|
Расчет многокаскадного усилителя
Курсовая работа
по усилительным устройствам.
ВАРИАНТ № 7
Выполнил: ст.гр.04 - 414 Уткин С.Ю.
Проверил: Харламов
А.Н.
ЭТАП №1
Исходные данные для расчета .
Еп=10 В; Rи=150 Ом; Rк=470 Ом; Rн=510; Сн=15
пФ ;Tмин=-30град; Тmax=50град;
Требуемая нижняя частота : Fн=50 кГц.
Используемый тип транзистора: КТ325В (Si ; N-P-N ; ОЭ)
Нестабильность коллекторного тока -
Параметры транзистора:
Граничная частота - Fгр = 800Мгц.
Uкбо(проб)=15В.
Uэбо(проб)=4В.
Iк(мах)=60мА.
Обратный ток коллектора при Uкб=15В : Iкбо<0.5мкА
(при Т=298К).
Статический коэффициент усиления тока
базы в схеме с ОЭ: h21=70…210.
Емкость коллекторного перехода: Ск<2.5пФ.(при Uкб=5В)
rкэ(нас.)=40
Ом.
Постоянная времени цепи обратной связи: tк<125 нс.
Для планарного транзистора -
технологический параметр = 6.3
Предварительный расчет.
Исходя из значений Еп и Rк , ориентировачно выберем рабочую точку с параметрами Uкэ=4В и Iкэ=1мА.
Типичное значение , для кремниевых
транзисторов: Uбэ=0.65В.
Uкб=Uкэ-Uбэ = 3.35В
=2.857 пФ.
=275Ом - Объемное сопротивление базы.
Iб = Iкэ/h21 = 8.264e-6
- ток
базы. Iэ
= Iкэ - Iб = 9.9e-4 -
ток эмиттера.
rэ = 26е-3/Iэ = 26.217 - дифференциальное сопротивление эмиттерного
перехода.
Параметр n = rэ/rб +
1/h21 = 0.103 (Нормированное относительно Fгр значение граничной частоты)
Для дальнейших расчетов по заданным искажениям в области нижних частот зададимся коэффициэнтами
частотных искажений .
Пускай доля частотных искажений ,
вносимых на нижней частоте
разделительным конденсатором Ср , окажеться
в к=100 раз меньше чем конденсатором Сэ , тогда коэффициенты частотных искажений
равны:
Мнр = 0.99 , а Мнэ = 0.71(
Определяются по графику)
= 2.281е-8 Ф;- емкость разделительного конденсатора.
Оптимальное напряжение на эмиттере выбирается из условия :Uэ = Еп/3, это позволяет определить величину Rэ.
Rэ = =3.361е3 Ом;
=3.361В - Напряжение
на эмиттере.
Rф=(Еп - Uкэ)/Iкэ - Rк - Rэ =
2.169е3 Ом;- сопротивление RC - фильтра в коллекторной цепи.
Применение Н.Ч. - коррекции позволяет
использовать разделительный конденсатор меньшей емкости.
= 4.062е-9 Ф;- скорректированное значение разделительного
конденсатора.
= 9.551е-10 Ф; - емкость фильтра в цепи коллектора.
= 7.889е-8 Ф;-
Емкость эмиттера.
Расчет цепи делителя , обеспечивающей
заданную температурную нестабильность
коллекторного тока.
= 1.487е-6 А; - неуправляемый ток перехода коллектор-база.
=0.2 В; -сдвиг входных характеристик .
=3.813е-5 А. -ток
делителя.
= 1.052e5 Ом
=1.291e5Ом
Номиналы элементов, приведенные к
стандартному ряду.
Rф=2.2е3 Ом; Rэ=3.3е3Ом; Rб1=1е5Ом ; Rб2=1.3е5 Ом; Cр= 4е-9 Ф; Cф= 1е-9 Ф; Cэ=7е-8Ф;
Оценка результатов в
программе «MICROCAB»
1. Оценка
по постоянному току.
2.1А.Ч.Х. - каскада.
2.2
А.Ч.Х. - по уровню
07.
Реализуемые схемой - верхняя частота - Fв =
2.3Мгц и коэффициент усиления К = 22Дб = 12.6
ЭТАП №2
Задание: Обеспечить за счет выбора элементов либо модернизации схемы
увеличение К в два раза(при этом Fв - не должно уменьшаться) и проверить правильность расчетов
на Э.В.М.
РАСЧЕТ.
Требования к полосе частот и
коэффициенту усиления:
К = 44Дб = 158 Fн =50 Кгц Fв =2.3Мгц
Uкб=Uкэ-Uбэ = 4.35В
=2.619 пФ.
=300Ом - Объемное сопротивление базы.
Оценка площади усиления и количества каскадов
в усилителе.
=8.954 е7 Гц - Максимальная площадь усиления
дифференциального каскада.
Ориентировачное количество каскадов
определим по номограммам ,
так как =39 , то усилитель
можно построить на двух некорректированных каскадах.
Требуемая верхняя граничная частота для
случая , когда N = 2 ( с учетом , что фn = =0.64)
Fв(треб)=Fв/фn = 3.574е6 Гц
Требуемый коэффициент усиления одного
каскада К(треб)== 12.57
Требуемая нижняя граничная частота Fн(треб)=FнХфn =3.218e4
Реализуемая в этом случае площадь усиления =4.5е7 Гц
Расчет первого
(оконечного) каскада.
Определим параметр = 1.989
Оптимальное значение параметра =0.055
Этому значению параметра соответствует ток
эмиттера равный:
Iэ = =2мА
Соответственно Iкэ = = 2мА и Iб
= = 1.5е-5 А .
rэ = = 14.341 Ом - дифференциальное сопротивление эмиттерного
перехода.
= 1.388е-11Ф; -
емкость эмиттерного перехода.
= 1.75е3 Ом
= 3.562е-9 сек - постоянная времени транзистора.
= 0.008 -
относительная частота.
Высокочастотные
Y- параметры оконечного каскада.
= 0.061 См-
Проводимость прямой передачи ( крутизна транзистора).
= 3е-14 Ф- Входная емкость
транзистора .
= 5.02 е-11 Ф
-Выходная емкость транзистора.
= 5.456 е-6 См - Проводимость обратной
передачи.
= 5.027 е-4 См -
Входная проводимость транзистора.
= 4.5е-11 Ф - Входная
емкость транзистора.
Реализуемая в этом случае площадь усиления :
= 1.165е8 Гц
Заданный
коэффициент усиления обеспечивается при сопротивлении коллектора:
= 347.43 Ом
Расчет
элементов по заданным искажениям в области нижних частот.
= 3.294е-8 Ф;-
емкость разделительного конденсатора.
Rэ = =1.68е3 Ом;
=3.077В - Напряжение на эмиттере.
Rф=(Еп - Uкэ)/Iкэ - Rк - Rэ = 704.5 Ом;- сопротивление RC - фильтра
в коллекторной цепи.
Применение Н.Ч. - коррекции позволяет
использовать разделительный конденсатор меньшей емкости.
= 1.088е-8 Ф;- скорректированное значение разделительного конденсатора.
= 7.87е--9 Ф; -
емкость фильтра в цепи коллектора.
= 2.181е-7 Ф;-
Емкость эмиттера.
Расчет цепи делителя , обеспечивающей
заданную температурную нестабильность
коллекторного тока.
=4.351е-5 А. -ток
делителя.
= 8.566е4 Ом
=1.07е5 Ом
Расчет второго
(предоконечного) каскада.
Реализуемая площадь усиления и параметр
для предоконечного каскада.
=9е7 Гц =0.04
Этому значению параметра соответствует ток
эмиттера равный:
Iэ = =3мА
Соответственно Iкэ = = 3мА и
Iб = = 2.2е-5 А .
rэ = = 9.8 Ом - дифференциальное сопротивление эмиттерного
перехода.
= 2.03е-11Ф; -
емкость эмиттерного перехода.
= 1.196е3 Ом
= 4.878е-9 сек - постоянная времени транзистора.
Высокочастотные
Y- параметры предоконечного каскада.
= 0.083 См-
Проводимость прямой передачи ( крутизна транзистора).
= 2.1е-14 Ф- Входная
емкость транзистора .
= 6.8 е-11 Ф
-Выходная емкость транзистора.
= 5.466 е-6 См - Проводимость обратной
передачи.
= 1.909е3 См-
Входная проводимость первого каскада.
Заданный
коэффициент усиления обеспечивается при сопротивлении коллектора:
= 164.191 Ом
Расчет
элементов по заданным искажениям в области нижних частот.
= 1.362е-8е-8 Ф;-
емкость разделительного конденсатора.
Rэ = =1.247е3 Ом;
=3.33В - Напряжение на эмиттере.
Rф=(Еп - Uкэ)/Iкэ - Rк - Rэ = 459.2 Ом;- сопротивление RC - фильтра
в коллекторной цепи.
Применение Н.Ч. - коррекции позволяет
использовать разделительный конденсатор меньшей емкости.
= 3.58е-8 Ф;- скорректированное значение разделительного
конденсатора.
= 1.5е-8 Ф; - емкость
фильтра в цепи коллектора.
= 2.98е-7 Ф;- Емкость
эмиттера.
Расчет цепи делителя , обеспечивающей
заданную температурную нестабильность
коллекторного тока.
=3.771е-5 А. -ток
делителя.
= 1е5 Ом
=1.06е5 Ом
Номиналы элементов, приведенные
к стандартному ряду.
Номиналы
элементов первого каскада.
Rф=700 Ом; Rэ=1.6е3Ом; Rб1=8.5е4Ом ; Rб2=1е5 Ом; Cр= 1е-8 Ф; Cф= 8е-9Ф; Cэ=2е-7Ф; Rк=350
;
Номиналы
элементов второго каскада.
Rф=450 Ом; Rэ=1.3е3Ом; Rб1=1е5Ом ; Rб2=1е5 Ом; Cр= 2.6е-9Ф; Cф= 1.5е-8 Ф; Cэ=3е-7Ф; Rк=160
;
Оценка входной
цепи .
Определим
коэффициент передачи входной цепи в области средних частот
и ее верхнюю граничную частоту.
Зададимся g = 0.2
= 1.124 -
Коэффициент передачи входной цепи .
= 1.1е7 Гц
Верхняя
граничная частота входной цепи значительно больше
верхней требуемой частоты каждого из каскадов.
При моделировании на ЭВМ учитывалось влияние входной цепи.
Оценка результатов в
программе «MICROCAB»
1. Оценка по
постоянному току.
2.
А.Ч.Х.
усилителя.
3.
А.Ч.Х. - по
уровню -07.
Реализуемые
схемой - верхняя частота Fв = 2.3Мгц , нижняя частота Fн
= 50кГц
и коэффициент усиления К = 44Дб = 158 - полностью
соответствуют заданным
требованиям
по полосе и усилению.
FIN.
|
|
|
