Многокаскадный усилитель

Размещено на http://www.allbest.ru/

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: к<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 = rэ/rб + 1/h21 = 0.103 (Нормированное относительно Fгр значение граничной частоты)

Для дальнейших расчетов по заданным искажениям в области нижних частот зададимся коэффициентами частотных искажений.

Пускай доля частотных искажений, вносимых на нижней частоте разделительным конденсатором Ср, окажется 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.

многокаскадный усилитель каскад оконечный

= 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.

2.1 А. 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.

Ориентировочное 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-11

Ф; - 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-11

Ф; - 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 = 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.

Размещено на Allbest.ru