Содержание
Аннотация
Введение
1. Выбор структуры усилителя
2. Принцип действия усилителя
3. Задание на курсовое проектирование.
4. Выходной каскад усилителя.
5. Эмиттерный повторитель напряжения.
6. Расчет второго каскада предварительного усиления.
7. Расчет первого каскада предварительного усиления.
Заключение.
Список литературы.
Аннотация
В данной курсовой работе поэтапнорассматривается пример проектирования многокаскадного усилителя на БПТ.Производится расчет входного, согласующего каскадов и каскадов предварительногоусиления. Также конструируется печатная плата усилителя в соответствии с ГОСТ.
Выполнение курсового проекта,усвоение основ теории и расчета транзисторного усилителя способствуютприобретению студентами первоначальных навыков самостоятельного проектированияэлектронных цепей и устройств, которые могут быть ими использованы в дальнейшейпрактической деятельности.
Введение
Усилитель является одним из основныхузлов различной аппаратуры в устройствах автоматики, телемеханики, вычислительнойи информационно-измерительной техники. Электронный усилитель — это устройство,преобразующее маломощный электрический сигнал на входе в сигнал большоймощности на выходе с минимальными искажениями формы. Усиление мощности сигналаосуществляется за счет потребления усилителем энергии от источника питания.
Усилители делятся на ряд типов поразличным признакам. По роду усиливаемых электрических сигналов усилители можноразделить на две группы:
• усилители гармонических сигналов, предназначенные дляусиления периодических сигналов различной величины и формы, гармоническиесоставляющие которых изменяются много медленнее длительности устанавливающихсяпроцессов в цепях усилителя.
• усилители импульсных сигналов, предназначенные для усилениянепериодических сигналов, например непериодической последовательностиэлектрических импульсов различной величины и формы.
По ширине полосы и абсолютнымзначениям усиливаемых частот усилители делятся на ряд следующих типов:
• усилители постоянного тока или усилители медленно меняющихсянапряжений и токов, усиливающие электрические колебания любой частоты в пределахот низшей нулевой рабочей частоты до высшей рабочей частоты.
• усилители переменного тока, усиливающие колебания частоты отнизшей границы до высшей, но неспособные усиливать постоянную составляющуюсигнала.
• усилители высокой частоты (УВЧ), предназначенные дляусиления электрических колебаний несущей частоты, например принимаемых приемнойантенной радиоприемного устройства.
• усилители низкой частоты (УНЧ), предназначенные для усилениягармонических составляющих не преобразованного передаваемого или принимаемогосообщения.
Усилители низкой частотыхарактеризуются большим отношением высшей рабочей частоты к низшей, лежащим впределах 10 — 500 для усилителей звуковых частот и превышающим 105для некоторых типов видеоусилителей. Усилители с высшей рабочей частотойпорядка сотен килогерц и выше, одновременно имеющие большое отношение высшейрабочей частоты к низшей, обычно называются широкополосными усилителями.
Избирательные усилители усиливаютэлектрические сигналы в очень узкой полосе частот.
Из трех типов транзисторных каскадовдля усиления напряжения пригодны два: каскад с общей базой и каскад с общимэмиттером. Каскад с общим коллектором может быть применен в многокаскадныхсистемах, однако непосредственного усиления напряжения такой каскад не дает ивыполняет вспомогательную роль.
Для усиления напряжения звуковыхчастот наиболее пригоден каскад с общим эмиттером, так как он имеет болеевысокое входное и более низкое выходное сопротивления по сравнению с каскадом собщей базой.
1. Выбор структуры усилителя
Так как заданный коэффициент усилениядостигает нескольких сотен, то целесообразно составлять усилитель изнескольких простейших усилителей. Такие простейшие усилители называютсяусилительными каскадами. Они соединяются между собой последовательно так, чтобывыходной сигнал предыдущего каскада являлся входным сигналом последующего(рис.1), образуя совместно многокаскадный усилитель.
/>
Рис.1.
2. Принцип действия усилителя
В аналоговых электронных устройствахнаибольшее применение находят усилительные каскады, в которых транзисторвключен по схеме с общим эмиттером.
В зависимости от характера нагрузки иназначения различают усилители напряжения, тока и мощности, хотя такое деление условно,так как в любам случае по существу усиливается мощность.
Усиливаемый сигнал от источникасигнала в базовую цепь транзистора подается через разделительный конденсатор С1.Сопротивление Rк является коллекторной нагрузкой. С него усиленное переменноенапряжение через разделительный конденсатор С2 подается в нагрузку Rh. При последовательном включении УКсопротивлением нагрузки является входное сопротивление следующего каскада
/>
Рис.2.
Конденсаторы С1 и С2 — разделительные, назначение которых — отделить переменный усиливаемый сигналот постоянных напряжения и токов, действующих внутри схемы. Конденсатор С2не пропускает постоянную составляющую входного сигнала каскада в нагрузку.
Делитель напряжения R1-R2 предназначен для установлениярабочей точки транзистора в состоянии покоя. В зависимости от соотношения междуплечами делителя R1-R2 на базу транзистора подаетсяопределенное напряжение Uбэп в состоянии покоя, которое в свою очередьопределяет ток базы покоя Iбп иток коллектора покоя Iкп.Т.о. делитель R1-R2 характеризует состояние транзистора вотсутствие входного сигнала УК.
Резистор Rэ осуществляет последовательную ООС по постоянному току, котораяобеспечивает стабилизацию положения рабочей точки на вольтамперныххарактеристиках транзистора при воздействии на УК внешних дестабилизирующих факторов(например, температуры окружающей среды).
Глубина ООС зависит от значения Rэ. Каскад лучше стабилизирован, еслималые изменения токов Iк и Iэ транзистора приведут к большомуизменению падения напряжения на Rэ.Последнее возможно, если увеличить сопротивление Rэ. Однако увеличение при этом падения напряжения на немуменьшает напряжения питания транзистора и снижает коэффициент усилениякаскада. При расчете напряжение на резисторе Rэ принимают 10… .30% напряжения источника тока.
Конденсатор Сэ шунтирует резистор Rэ по переменному току, исключая темсамым ООС в каскаде по переменной составляющей. Отсутствие конденсатора Сэпривело бы к уменьшению коэффициентов усиления УК.
Резистор Rk осуществляет динамический режимработы транзистора. В этом режиме малые колебания тока базы транзисторавызывают колебания тока коллектора, которые в свою очередь вызывают колебаниянапряжения на коллекторе. Эти колебания, пройдя через разделительныйконденсатор С2, являются полезным усиленным входным сигналом. Процесс усилениясигнала каскадом можно объяснить следующим образом.
Предположим, что на вход УК подаетсясинусоидальной сигнал небольшой амплитуды. При этом РТ на входной динамическойхарактеристике транзистора перемещается по линейному участку характеристики.Ток базы будет колебаться в пределах (Iбп-Iм;Iбп+Iм), иего можно представить как сумму тока базы в состоянии покоя и синусоидальнойсоставляющей тока. Поскольку Iк=вIб, в результате изменений тока базы происходитизменения тока в цепи коллектора. При этом РТ на выходной динамическойхарактеристике по нагрузочной прямой, которая строится в соответствии суравнением Uкэ=Ек-Iк(Rк+Rэ). Изменения тока в цепи коллектора приводит к изменениямпотенциала цк коллектора транзистора, так как потенциал верхнейточки резистора Rk фиксированнапряжением источника питания и равен +Ек, а падение напряжения Urк на резисторе Rk пропорционально протекающему через неготоку и составляет Urк=IкRк. Потенциал коллектора также можно представить как суммупостоянной и переменной составляющих, амплитуда колебаний при этом меньшепостоянной составляющей. Постоянное напряжение передается через разделительныйконденсатор в отличие от переменной составляющей, которая является усиленнымнапряжением сигнала. Каскад меняет фазу усиленного сигнала по отношению квходному на сигналу на 180 градусов, т.е. выходное и входное напряжения каскаданаходятся в противофазе.
3. Задание на курсовое проектирование
Рн=13 Вт
Rн=10 Ом
Кu=2300
Rc=2.2кОм
S=3
Tmax=50°C
fн=120 Гц
fв=35000Гц
Ксгл=800
4. Выходной каскад усилителя
/>
В качестве выходных каскадов(усилителей мощности) широкое применение получили как трансформаторные, так ибестрансформаторные усилители. Современные усилители небольшой мощностивыполняют по бестрансформаторной схеме, что позволяет уменьшить габариты,массу, стоимость и расширить полосу пропускания устройства. Так как выходныекаскады являются основными потребителями энергии источников питания, ониработают в режиме класса В или класса АВ, обеспечивая высокий КПД. При этом дляуменьшения нелинейных искажений применяют двухтактные схемы. Такие схемывыполняют на комплементарных транзисторах; схема представляет собой соединениедвух эмиттерных повторителей, работающих на общую нагрузку rh. Режим по постоянному току, соответствующийрежиму работы класса АВ, обеспечивается делителем R1-VD-R2. Сопротивление диода создаетнеобходимое напряжение по постоянному току между базами транзисторов VT1 и VT2, а также выполняет функции элемента схемы термокомпенсации.
Исходные данные:/>
Рн = 13 Вт, Rн = 10 Oм.Транзистор выбираются по допустимой мощности рассеяния на коллекторе.
PKmax и максимальной амплитудеколлекторного тока IKmax:
/>
/>
/>
На основе этих условий выбираемкомплементарную пару:
КТ817В (Si n-p-n; в = 25…45; Ikmax=3A; Pkmax=25Вт)
КТ816В (Si n-p-n; в = 25…40; Ikmax=3A; Pkmax=25Вт)
Напряжение источника питания находимиз условия:
/>
Выбираем EП=40 В
На входной характеристике транзисторапостроим нагрузочную прямую по двум точкам:
/>
Из входной, выходной и сквознойхарактеристик определяем следующие значения:
/>
/>
Коэффициент нелинейных искажений по3-й гармонике без учёта ООС:
/>
Глубина обратной связи:
/>,
где g21 – усредненная крутизна характеристики транзистора,/>
F = 51
C учётом действия ООС коэффициентнелинейных искажений по третьей гармонике:
/>
Коэффициент нелинейных искажений повторой гармонике:
/>,
где х = 0.5 – коэффициент асимметрии.
Коэффициент нелинейных искажений сучетом ООС:
/>
Полный коэффициент нелинейныхискажений усилителя:
/>
Сопротивления резисторов R1 и R2 принимают равными:
/>
где /> — токделителя, определяемый по ВАХ диода.
Выбираем резисторы из стандартногоряда: R1 = R2 = 750 Ом.
Входное сопротивление каскада:
/>
где /> – сопротивлениеделителя по переменному току
/> – усреднённаявходная проводимость транзистора
Амплитуда напряжения и тока входногосигнала каскада:
/>,
Коэффициент усиления напряжениявыходного каскада:
/>
Ёмкость разделительного конденсатора:
/>
где Mн = 0.707 – коэффициент частотных искажений.
5. Эмиттерный повторитель напряжения
/>
Эмиттерный повторитель напряженияпредставляет собой УК на БПТ с ОК. ЭПН обладает малым выходным сопротивлением ивысоким входным сопротивлением. В связи с этим такой каскад часто применяют вкачестве согласующего, который включают между низкоомной нагрузкой, являющейся,например, выходным каскадом усилителя, и каскадом предварительного усилителя.Базовая схема ЭПН и его эквивалентная схема приведены на рис.2.1 рис.2.2.
В схеме ЭПН выходное напряжение,снимаемое с эмиттера транзистора, близко по значению входному напряжению исовпадает с ним по фазе. Резистор Rэ в схеме с ЭПН выполняет ту же функцию, что и резистор Rk в УК о ОЭ — создание изменяющегосянапряжения в выходной цепи за счет протекания в ней тока, управляемого повыходной цепи базы. Конденсаторы С 1 и С2 — разделительные, предназначены дляпропускания переменной составляющей сигнала. Резисторы R1 и R2предназначены для задания режима покоя каскада. Задаваемое смещениеобеспечивает протекание коллекторного тока в течение полного периода входногосигнала. Резисторы R1 и R2 выбраны так, что в отсутствие входного сигналапотенциал базы равен примерно половине напряжения источника питания. Точкупокоя устанавливают так, чтобы на выходе формировался максимально симметричныйсигнал (без ограничений и срезов). Это зависит от соотношения сопротивленияплеч делителя R1-R2.
Высокое входное сопротивленияявляется одним из важнейших преимуществ каскада с ЭПН. Высокое входноесопротивление требуется в случае применения каскада в качестве согласующегозвена при работе от источника входного сигнала, имеющего большое внутреннесопротивление.
Исходные данные:
Rн=199 Ом
Umн = 8 B
Imн= 66мА
Выбираем транзистор:
/>
Выбираем КТ503А( Si n-p-n в=40… 120 Ikmax=300мА Рkmax=0.5Вт)
Точку покоя устанавливают так, чтобына выходе формировался максимально симметричный сигнал (без ограничений исрезов). Это зависит от соотношения сопротивлений плеч делителя R1 — R2.
Из входной и выходной характеристикопределяем следующие значения:
/>
/>
/>
в = 40
Сопротивление Rэ:
/>
Сопротивление входной цепитранзистора:
/>
Сопротивления плеч делителя R1 — R2 найдём из следующих условий:
/>
где: />Получим:
/>
Условие температурной стабилизациивыполняется:/>
/>
Далее рассчитываем входноесопротивление каскада:
/>
Выходное сопротивление каскаданесложно получить, рассматривая эквивалентную схему рис.2.2 со стороны выходныхзажимов:
/>
Поскольку значение rэ невелико, то выходное сопротивление каскада мало. Этосвойство ЭПН используют, когда необходимо согласовать выходную цепь усилителя снизкоомной нагрузкой.
Коэффициент усиления напряжениянаходится по выражению:
/>
/>
Значения разделительных емкостей С1 иС2:
/>
/>
6. Расчет второго каскадапредварительного усиления
/>
Усиливаемый сигнал от источникасигнала Ег (рис. 2.1) в базовую цепь транзистора подается через разделительныйконденсатор С1. Сопротивление Rк является коллекторной нагрузкой. Снего усиленное переменное напряжение через разделительный конденсатор С2подается в нагрузку Rн. При последовательном включении УКсопротивлением нагрузки является входное сопротивление следующего каскада.
Рассмотрим назначение элементов схемыУК.
Конденсаторы С1 и С2 — разделительные, назначение которых -отделить переменный усиливаемый сигнал отпостоянных напряжений и токов, действующих внутри схемы. Конденсатор С1исключает шунтирование входной цепи каскада цепью источника входного сигнала попостоянному току, что позволяет, во-первых исключить протекание постоянноготока по цепи En-Rr-Rl и, во-вторых,обеспечить независимость напряжения U6n в режиме покоя от внутреннегосопротивления Rг источника Ег Конденсатор С2 непропускает постоянную составляющую выходного сигнала в нагрузку.
Делитель напряжения R1-R2 предназначен для установления рабочей точки транзистора всостоянии покоя. Положение рабочей точки должно обеспечивать режим А работы УК.В зависимости от соотношения между плечами делителя R1-R2 на базу транзистораподает определенное напряжение Uбэп всостоянии покоя, которое в свою очередь определяет ток базы покоя Iбп.
Резистор Rk осуществляет последовательнуюотрицательную обратную связь (ООС) по постоянному току, которая обеспечиваетстабилизацию положения рабочей точки на вольтамперных характеристикахтранзистора при воздействии на УК внешних дестабилизирующих факторов.
Расчет каскада по постоянному току.
Расчет усилительного каскадапроизводится раздельно по постоянному и переменному токам. Целью расчета попостоянному току является определение положения рабочей точки нахарактеристиках транзистора и ее температурную стабильность. Расчет по переменномутоку заключается в определении основных динамических параметров, коэффициентовусиления напряжения, тока и мощности, “шитого и выходного сопротивлений каскадаи динамической крутизны. Поскольку характеристики транзистора нелинейные, тоединой методики расчета УК не существует. Каскады, работающие при большом уровнесигнала, рассчитывается графоаналитические методом с использованием ВАХтранзистора, а УК с малым уровнем сигнала — аналитическим методом, которыйоснован на использовании эквивалентных схем транзистора. Условно сигналсчитается малым, если его амплитуда не превышает 15..20% постоянного значениянапряжения в рабочей точке.
Исходные данные:
Rн = 6533 Ом
Umн = 19 В
Пусть коэффициент усиления каскадаК=40
Выбираем транзистор:
/>/>
Выбираем KT503Б(Si n-p-n в=80...240 IКmax=300мА РKmax=0.5Вт). Из входной и выходной характеристик транзистора определяемследующие значения:
/>
/>
/>
в = 140
Примем падение напряжения насопротилении фильтра:
/>,
где />, Еп= 40
Находим напряжение, подводимое кделителю:
/>
Расчёт элементов, обеспечивающихрабочий режим транзистора:
Коэффициент температурнойнестабильности S = 3
Сопротивление входной цепитранзистора:
/>
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 квыходной цепи коллектора:
/>
Поверочный расчёт коэффициентатемпературной нестабильности S:
/>
Расчет номинальных значений ёмкостей:
Ёмкость Сф определяется из условияполучения необходимой фильтрации питающего напряжения:
/>
Расчёт значений ёмкостей С1, С2и Сэ производятся по формулам:
/>
где />
/>
Расчёт динамических параметровусилительного каскада. Эквивалентная схема замещения каскада.
/>
Динамическими параметрами УК являютсякоэффициенты усиления напряжения, тока и мощности, входное и выходноесопротивления, крутизна усиления. Эти параметры рассматриваются на основеанализа эквивалентной схемы УК для переменных составляющих токов и напряжений.Полная эквивалентная схема замещения каскада содержит следующие элементы: Свх — емкость входной цепи УК, См — емкость монтажа, Сн — емкость нагрузки, Rб= Rl || R2; транзистор замещен Т — образной схемой замещения (элементы r'б, rэ, rk*, Ск* и вI6); зажимы«плюс» и «минус» источника питания Еп закорочены попеременной составляющей. Обычно емкость Сф выбирается такой, чтобы еесопротивление на самой низкой рабочей частоте было близко к нулю и закорачивалорезистор Rф. Поэтому цепочка Rф-Сф на схеме не приведена.
Для упрощения анализа и расчетныхсоотношений принято рассматривать работу усилительного каскада раздельно вобласти средних, низких и высоких частот.
Анализ УК в области средних частот
На средних частотах (в центральнойобласти 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 Сиразомкнуты.
Входное сопротивление каскада равнопараллельному соединению Rвxvt и Rб:
/>
Выходное сопротивление каскада:
/>
Коэффициент усиления напряжениякаскада найдём из формулы:
/>
где />
Коэффициент усиления тока и мощности:
/>
Крутизна усилительного каскадаопределится отношением:
/>
Анализ УК в области низких частот:
В области низких частот следуетучесть влияние на параметры каскада разделительных конденсаторов Clи C2 и ёмкости в цепи эмиттера Сэ. При правильном выборе Параметровцепочки Rф-Сф ее влияние на частотнуюхарактеристику в области НЧ мало и в данном случае не рассматривается.Эквивалентная схема усилителя в области НЧ получается из схемы (рис.3.2.) путемвключения емкостей С1, С2 и Сэ и исключения емкости Ск*.
При переходе к более низким частотамвозрастают сопротивления ёмкостей Cl, C2 и Сэ, чтоприводит к уменьшению токов Iб и Iн и напряжения Uвых.Параметры каскада зависят от частоты. Проанализируем изменения лишь основногопоказателя коэффициента усиления. С целью упрощения расчетов влияние каждой изуказанных выше емкостей рассмотрим отдельно.
Влияние емкости С1.(положимС2 = Сэ = ∞)
Коэффициент усиления каскада вкомплексном виде составит:
/>
где />-постоянная времени входной цепи
Влияние емкости С2.(положим С1= Сэ = ∞)
Коэффициент усиления каскада вкомплексном виде составит:
/>
где /> — постояннаявремени выходной цепи
Влияние емкости Сэ.(положим С1=С2=∞)
Коэффициент усиления каскада вкомплексном виде составит:
/>
где /> — постояннаявремени эмиттерной цепи
Таким образом, рассмотрев влияниеконденсаторов Cl, C2 и Сэ раздельно, установили, что каждый уменьшаеткоэффициент усиления каскада с понижением частоты, причем структура формулодинакова.
При совместном действии рассмотренныхемкостей структура формулы коэффициента усиления также не изменится:
/>
где />— эквивалентнаяпостоянная времени каскада в области низких частот:
/>
Эти соотношенияпозволяют записать выражение для модуля коэффициента усиления и его фазы,которые используются для построения АЧХ и ФЧХ усилителя в области низкихчастот:
/>
Кн уменьшается припонижении частоты… Это приводит к появлению частотных искажений. Для ихколичественной оценки используют коэффициент частотных искажений:
/>
На нижней граничной частоте щнкоэффициент Кн уменьшается в корень из двух раз по сравнению с К. На частоте щнМн= 0.707, а щн фн= 1. Отсюда можно определить щнпо заданному значению фн:
/>
Анализ УК в области высоких частот:
Уменьшение коэффициента усилениякаскада в области высоких частот (ВЧ) определяется инерционностью транзистора.Эквивалентная схема усилителя для области ВЧ следует из рис. 3.2, если впоследней учесть конденсатор Ск*, а также частотно-зависимые параметры в(jщ) и rk*(jщ)
Найдём постоянную времени каскада вобласти ВЧ из выражения (fв=15000Гц):
/>
Искомое выражение для коэффициентаусиления области высоких частот получим, произведя замену параметров в и гк:
/>
Запишем выражения для АЧХ и ФЧХусилителя в области высоких частот:
/>
Для количественной оценки ВЧ искаженийводится коэффициент частотных искажений:
/>
На верхней граничной частоте щвкоэффициент Кн уменьшается в корень из двух раз по сравнению с К. Начастоте щв Мн= 0.707, а щв фв= 1.
При одновременном анализе усилителяво всем частотном диапазоне, т.е. по полной эквивалентной схеме, может бытьполучено следующее выражение для коэффициента усиления усилителя, модуля и фазыкоэффициента частотных искажений :
/>
Графики АЧХ и ФЧХ УК2 в области ВЧ иНЧ:
/>
/>
7. Расчет первого каскада предварительного усиления
Расчет каскада по постоянному току.
Исходные данные:
/>
Пусть коэффициент усиления каскадаК=30
Выбираем транзистор:
/>
Выбираем KT206Б(Si n-p-n в=70...210 IКmax=20мА PКmax=15мВт)
Из входной и выходной характеристиктранзистора определяем следующие значения:
/>
/>
Примем падение напряжения насопротивлении фильтра:
/>
Находим напряжение, подводимое кделителю:
/>
Расчёт элементов, обеспечивающихрабочий режим транзистора:
коэффициент температурнойнестабильности S=3
Сопротивление входной цепитранзистора:
/>
где /> — тепловойпотенциал.
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 квыходной цепи коллектора:
/>
Поверочный расчёт коэффициентатемпературной нестабильности S:
/>
Расчет номинальных значений ёмкостей:
Ёмкость Сф определяется изусловия получения необходимой фильтрации питающего напряжения:
/>
где fп = 100 – основная частота пульсаций
Фп = 20...75 = 50–коэффициент фильтрации, показывающий во сколько раз напряжение пульсацийослабляется цепочкой фильтра Rф — Сф.
Расчёт значений ёмкостей С1, С2 и Сэпроизводятся по формулам:
/>
Расчёт динамических параметровусилительного каскада.
Анализ УК в области средних частот
На средних частотах (в центральнойобласти полосы пропускания усилителя) сопротивление емкостей Cl, C2 и Сэ близко к нулю, а сопротивление паразитных емкостейСвх, 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 равнопараллельному соединению Rвxvt и Rб:
/>
Выходное сопротивление каскада:
/>
Коэффициент усиления напряжениякаскада найдём из формулы:
/>
Коэффициент усиления тока и мощности:
/>
Крутизна усилительного каскадаопределится отношением:
/>
Анализ УК в области низких частот;
В области низких частот следуетучесть влияние на параметры каскада разделительных конденсаторов С1 и С2 иёмкости в цепи эмиттера Сэ. При правильном выборе Параметров цепочки Rф-Сф ее влияние на частотнуюхарактеристику в области НЧ мало и в данном случае не рассматривается.Эквивалентная схема усилителя в области НЧ получается из схемы (рис.3.2.) путемвключения емкостей С1, С2 и Сэ и исключения емкости Ск*.
При переходе к более низким частотамвозрастают сопротивления ёмкостей С1, С2 и Сэ, что приводит к уменьшению токов I6 и Iн и напряжения Uвых. Параметры каскада зависят отчастоты. Проанализируем изменения лишь основного показателя коэффициентаусиления. С целью упрощения расчетов влияние каждой из указанных выше емкостейрассмотрим отдельно.
Влияние емкости С 1.(положим С2=Сэ=∞)
Коэффициент усиления каскада вкомплексном виде составит:
/>
где/> -постояннаявремени входной цепи
Влияние емкости С2.(положим С1=Сэ=∞)
Коэффициент усиления каскада вкомплексном виде составит:
/>
где /> - постояннаявремени выходной цепи
Влияние емкости Сэ.(положим С1=С2=∞)
Коэффициент усиления каскада вкомплексном виде составит:
/>
где /> -постояннаявремени эмиттерной цепи
Таким образом, рассмотрев влияниеконденсаторов Cl, C2 и Сэ раздельно, установили, что каждый уменьшаеткоэффициент усиления каскада с понижением частоты, причем структура формулодинакова.
При совместном действии рассмотренныхемкостей структура формулы коэффициента усиления также не изменится:
/>
где />-эквивалентная постоянная времени каскада в области низких частот:
/>
Эти соотношения позволяют записатьвыражение для модуля коэффициента усиления и его фазы, которые используются дляпостроения АЧХ и ФЧХ усилителя в области низких частот:
/>
Кн уменьшается припонижении частоты… Это приводит к появлению частотных искажений. Для ихколичественной оценки используют коэффициент частотных искажений:
/>
На нижней граничной частоте щнкоэффициент Кн уменьшается в корень из двух раз по сравнению с К. На частоте щнМн= 0.707, а щн фн= 1. Отсюда можно определить щнпо заданному значению фн:
/>
Анализ УК в области высоких частот;
Уменьшение коэффициента усилениякаскада в области высоких частот (ВЧ) определяется инерционностью транзистора.Эквивалентная схема усилителя для области ВЧ следует из рис. 3.2, если впоследней учесть конденсатор Ск*, а также частотно-зависимые параметры в(jщ) и rk*(jщ)
Найдём постоянную времени каскада вобласти ВЧ из выражения(fв=15000Гц):
/>с
Искомое выражение для коэффициентаусиления области высоких частот получим, произведя замену параметров в и гk:
/>
Запишем выражения для АЧХ и ФЧХусилителя в области высоких частот:
/>
Для количественной оценки ВЧ искаженийводится коэффициент частотных искажений:
/>
На верхней граничной частоте щвкоэффициент Кн уменьшается в корень из двух раз по сравнению с К. На частоте щвМн= 0.707, а щв фв = 1.
При одновременном анализе усилителяво всем частотном диапазоне, т.е. по полной эквивалентной схеме, может бытьполучено следующее выражение для коэффициента усиления усилителя, модуля и фазыкоэффициента частотных искажений :
/>
Графики АЧХ и ФЧХ УК1 в области ВЧ и НЧ:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Заключение
В данной курсовой работе рассмотренпринцип работы многокаскадного усилителя на БПТ с расчетом каждого каскада ипостроением выходных и входных характеристик для каждого транзистора всехкаскадов усилителя. В соответствии с ГОСТ выполнены также чертеж печатной платыи спецификация сборочного чертежа печатной платы.
Рассчитывая усилитель, я усвоилоснову работы усилительных устройств и электрических цепей в целом, научилсяпользоваться 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”: методическиеуказания 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 дляаппаратур широкого применения. Под редакцией Перельмана. М.: Радио и связь,1981. 656 с.