Усилитель с обратной связью (стр. 2 из 2)
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 IБАUБЭ=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.
Для получения результатов, определяемых исходными данными, произведем корректировку значений сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов усилителя. Полученные после корректировки значения приведены в спецификации.
По графикам АЧХ и ФЧХ, полученным в результате моделирования определим значения K, а также значение нижней частоты
Реально достигнутый коэффициент K находим из графика переходной характеристики: K=12;
Значение нижней частоты fн=90 Гц.
Рис. 2 Анализ входного каскада по Transient
Рис.3 Анализ выходного каскада по Transient
Рис.4 Схема каскадного усилителя на транзисторах
Рис. 5 Анализ усилителя по АС
Рис. 6 Анализ усилителя по Transient
Перечень элементов
| Поз. обозначение | Наименование | Кол. | Примечание |
| Усилитель с обратной связью | Рис.1 | ||
| SINE50 | Генератор исходного сигнала | 1 | |
| Q0 | Биполярный транзистор КТ209Е | 2 | |
| Резисторы | |||
| R1 | 695 Ом | 1 | |
| R2 | 300 Ом | 1 | |
| R3 | 230 Ом | 1 | |
| R4 | 45 Ом | 1 | |
| Rк1 | 30 Ом | 1 | |
| Rк2 | 16 Ом | 1 | |
| Rэ1 | 3 Ом | 1 | |
| Rэ2 | 2 Ом | 1 | |
| Rос | 200 Ом | 1 | |
| Rн | 510 Ом | 1 | |
| Конденсаторы | |||
| С1 | 7,56 мФ | 1 | |
| С2 | 12 мкФ | 1 | |
| С3 | 1,87 мФ | 1 | |
| Сэ1 | 14,15 мФ | 1 | |
| Сэ2 | 12,13 мФ | 1 |
Заключение
Дадим описание всем основным ошибкам, погрешностям, допущениям, а также, проанализировав ход решения курсовой работы, попытаемся сделать выводы, позволяющие увеличить точность расчетов и минимизировать объем трудовой деятельности.
Произведем анализ решения. Первым значительным недостатком являются исходные данные, заранее не проверенные на соответствие друг другу, а так же расчетным величинам.
Второй "критический" момент курсовой работы - выбор рабочей точки. Это обусловлено тем, что проектировщику усилителя предоставляется слишком большая свобода выбора рабочей точки.
Кроме того, если в схеме необходимо установить эмиттерный повторитель, свобода выбора рабочей точки значительно увеличивается из-за возможности выбрать практически любую точку, ограниченную лишь параболой мощности и значениями тока и напряжения, характеризующими местоположение этой точки.
Продолжая тему ручного просчета, необходимо заметить, что также большая неточность может иметь место при перестройке ВАХ из справочника на "миллиметровку", подлежащей последующим преобразованиям. Даже при относительно точном построении участка ветви, на котором величина тока становится постоянной, участок ветви, на котором идет возрастание тока строится крайне не точно, за счет построения на глаз. Ведь точно на глаз не определишь степень выпуклости функции, а величина, которая учитывает такого рода ошибки, входит в формулу нахождения расчетного коэффициента усиления, что делает этот коэффициент непригодным для использования.
При моделировании усилителя на ЭВМ появилась необходимость значительно (в десятки раз) уменьшать сопротивления коллекторного и эмиттерного переходов. Это произошло потому, что выбранный при моделировании транзистор слабо приближен по характеристикам к реально выбранному транзистору, на котором основывались все теоретические расчеты. Изменение этих величин никак не влияет на входное сопротивление каскадов и, значит, не влияет на связь между каскадами усилителя. В этом случае можно опираться на теоретические расчеты лишь как на начальное задание величин элементов каскадов и всего усилителя в целом.
Изменение величин емкостных элементов и сопротивления обратной связи каскадов является приемлемым при проектировании усилителя.
В заключение необходимо отметить, что разработанный усилитель все же выполняет свою главную функцию – усиливает сигнал по мощности в необходимое число раз.
Библиографический список
1. Баскакова И.В.,Перепёлкин А.И. Усилительные устройства:Методические указания к курсовой работе.-Рязань,РГРТА,1997.36с.
2. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник. К.М.Брежнева,Е.И.Гантман,Т.И Давыдова и др. Под ред. Б.Л.Перельмана.-М.:Радио и связь,1982.656с.
3.Транзисторы.Справочник.Издание 3-е. Под редакцией И.Ф.Николаевского.-М.:Связь,1969.624 с.
4.Анализ электронных схем. Методические указания к лабораторным и практическим занятиям. Баскакова И.В.,Перепёлкин А.И. Р.:2000,32 с.