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 rкэ(нас. )=40 Ом. Постоянная времени цепи обратной связи: tк
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. 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” Оценка по постоянному току. А. Ч. Х. усилителя. 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.