Введение
Аппаратурасистем передачи содержит большое число усилителей электрических сигналов.Наиболее сложными являются линейные усилители, которые устанавливаются напромежуточных усилительных пунктах и служат для компенсации затуханияприлегающих к усилительному пункту участков линии связи. Параметры линейныхусилителей в значительной степени определяют основные качественные показателисистемы передачи в целом.
Исходнымиданными для проектирования линейных усилителей служат следующие основные параметры,задаваемые в технических требованиях; рабочий диапазон частот, номинальноеусиление, входные и выходные сопротивления, затухание нелинейности,нестабильное усиление и др.
Рабочийдиапазон частот линейных усилителей определяется линейным спектром системыпередачи. Так, в системе передачи К-60П линейный усилитель работает в диапазоне12–125 кГц, в системе передачи К-120 усилитель в одном направлении работает вдиапазоне 60–552 кГц, а в другом – в диапазоне 812–1304 кГц (в задании вучебных целях рассматривается не один, а два усилителя – для каждогонаправления передачи).
Подноминальным усилением усилителя S понимается: то усиление усилителя, которое соответствуетзатуханию усилительного участка номинальной длины на верхней частоте рабочегодиапазона частот усилителя. В линейных усилителях предусмотрена установочнаярегулировка усиления при отклонении длины усилительного участка от номинальногозначения. Для этого в цепь общей ООС усилителя включен переменный удлинитель.
В техникесвязи в качестве меры усиления усилителя пользуется значением величины егорабочего усиления. При согласованных сопротивлениях />рабочее усиление определяется по формуле:
/>, дБ
где />напряжение на выходеусилителя; />напряжение на входеусилителя.
Наличиенелинейных искажений в линейных, усиливающих одновременно сигналы различныхканалов, приводит к тому, что паразитные нелинейные продукты могут попадать изодних каналов в другие. Взаимные помехи каналов проявляются в этих случаях ввиде шума, мешающего качественной передаче.
Количественнооценить нелинейные искажения, можно с помощью коэффициента нелинейных искажений/> или коэффициента затухания нелинейности а/> по формуле а/>= 20 lg />, Дб.
Примечание. Вкаскадах предварительного усиления для унификации расчётов используютсятранзисторы того же типа, что и в оконечном каскаде.
Обычнонаибольшее значение в усилителях имеют вторые и третьи гармоники основногосигнала, поэтому в линейных усилителях величина затухания нелинейности задаетсяпо второй и третьей гармоникам:
A2г=20lg 1/K2г, дБ; а3г=20lg 1 /K3u, дБ
где К2г иК3г – коэффициенты нелинейных искажений по второй и третьей гармоникам.
Величинанелинейных искажений нормируется обычно при выходной мощности усилителя, равноймощности 1 мВт (при нулевом уровне на выходе); тогда затухание нелинейности повторой гармонике обозначается а/>, а потретьей а/>.
Весьмасущественной является высокая стабильность величины и частотной зависимостиусиления усилителя во времени. Как известно, причинами нестабильности вовремени характеристик усилителя являются старение транзисторов, их замена,изменение напряжения питания усилителя и температуры окружающей среды.
Нестабильностьусилителя /> определяется по формуле
/>=20lg*(1+/>), дБ.
Где /> — изменение коэффициентаусиления, отн. ед.; /> — коэффициентаусиления, отн. ед.
Входные ивыходные сопротивления линейных усилителей должны быть согласованны ссопротивлениями подключаемых к ним цепей. Степень несогласованности входногосопротивления усилителя /> исопротивления источника />, атакже выходного сопротивления усилителя /> исопротивления нагрузки /> определяетсякоэффициентом отражения />и />
/>= /> и />=/>.
Требования ккоэффициенту отражении должны выполняться во всём рабочем диапазоне частот.
Собственныепомехи усилителя нормируются величиной допустимого уровня собственных помех,приведённых ко входу усилителя Р />.Собственныепомехи усилителя, как правило, определяются входным каскадом, поэтому входнойкаскад должен быть малошумящим и иметь возможно большие усиление по мощности.
Затуханиелинии возрастает с повышением частоты и зависит от типа линии и длины участка.Кроме того, затухание участков линии не остаётся постоянным во времени, аизменяется при изменение внешних условий, воздействующих на параметры линии.
При этомзатухание на разных частотах изменяется различным образом, т.е. изменяется нетолько его величина, но и форма частотной характеристики затухания. Дляподземных кабельных линий изменение внешних условий заключается в изменениитемпературы почвы. Таким образом, линейный усилитель должен не толькокомпенсировать затухание прилегающего участка линии, но и корректироватьвносимые линией амплитудно-частотные искажения.
Цепьотрицательной обратной связи (ООС) содержит: переменный удлинитель,обеспечивающий частотно-независимое ручное регулирование усилителя под длинуусилительного участка, так называемое установочное усиление />;
частотно-зависимыйчетырехполюсник с постоянными параметрами, обеспечивающий заданнуюамплитудно-частотную характеристику, иначе называемый контуром начальногонаклона (КНН);
частотно-зависимыйчетырехполюсник с переменными параметрами, обеспечивающий плавную регулировкуусиления в соответствии с температурными изменениями затухания цепи (контуравтоматической регулировки АРУ).
Поскольку ккачественным показателям линейного усилителя предъявляются высокие требования,это предопределяет использование в их схемах достаточно глубокой общей ООС,которая организуется помощью дифференциальных систем на входе и выходеусилителя (рис. 2).
Дифференциальныесистемы представляют собой шестиполюсники мостового типа, позволяющиереализовывать комбинированную обратную связь. Трансформаторная дифференциальнаясистема содержит дифференциальный (трёх обмоточный) трансформатор и балансноесопротивление, которое является опорным при сбалансировании дифференциальнойсистемы. Так как выход цепи ООС и источника сигнала подключены к различнымдиагоналям входной дифференциальной системы, а вход цепи ООС и сопротивлениенагрузки – к различным диагоналям выходной дифференциальной системы, приизменение глубины ООС входное и выходное сопротивление усилителя практически небудет меняться.
Использованиеглубокой ООС, вводимой с помощью дифференциальных трансформаторов, позволяетпомимо всего согласовывать входное и выходное сопротивления усилителя ссопротивлениями внешних цепей.
1. Обоснованиевыбора структурной схемы усилителя
Структурнаясхема линейного усилителя представлена на рис. В качестве входного и выходногоустройства линейного усилителя используются трансформаторные дифференциальныесистемы.
Оконечныйкаскад (ОК) усилителя обеспечивает заданную мощность сигнала в нагрузке придопустимых, с учетом действия ООС, нелинейных искажений.
Достаточнаявеличина тока (напряжения) сигнала, необходимого для управления оконечнымкаскадом, обеспечивается каскадами предварительного усиления (КПУ).
Значениякачественных показателей (затухания нелинейности, нестабильность и т.д.).Определяются максимальной глубиной ООС, которая охватывает все каскадыусиления.
В цепь общейООС для компенсации затухания усилительного участка и коррекции вносимых линийамплитудно–частотных
Искаженийвключаются: переменный удлинитель (дБ); контур начального наклона (КНН), контуравтоматической регулировки (АРУ). Источником сигнала и нагрузки служит линиясвязи.
2. Ориентировочныйрасчет числа каскадов усиления
Числокаскадов усиления определяется из формулы
N = />=/>=3;
где Sбез ос – усиление усилителя безобратной связи дБ;
Sбезос = S + Aос= 40+20 =60;
где S = 40 дБ; S номинальное усилениеусилителя по таблице;
Aос – глубина ООС,выбирается в пределах 20–30 дБ; берем значение Aос=20, Sкаск – усиление одногокаскада, выбирается в пределах 20–25 дБ. Берем значение Sкаск =20, N=3.
Выбираем 3каскада.
3. Обоснованиевыбора принципиальной схемы усилителя
Принципиальнаясхема простейшего трехкаскадного линейного усилителя, составленного согласноописанной ранее структурной схеме, приведена на рис. Усилитель состоит из трехкаскадов по схеме с ОЭ на транзисторах V1, V2, V3. Ток покоя каждогокаскада стабилизируется с помощью эмиттерных схем стабилизации. Между первым ивторым каскадом связь непосредственная, между вторым и третьим – осуществляетсячерез разделительный конденсатор C8.
Отсутствиеделителя напряжения и разделительного конденсатора на входе второго каскададает экономию количества элементов схемы и некоторую экономию тока питания,кроме того, отсутствие разделительного конденсатора снижает амплитудно-частотныеискажения на низких частотах.
Однакоиспользование непосредственной связи имеет недостаток – требуется большеенапряжение питания. Так как для второго каскада делителем напряжения служитпервый каскад, все колебания режима первого каскада вызывают колебания режимавторого. Поэтому в этой схеме важна особенно стабилизация режима первогокаскада.
Дляослабления паразитной обратной связи между каскадами через общий источникпитания цепь питания содержит фильтрующие цепи R6, C3, R1, C5. Входные и выходныеустройства усилителя выполнены на дифференциальных трансформаторах Т1, Т2.Резисторы R1,R16 – балансные. Вусилителе применена общая ООС, организуемая с помощью входного и выходногоустройств. В пассивной части цепи ООС включены контур АРУ, КНН и переменныйудлинитель R7,R10, R12. По входу и выходуимеет место комбинированная ООС. Обратная связь осуществляется только попеременному току, поэтому на входе и выходе цепи ООС установлены разделительныеконденсаторы C2,C11.
Конденсаторы C1, C7, C10 создают, путьвысокочастотного обхода пассивной части петли ООС и предотвращает возможностьсамовозбуждения усилителя за пределами его рабочего диапазона частот.
4. Расчетоконечного каскада
Оконечныйкаскад обеспечивает получение заданной мощности сигнала в нагрузке, при этом ондолжен вносить допустимые нелинейные искажения. В линейных усилителяхаппаратуры систем передачи используются однотактные трансформаторные оконечныекаскады с включением транзистора по схеме с ОЭ. Усилительный элемент(транзистор) в таких каскадах работает в режиме А, что позволяет получитьсравнительно небольшие нелинейные искажения.
Типтранзистора оконечного каскада выбирается по максимальной допустимой рассеиваемоймощности коллектора Рkmaxи граничной частотекоэффициента передачи тока fгр в схеме с ОЭ. При этом должны выполнятьсяусловия: fгр ≥(40÷100) fв; Рк мах ≥(4÷5) Рн,где Рн – мощность, отдаваемая в нагрузку.
fгр ≥ 80*552 = 4416 кГц;Рк мах ≥ 5*45 = 225 мВт.
Параметрытранзистора ГТ312АСтруктура транзистора n-p-n
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ ƒгр, МГц 80
Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора P к max, мВт 225
Коэффициент передачи тока биполярного транзистора в режиме малого сигнала в схеме с ОЭ: h21э min 10
h21э max 10
Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор – эмиттер Uкэ mах, В 20
Максимально допустимый постоянный ток коллектора I k max, мA 30
Объемное сопротивление базы на высоких частотах rб', Oм 100
Изпроведенных расчетов выбирается транзистор типа ГТ312А.
Определяетсярабочая область характеристики транзистора. Для этого на выходныххарактеристиках транзистора строится характеристика максимально допустимоймощности рассеяния:
Iк1 = />= />= 45 мA
Iк2 =/>= 22,5 мA
Iк3 =/>= 15 мA
Iк4 =/>= 11,25 мA
Дляпостроения этой характеристики задается значения Uкэ для транзистора ГТ312А от5 В до 25 В.
На осинапряжений отмечаются эти значения и восстанавливаются перпендикуляры допересечения с соответствующим каждому значению Uкэ току Iк. Затем полученные точкисоединяются плавной линией, (Рис. 3.) далее проводятся линии,соответствующие Uкэ мах и Uост. Значение Uост определяется графически, для этого опускается наось напряжений перпендикуляр из точки перегиба верхней вольт – ампернойхарактеристики.
/>
Определениерабочей области характеристик транзистора ГТ312А
Определяетсянапряжение покоя транзистора по максимально допустимому напряжению Uкэ мах:
Uко ≤ />= /> = 10,63 ≈ 11B;
Определяетсямощность, отдаваемая транзистором с учетом заданного КПД трансформатора ηтр= 0,9:
Р'~ =/>= />= 50 мВт;
Определяетсямощность рассеяния на коллекторе транзистора:
Рко= />= />= 138,9 мВт;
где ηА– максимальный КПД каскада в режиме А, принимается равным 0,4;
ηос– коэффициент, учитывающий потери мощности сигнала в цепи обратной связи,принимается равным 0,9;
Ток покоярассчитывается, исходя из мощности рассеяния на коллекторе транзистора:
Iко = />= />= 12,6 мА;
На семействевыходных характеристик транзистора (Рис. 4.) отмечаются выбранные Uко, Iко и определяетсясоответствующей точке покоя ток базы Iбо (входной ток) Полученное значение Iбо отмечается на входнойхарактеристике и определяется соответствующее ему напряжение смещения Uбо.
Uко = 11 В;
Iко = 12,6 мА
Iбо = 0,22 мА;
Uбо = 0,4 В;
Определяетсяамплитуда напряжения выходного сигнала:
Uкm ≤ Uко — Uост = 11 – 1,25 = 9,75 В;
Определяетсяамплитуда тока выходного сигнала:
Iкm = />= />= 10,26 мА;
Строитсянагрузочная прямая переменного тока. Для этого на семействе выходныххарактеристик транзистора от координаты точки покоя на оси токов внизоткладывается амплитуда тока Iкм, а от координаты точки покоя вправо – амплитуданапряжения Uкм. Пересечением уравнений Iко – Iкм и Uко + Uкм определяется точка М. Через точку М и точкупокоя проводим нагрузочную прямую переменного тока.
Iко – Iкm = 12,6 – 10,26 = 2,34мА;
Uко + Uкm = 11 + 9.75 = 20,75 ≈21 В;
На семействевыходных характеристик транзистора отмечается точка N на нагрузочной прямойпеременного тока, соответствующая пересечению уровня Uост и нагрузочной прямой.
Определяетсясоответствующий точкам M и N входной ток. Точке М будет соответствовать минимальныйвходной ток Iбmin, а точке N – Iб maxмаксимальный.
Iбmin= 0, 08 мА;
Iб max= 0,5 мА;
Определяетсяамплитуда тока входного сигнала:
Iбm = />=/> = 0,23 мА;
Определяетсямощность, отдаваемая транзистором в выбранном режиме:
Р~ =/>=/>= 50,1 мВт;
Сравниваютсяполученная величина Р~ с Р'~.Условиесоблюдается:
Р~ ≥Р'~ = 50,1 мВт ≥ 50 мВт
На входнойхарактеристике транзистора отмечаются токи Iб max, Iбо, Iбmin, и определяетсясоответствующие этим токам значения входного напряжения.
Uбэ мах = 0,6 В;
Uбэ min =0,38 В;
Определяетсяамплитуда напряжения входного сигнала:
Uбm= />= />= 0,14 В;
Определяетсякоэффициент усиления по напряжению:
К = />= />= 69,6 ≈ 70 раз;
Определяетсявходное сопротивление транзистора:
Rвх = />= />= 608 Ом;
Определяетсясопротивление нагрузки выходной цепи:
R~ =/>= />= 950 Ом;
Определяетсямощность, потребляемая выходной цепью транзистора от источника питания:
Р/> = Iко * Uко = 12,6 *11= 138,6 мВт;
Определяетсяфактический коэффициент полезного действия выходной цепи:
ηф= />= />= 0,36;
/>
Входная характеристикатранзистора ГТ312А
Таблица 1
Nкаск
Uко3, В
Iко3, mА
Uбо3, В
Iбо3, mА
К3
Rвх 3, Ом
R~ 3, Ом
ηф 3 11 12,6 0,42 0,22 70 608 950 0,36
5. Расчетэлементов схемы по постоянному току
Расчетначинается оконечного каскада. Для удовлетворительной стабилизации точки покояв оконечном каскаде определяется ток делителя третьего каскада:
Iд3 = (5 ÷ 10) Iбо3 = 6 * 0,22 = 1,32 мА;
Напряжение нарезисторе в цепи эмиттера третьего каскада составит:
UR15 = (5÷10) Uбо3 = 6 * 0,42 =2,52 В;
/>
Расчётоконечного каскада по постоянному току
Определяетсясопротивление резистора в цепи эмиттера третьего каскада:
R15 = />=/>= 196,6 ≈ 200 Ом;
Определяеммощность резистора в цепи эмиттера третьего каскада:
РR15= (Iко3 + Iбо3)* UR15= (12,6 + 0,22) *2,52= 32,3 мВт;
Определяетсянапряжение источника питания:
Е = UR15 + Uко3 + Iко3*R16 = 2,52 +11 +12,6 * 10/>* 200= 16,04 ≈ 16 В;
где
R16≈ (1/5) R~ = 0,2 * 950 = 191 ≈200 Ом;
Напряжение нарезисторе в цепи эмиттера третьего каскада:
UR15 = (Iко3 + Iбо3)* R15 = (12,6 *10-3+ 0,22 * 10-3) * 200 = 2,5 В;
Определяеммощность резистора в цепи эмиттера третьего каскада:
РR16 = Iко32*R16 = 12,62 * 200 =31752 мВт ≈ 31,8 Вт;
Определяетсясопротивление резисторов делителя смещения:
R13 = /> = />= 8592 Ом ≈ 9,1 кОм
Определяеммощность резистора в цепи эмиттера третьего каскада:
РR13 =(Iд3 + Iбо3)*(E–Uбо3–UR15)=(1,32+0,22)*(16–0,42–2,5)=20,1 мВт;
Сопротивлениена резисторе в цепи эмиттера третьего каскада:
R14 = />= />= 2212 ≈2,2 кОм;
Определяеммощность резистора в цепи эмиттера третьего каскада:
РR14 = Iд3 * (Uбо3 + UR15) = 1,32 * (0,42 + 2,52) = 3,9мВт;
Прежде чемперейти к расчету каскадов предварительного усиления, наносятся заданныекоординаты точки покоя первого и второго каскадов предварительного усиления навыходные характеристики транзистора, определили Uбо, Iбо.
Таблица 2Номер каскада
Uко1, В
Iко1, мА
Uбо1, В
Iбо1, мА 1 3 2 0,32 0,04 Номер каскада
Uко2, В
Iко2, мА
Uбо2, В
Iбо2, мА 2 4 3 0,36 0,05
Режим работыкаскадов предварительного усиления определяется условием получениямаксимального усиления, а во входном каскаде – условием получения максимальнойпомехозащищенности.
Для расчетакаскадов предварительного усиления задается напряжение на резисторах UR6 = UR11 = 1В.
/>/>
/> />
Расчёткаскадов предварительного усиления по постоянному току
Ток делителяпервого каскада составит:
Iд 1 = (5 ÷ 10) Iбо 1 = 5 * 0,04 = 0,2 мА;
Напряжение нарезисторе в цепи эмиттера первого каскада составит:
UR5 = (5 ÷ 10) Uбо 1 = 5*0,32 = 1,6 В;
Определяеммощность резистора в цепи коллектора первого каскада:
РR5 = (Iбо 1 + Iко 1) * UR5 = (0,04 + 2) * 1,6 = 3,3 мВт;
Определяетсясопротивление резистора в цепи коллектора первого каскада:
R5 = />= />=784 ≈ 820Ом;
Определяетсясопротивление резистора в цепи коллектора первого каскада:
R4 = />= />= 4563 ≈ 4,7 кОм;
Определяеммощность резистора в цепи коллектора первого каскада:
РR4 =(Iбо 2+Iко 1)*(E–UR6-UR11–UR5)=(0,05+2)*(16–1–1–3–1,6)= 19,27 мВт;
Определятсясопротивление резисторов делителя смещения первого каскада:
R2 = />= />= 50333 ≈ 51 кОм;
Определяеммощность резистора делителя смещения первого каскада:
РR2 = (Iд1+ Iбо 1) * (E – UR6 – UR11 – Uбо1 – UR5) = (0,2+0,04) * (16 -1 – 1 – 0,32 – 1,6) = 2,9 мВт
Определятсясопротивление резисторов делителя смещения первого каскада:
R3 = />= />= 9600 ≈ 10 кОм;
Определяеммощность резистора делителя смещения первого каскада:
РR3 = Iд1 * UR3 = 0,2* (0,32+ 1,6) = 0,4 мВт;
Определяетсясопротивление резистора в цепи эмиттера второго каскада:
R9 = />= />=1390 ≈ 1,5 кОм;
Определятсянапряжение резистора в цепи коллектора второго каскада:
UR9 = (/>+/>) * R9 = (/>) * 1390 = 4,3 В;
Определяеммощность резистора в цепи коллектора второго каскада:
РR9 = (/>) * UR9 = (/>) * 4,3 = 13 мВт;
Определяетсясопротивление резистора в цепи коллектора второго каскада:
R8 = />= />= 2233 ≈ 2,2 кОм;
Определяеммощность резистора в цепи коллектора второго каскада:
РR8= />* (Е – UR11 – UR9 – Uко2) = 3 * (16 – 1 – 4,3 – 4) = 20 мВт;
Определяетсясопротивление резисторов фильтрующих цепей:
R6=/>=/>= 437≈ 470 Ом
Определяеммощность резистора в цепи коллектора второго каскада:
РR6= (/>) * UR6 = (/>) * 1 = 2,3 мВт;
Определяетсясопротивление резисторов фильтрующих цепей:
R11= />=/>=189≈200 Ом
Определяеммощность резистора в цепи коллектора второго каскада:
РR11= (Iд 1 + Iко 1 +Iбо 1 + Iбо 2 + Iко 2) * UR11=(/>) * 1= 5,29 мВт;
Переченьэлементов схемыНомер позиции Наименование Кол-во Примечание Т1 Трансформатор 1 Т2 Трансформатор 1 VT1 Транзистор ГТ312А 1 VT2 Транзистор ГТ312А 1 VT3 Транзистор ГТ312А 1 C Конденсатор 11 R2 МЛТ 0,122 51 кОм ±5% 1 R3 МЛТ 0,122 10 кОм ±5% 1 R4 МЛТ 0,122 4,7 кОм ±5% 1 R5 МЛТ 0,122 820 Ом ±5% 1 R6 МЛТ 0,122 470 Ом ±5% 1 R7 МЛТ 0,122 200 Ом ±5% 1 R8 МЛТ 0,122 2,2 кОм ±5% 1 R9 МЛТ 0,122 1,5 кОм ±5% 1 R10 МЛТ 0,122 20 Ом ±5% 1 R11 МЛТ 0,122 200 Ом ±5% 1 R12 МЛТ 0,122 200 Ом ±5% 1 R13 МЛТ 0,122 9,1кОм ±5% 1 R14 МЛТ 0,122 2,2 кОм ±5% 1 R15 МЛТ 0,122 200 Ом ±5% 1 R16 МЛТ 0,122 200 Ом ±5% 1
6. Расчетглубины общей отрицательной обратной связи (ООС)
Введение вусилитель цепи ООС позволяет улучшить качественные показатели усилителя:уменьшить нелинейные искажения, увеличить стабильность коэффициента усиления,уменьшить коэффициент отражения и т.д.
1.Определяется глубина ООС по допустимым нелинейным искажениям, для чегоопределяется величина затухания нелинейности по второй и третьей гармоникам а2г,а3г в зависимости от коэффициента полезного действия выходнойцепи оконечного каскада (без обратной связи).
Так как взадании на курсовой проект затухания по второй и третьей гармоникам заданы привыходной мощности усилителя, равной 1 мВт (при нулевом выходном уровне), тозатухания нелинейности а2г, а3г следует также привести кнулевому выходному уровню по формулам:
а'2го =а2г + 10 lg* (Pн/1мВт) =30 + 16,5= 46,5 дБ;
а'3го =а3г + 20 lg* (Pн/1мВт) = 34,7 + 33 = 67,8 дБ;
Таблица 3η 0,36
а2г3 30
а3г 34,7
Дляобеспечения заданных величин затухания нелинейности а2г и а3г(с обратной связью) глубина ООС должна удовлетворять условиям:
Аос1≥а2го — а'2го = 70 –46,5 = 23,5 дБ;
Аос2≥а3го — а'3го = 85 –67,8 = 17,2 дБ;
где Аос1,Аос2 – глубина ООС в дБ.
2.Определяется глубина ООС, исходя из допустимой нестабильности усиления.Нестабильность усиления каскада без обратной связи вызвана, главным образом,усилительного элемента и определяется опытным путем.
Припроектировании усилителя можно принять для одного каскада ∆К/К = 0,15.Так как нестабильность усиления ΔSt (с обратной связью)задана в децибелах, то в относительных единицах:
∆К/К =100,05 ΔSt- 1 = 100,05*0,8 — 1 = 1,096 – 1 = 0,096
Такимобразом, глубина ООС определяется по формуле:
Аос3 ≥20 lg />= 8,63 дБ;
где N – число каскадовусиления;
∆St – заданная величинанестабильности усиления дБ;
0,15 –средняя нестабильность усиления в усилительном каскаде без обратной связи.
3.Определяется глубина ООС, исходя из допустимого коэффициента отражения. Наличиереактивных элементов во входной и выходной дифференциальных системахобусловливает неравномерность согласования усилителя с внешними цепями почастоте. В усилителе рассматриваемой структуры коэффициент отражение достигаетнаибольших значений на крайних частотах рабочего диапазона. Таким образом,максимально возможный коэффициент отражения на средней частоте, значениекоторого должно быть обеспечено при выборе глубины ООС, определяется по формуле:
δср =0,5δ = 0,5 * 0,09 = 0,045;
где δ – заданныйкоэффициент отражения на входе и выходе усилителя.
Глубина ООСопределяется по формуле:
Аос4 ≥20 lg />= 20 lg*/>= 30,5 дБ;
4. Выбираетсяглубина ООС усилителя. Величину Аос принимается равной наибольшей изполученных четырёх значений Аос1, Аос2, Аос3,Аос4. Выбранное значение А ос4= 30,5 для дальнейшихрасчетов переводим из децибел в относительные единицы по формуле:
F = 100.05 Аос4 =100,05*30,5= 33,8;
где F – глубина ООС вотносительных единицах.
7. Проверочныйрасчет коэффициента усиления усилителя по напряжению
Определяетсявходное сопротивление R вх транзистора первого и второго каскадов, h21э берем равным 10
R вх тр1 = r'б+/>= 100 + />= 1400 Ом;
R вх тр2 = r'б+/>= 50 + 26*/>= 967 Ом;
Таблица 4Номер каскада
h21э min
R вх 1, Ом 1 10 1400 Номер каскада
h21э min
R вх 2, Ом 2 10 967
Определяетсясопротивление нагрузки переменному току второго каскада:
R~2 = />= />=
=/>=/>= 464 Ом;
где
Rд3 = />= />= />= 1772 Ом;
Определяетсякоэффициент усиления по напряжению второго каскада:
К 2 =/>= />= 5;
Определяетсякоэффициент усиления по напряжению первого каскада:
К 1=/> = />= 33,6;
Определяетсякоэффициент усиления по напряжению усилителя без учета ООС:
К'= К1*К2*К3 =33,6*5*70 = 11725
Определяетсяфактический коэффициент усиления по напряжению усилителя с учетом ООС:
Кф= />= />= 300;
где 1,2 –коэффициент запаса, учитывающий разброс параметров элементов схемы:
F – глубина общейотрицательной обратной связи, в относительных единицах
Сравниваетсяфактический коэффициент усиления усилителя с заданной величиной S, которую перевели издецибел в относительные единицы: К = 100,05 *S= 100,05 * 40 =100;
Полученноефактическое значение коэффициента усиления соответствует заданному, т.е. 300 >100, Кф > К в 3 раз.
Вводимместную ООС во второй каскад. В этом случае сопротивление в цепи эмиттеравторого каскада будет состоять из двух последовательно соединенных резисторов R’/> и R’/>.
При введениеместной обратной связи в третий каскад
Fм=Fм2+Fм3
где Fм2, Fм3 – глубина местнойобратной связи во втором и третьем каскаде.
8. Расчетудлинителя в цепи общей ООС
Определяется коэффициентпередачи цеп общей ООС по формуле:
β = /> = />=0,1;
гдекоэффициент в числителе определяется схемой и параметрами входного и выходногоустройства; К – заданный коэффициент усиления по напряжению усилителя, вотносительных единицах.
Определяетсясопротивления резисторов R10, R7 = R12 Т – образного удлинителя:
R7 = R12 = Rс * />= 200*/>= 198; ≈ 200 Ом;
R10 = Rс*/>= 200*/>=19,8 ≈20 Ом;
где Rс – характеристическоесопротивление удлинителя.
9. Заключениепо результатам расчетов
Мы выбралитранзистор ГТ312А со структурой типа n-p-n, произвели соответствующие расчеты усилителя и получили ожидаемоеусиление.
Числокаскадов = 3.
fгр мГц
Рк мах
Uбо3
Iбо3
К3
Rвх 3
R~ 3,=
ηф 44,1 225 мВт 0,42 В 0,22 мА 70 608 Ом 950 Ом 0,36
Сравнив К/> и заданный К я получилаотношение в 3 раза. Поэтому ввёла местную ООС во втором каскаде.
Использованнаялитература
1. Электронные усилители.Методическая разработка для выполнения контрольных работ, курсового идипломного проектов для учащихся ВЗТС и заочных отделений техникумов связи. –М.: Радио и связь, 1982.
2. Мурадян А.Г., Разумихин В.М.,Творецкий М.С. Усилительные устройства. – М.: Связь, 1976.
3. Цыкина А.В. Усилители.Учебное пособие. – М.: Радио и связь, 1982.
4. Основные правилавыполнения схем и графиков. – М.: Связь, 1976.
5. Дипломноепроектирование. Методические указания для дипломного проектирования. – М.:Радио и связь, 1983.
6. Л.М. Невдяев.Телекоммуникационные технологии. Москва 2002.