Принципиальные схемы однотактного резисторного каскада предварительного и инвертирующего усилителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача № 1. Начертить принципиальную схему однотактного резисторного каскада предварительного усиления на БТ, включенном по схеме с ОЭ с эмитерной стабилизацией точки покоя. Рассчитать параметры элементов схемы, режим работы каскада по постоянному току, коэффициент усиления в области средних частот, входные параметры каскада и амплитуду входного сигнала.

Таблица 1. Исходные данные

Таблица 2. Справочные параметры

Принципиальная схема каскада (рис.1).

Рисунок 1

Рассчитывается общая нагружающая каскад емкость:

где С_ВЫХ.VT - выходная емкость транзистора, которую можно принять приблизительно равной емкости коллекторного перехода С_К;

С_М - емкость монтажа, которую можно взять примерно равной 5 пФ.

Находится эквивалентное сопротивление выходной цепи каскада в области верхних частот с учетом заданного относительного коэффициента усиления Y_В на верхней частоте

В соотношении:

можно пренебречь влиянием большого выходного сопротивления R_ВЫХ.VT транзистора VT:

Следовательно

Для R_К применяем резистор из ряда Е24 с сопротивлением 680 Ом.

Определяется амплитуда тока в нагрузке I_mН и ток покоя транзистора i_К0

Напряжение покоя U_КО должно быть в несколько раз больше амплитуды сигнала. По условию U_m.Н < 2В. Поэтому удобно принять U_К0 = 5В (при этом напряжении обычно измеряются параметры транзисторов).

Расчет элементов схемы эмиттерной стабилизации тока покоя начинается с определения величин токов базы i_Б0 и делителя i_Д.

Постоянный ток базы (ток смещения)

Ток делителя смещения:

Падение напряжения на резисторе R_Э

Тогда

Для R_Э применяем резистор из ряда Е12 с сопротивлением 270 Ом.

Входное сопротивление транзистора VT

где r_ББ' - сопротивление базы.

Потенциал базы U_Б0

где U_БЭ0 ? 0,5 В - напряжение база - эмиттер для маломощных кремниевых транзисторов при токе покоя, измеряемого единицами миллиампер. Расчетная величина тока покоя устанавливается при настройке путем подбора сопротивлений резисторов базового делителя.

Напряжение источника питания

Сопротивление резисторов делителя

Для R_Б применяем резистор из ряда Е24 с сопротивлением 18 кОм.

Для R применяем резистор из ряда Е24 с сопротивлением 4,3 кОм.

Коэффициент усиления каскада

Входное сопротивление и входная емкость каскада

сопротивление эмиттера:

где f_Т - граничная частота транзистора;

С_К - емкость коллектора.

Амплитуда входного сигнала U_m.ВХ:

Величина допустимых искажений в области нижних частот распределяется с учетом разрешенной к применению элементной базы и других соображений между переходной цепью Y_{Н .Ср.вых} и цепью С_ЭR_Э - Y_Н.Сэ.

В данном случае ограничений нет и можно принять

Для С_p.вых используем конденсатор типа К4-13 с номинальной емкостью 0,01 мкФ.

где крутизна характеристики тока эмиттера

Где эквивалентное сопротивление тракта, предшествующего транзистору VT:

Для С_Э используем конденсатор типа К50-6 с номинальной емкостью 200мкФ.

Задача №2. Начертить принципиальную схему инвертирующего усилителя на ОУ без указания цепей подачи питания и балансировки (установки нуля), цепей коррекции АЧХ. Рассчитать параметры элементов принципиальной схемы, кроме разделительного конденсатора на входе схемы, определить максимально допустимую амплитуду входного сигнала и граничную частоту (иначе, частоту среза или частоту полюса) АЧХ спроектированного усилителя, глубину обратной связи F.

Исходные данные для расчета приведены в таблице 3.

Таблица 3. Исходные данные

Принципиальная схема усилителя (рис.2).

Рисунок 2

Определим сопротивление защиты R_ЗАЩ:

где u_{ВЫХ. МАКС} - максимальная амплитуда выходного сигнала; I_{ВЫХ.МАКС} - максимальный постоянный выходной ток.

Для R_защ используем резистор из ряда Е24 сопротивлением 5,1 кОм

Рассчитаем сопротивление R_ОС

Для R_ОС используем резистор из ряда Е24 сопротивлением 154 кОм

Для расчета R₁ рассчитаем сквозной коэффициент усиления ОС с обратной связью К*_ОУ.ОС и коэффициент усиления по напряжению с обратной связью К_ОУ.ОС, они практически равны друг другу К*_ОУ.ОС = К_ОУ.ОС:

где К*_ОУ и К_ОУ -сквозной коэффициент усиления и коэффициент усиления по напряжению ОУ без ОС соответственно, которые практически равны К*_ОУ ? К_ОУ.b - коэффициент передачи цепи обратной связи. b можно выразить через R_ИСТ, R₁ и R_ОС

резисторный каскад инвертирующий усилитель

Поскольку по условию заданы К_ОУ и К_ОУ.ОС, то в дальнейшем используем формулу для К_ОУ.ОС.

Согласно выражению для К_ОУ.ОС, рассчитываем b :

По найденному b находим сопротивление R₁

Для R₁ используем резистор из ряда Е12 сопротивлением 680 Ом

Для того, чтобы не дебалансировать усилитель за счет входных токов, выбираем R₂ = R_ОС=154 кОм.

Рассчитаем входное и выходное сопротивления:

емкостная составляющая цепи ООС создается за счет проходной емкости С_ПР резистора R_ОС. Тогда

С_{ВХ.ОУ.ОС} С_ПР К_ОУ.О

где С_ПР » 1пФ

Максимальная амплитуда выходного сигнала u_m.ВХ зависит только от максимальной амплитуды выходного сигнала и коэффициента усиления:

Глубина обратной связи

Определим граничные частоты ОУ без ОС и с ОС f_ГР и f_ГР.ОС.

Для проведения инженерных расчетов воспользуемся идеализированной АЧХ, приведенной на рис.3. На оси ординат в логарифмическом масштабе отметим заданную величину коэффициента усиления без ОС К_ОУ, а на оси абсцисс - частоту единичного усиления f₁ (это частота, на которой К_ОУ уменьшается до единицы). К_ОУ = 2•10⁴, f₁ = 1МГц.

От отметки К_ОУ = 2•10⁴ на оси ординат проведем прямую, параллельную оси абсцисс до частоты f_ГР:

Соединяем эту точку с отметкой f₁. Всегда наблюдается закономерность: чем больше К_ОУ тем меньше f_ГР.

Рисунок 3

Для нахождения граничной частоты f_ГР.ОС на оси ординат идеализированной АЧХ отметим заданный коэффициент усиления с ОС К_ОУ.ОС = 200 и проводим прямую, параллельную оси абсцисс до пересечения с АЧХ. Из точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось абсцисс, получаем

f_ГР.ОС?6•10³ Гц=6 кГц

АЧХ спроектированного усилителя будет ограничиваться горизонтальной пунктирной линией и склоном АЧХ ОУ.

Список литературы

1. Травин Г.А. Основы схемотехники устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения. Ч.1. Учебное пособие для вузов и факультетов связи. Новосибирск, СибГУТИ, 2001. - 196с.

2. Травин Г.А. Основы схемотехники устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения. Ч.2. Учебное пособие для радиотехнических специальностей вузов. Новосибирск, СибГУТИ, 2002. - 354с.

3. Травин Г.А. Схемотехника и расчет бестрансформаторных усилителей сигналов звуковых частот. Учебное пособие для вузов и факультетов связи. Новосибирск, СибГУТИ, 2003. - 148с.

Размещено на Allbest.ru