

каскад

ПУ1 ПУ(n-1) ПУn

Umвх

Uпвх Uп1

Сф1

Rф1

Um1

Rн

Rп

Еп

Rф2

Сф2VDф2

Iкмакс

Uп(n-1) Uпn

Umn UmвыхUm(n-1) Uвых

dUвыхdUвх dUn

Рисунок 7.1 – Схема подключения усилителя к реальному

источнику питания (ПУ1 ... ПУn - каскады предварительноого

усиления)

Поэтому на клемме подключения источника питания к

усилителю возникают пульсации напряжения

вых

, вызван-

ные токами коллекторов транзисторов выходного каскада

кмакс

При непосредственном подключении входного каскада и

каскадов предварительного усиления к источнику питания эти

пульсации напряжения могут вызвать самовозбуждение усили-

теля. Для развязки по питанию применяются RC - фильтры, или

цепи с гасящим сопротивлением R и стабилитроном VD, шун-

тированным конденсатором C (22 - 47 нФ).

Выбор каскадов, для которых необходимо применить раз-

вязку, и типа схем развязки выполняется следующим образом.

Сначала определяют амплитуды полезного сигнала

вх

вn

(см. рисунок 7.1), и далее, рассчитывают

напряжение пульсаций на источнике питания

max

dURI

вых n к

= .

Анализ схемы усилителя начинают с последнего каскада

предварительного усиления ПУn. Напряжение пульсаций

поступающее на вход этого каскада через базовый делитель на-

пряжения равно

UdU

nn вых

где

- верхний резистор в базовом делителе напряжения,

- нижний резистор.

Если UU

nnmn

< , то развязка по питанию не нужна.

Если же UU

nnmn

> , то произойдет самовозбуждение

усилителя, и для каскада необходимо выбрать тип развязки по

питанию, такой, чтобы U

было меньше U

Для RC-фильтра напряжения

и U

рассчитывается

следующим образом

вых

fRC

UdU

nnn

где

- нижняя рабочая частота усилителя,

- сопротивление (100 - 300 Ом),

- емкость (от 10 до 470 мкФ).

Если RC-фильтр не позволяет подавить пульсацию по пи-

танию (чтобы

было меньше

), то в этом случае при-

меняется схема развязки со стабилитроном. Для этой схемы

dUdU

n вых

UdU

nnn

где

- дифференциальное сопротивление стабилитрона

при рабочем токе 10 - 20 мА,

- гасящий резистор (100 - 300 Ом).

При применении RC-фильтра напряжение питания после-

дующих каскадов принять равным:

кп

=085 ;

при применении схемы развязки со стабилитроном:

кст

где U

ст

- напряжение стабилизации стабилитрона.

После обоснования схемы развязки для последнего каскада

предварительного усиления переходят к расчету пульсаций

()

−

()

−

для предпоследнего каскада по методике,

изложенной выше, из расчета, что уровень пульсаций в цепи пи-

тания предпоследнего каскада будет равен

Расчеты выполняются аналогично для каждого каскада,

включая входной каскад усилителя.

8 Расчет коэффициента гармоник выходного каскада

Коэффициент гармоник вычисляется по построенной гра-

фически проходной характеристике выходного каскада

()

IfE

кг

= ,

где

- ток коллектора одного плеча выходного каскада,

- напряжение генератора сигнала, подаваемого на

вход выходного каскада.

Построение проходной характеристики выполняется для

одного плеча выходного каскада. Для этого используются вы-

ходная и входная вольт-амперные характеристики транзистора

совместно с линией нагрузки АВ (рисунок 8.1).

б1

бэ

б1

≠

кэ

б2

б3

б4

б5

б6

б2

б3

б4

б5

б6

кэ

б1

б2

б3

б4

б5

б6

Eп

Iк

Рисунок 8.1 – Выходная и входная вольт-амперные харак-

теристики транзистора усилителя мощности

По точкам пересечения линии нагрузки по переменному то-

ку с выходной характеристикой транзистора определяют токи

коллектора

...

кк

и соответствующие им токи базы

...

бб

На входной характеристике по токам базы

...

бб

определяют

соответствующие им напряжения ...

бб

. Эти данные явля-

ются исходными для построения проходной характеристики

каскада.

Расчитываем внутреннее сопротивление генератора сигнала,

возбуждающего выходной каскад.

Для бестрансформаторного каскада сопротивление генера-

тора сигнала

определяется по формуле

бд

cэ

эмин

где

– сопротивление эмиттерного перехода предоконеч-

ного транзистора;

– сопротивление диода в прямом включении, обеспечи-

вающего режим АВ выходного каскада;

– сопротивление базы предоконечного транзистора;

эмин

– минимальный коэффициент передачи тока ба-

зы.

Напряжение

гi

для бестрансформаторного каскада

()

бi

EuRi

гi бicбi

=++ ,

где

- номер тока

...

бб

и напряжения ...

бб

;

– сопротивление, подключенное параллельно базе и

эмиттеру транзистора в выходном каскаде.

Для трансформаторного каскада сопротивление генератора

сигнала

определяется по формуле

≈ 01.

вх

где R

вх

– входное сопротивление выходного каскада.

Напряжение

гi

для трансформаторного каскада вычисля-

ется по формуле

()

бi

EuRi

гi бicбi

=++

где

- номер тока

...

бб

и напряжения ...

бб

– резисторы, задающие смещение в базовой цепи

выходного каскада.

После вычисления значений

гi

строится проходная харак-

теристика каскада

()

IfE

к i гi

= (рисунок 8.2).

Значения токов I

кмакс

являются исходными для рас-

чета коэффициента гармоник.

На практике вводят коэффициент ассиметрии ε, учитываю-

щий разброс параметров транзисторов, стоящих в разных плечах

двухтактного каскада. Обычно принимают

Iк

Iк макс

г1

г2

г3

г4

г5

г6

г макс

=Е

г макс

Рисунок 8.2 – Проходная характеристика выходного каскада