Для упрощения анализа и расчетных соотношений принято рассматривать работу усилительного каскада раздельно в области средних, низких и высоких частот.

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 Си велико. Поэтому ветви схемы рис.3.2. с Cl, C2 и Сэ могут быть закорочены, а ветви с Свх, См, Ск* и Си разомкнуты.

Входное сопротивление каскада равно параллельному соединению Rвxvt и Rб:

Коэффициент усиления напряжения каскада найдём из формулы:

где

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 Cl и C2 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 Cl, C2 и Сэ, что приводит к уменьшению токов Iб 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 С1.(положим С2 = Сэ = ?)

Коэффициент усиления каскада в комплексном виде составит:

где - постоянная времени входной цепи

Влияние емкости С2.(положим С1 = Сэ = ?)

Коэффициент усиления каскада в комплексном виде составит:

где - постоянная времени выходной цепи

Влияние емкости Сэ.(положим С1=С2=?)

Коэффициент усиления каскада в комплексном виде составит:

где - постоянная времени эмиттерной цепи

Таким 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):

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

Выбираем KT206Б(Si n-p-n в=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 Rk применим 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 цепи

Влияние емкости С2.(положим С1=Сэ=?)

Коэффициент усиления каскада в комплексном виде составит:

где - постоянная времени выходной цепи

Влияние емкости Сэ.(положим С1=С2=?)

Коэффициент усиления каскада в комплексном виде составит:

где -постоянная времени эмиттерной цепи

Таким 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):

с

Искомое 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:

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 УК1 в области ВЧ и НЧ:

Заключение

В данной курсовой работе рассмотрен принцип работы многокаскадного усилителя на БПТ с расчетом каждого каскада и построением выходных и входных характеристик для каждого транзистора всех каскадов усилителя. В соответствии с ГОСТ выполнены также чертеж печатной платы и спецификация сборочного чертежа печатной платы.

Рассчитывая усилитель, я усвоил основу работы усилительных устройств и электрических цепей в целом, научился пользоваться справочниками по микроэлектронике.

Список использованной литературы

1. Забродин Ю.С. “Промышленная электроника”: учебник для вузов. М.: Высш. школа,1982. 496с.

2. Носов А.А. “Проектирование усилителя на БПТ”: методические указания к курсовому проекту. Чуваш, ун-т. Чебоксары, 1996. 44 с.

3. Полупроводниковые приборы: Справ./ С.Г. Чебовский. М: Энергоатомиздат, 1985. 400с.

4. Резисторы: справ. Под ред. И.И. Четверткова. М: Энергоатомиздат. 1981.352с.

5. Справочник по электрическим конденсаторам. Под ред. И.И. Четверткова. М.:

Радио и связь. 1983 г. 352 с.

6. Справочник транзисторов для аппаратур широкого применения. Под редакцией Перельмана. М.: Радио и связь, 1981. 656 с.

Страницы: 1, 2, 3