Розрахунок схеми широкосмугового підсилювача
МІНІСТЕРСТВО ЗАГАЛЬНОЇ ТА ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ Укаїни
РЯЗАНСЬКА ДЕРЖАВНА РАДІОТЕХНІЧНА АКАДЕМІЯ
Пояснювальна записка до курсового проекту з курсу:
«Електронні ланцюги та мікросхемотехніка».
Розрахунок широкосмугового підсилювача
Виконав: Абабков А.В. гр.523
Перевірив: Борисовський А.П..
2. Принципова схема широкосмугового підсилювача
3. Опис схеми широкосмугового підсилювача 6
4.1. Розрахунок вхідного каскаду 7
4.2. Розрахунок проміжного каскаду 10
4.3. Розрахунок вихідного каскаду 13
5. Розрахунок емітерних ємностей 16
6. Розрахунок фільтра 16
7. Розрахунок роздільних ємностей 17
8. Оцінка нелінійних спотворень 17
9.Моделювання роботи схеми підсилювача в Micro-Cap 8 19
Список літератури 22
Широкосмугові підсилювачі широко застосовуються в апаратурі радіозв'язку та вимірювальної техніки. Як правило, широкосмугові підсилювачі складаються з декількох каскадів, оскільки в більшості випадків одиночні каскади не забезпечують необхідне посилення і задані параметри підсилювачів. Тому підсилювачі, які застосовують у техніці, як правило, багатокаскадні. При аналізі та розрахунку багатокаскадного підсилювача необхідно визначити загальний коефіцієнт посилення підсилювача, розподілити його за каскадами, визначити вимогу до джерел сигналів, вирішити питання запровадження зворотних зв'язків тощо. У більшості випадків типовий широкосмуговий підсилювач складається з трьох каскадів: вхідного, проміжного, вихідного або кінцевого. Вхідний каскад здійснює узгодження джерела сигналу з підсилювачем, проміжний виконує основне посилення сигналу, вихіднийпередає сигнал у навантаження, як правило, низькоомне, здійснюючи, в основному посилення по струму.
3. Опис схеми широкосмугового підсилювача
Схема широкосмугового підсилювача складається з наступних елементів:
- фільтр високої частоти;
Вхідний каскад необхідний для узгодження генератора, що володіє внутрішнім опором з проміжним каскадом. У вхідний каскад введена місцева ООС змінного струму, зміною коефіцієнта якої досягається заданий коефіцієнт посилення всього підсилювача. Сигнал з виходу проміжного каскаду надходить на фільтр верхніх частот, який визначає задану верхню граничну частоту підсилювача, нижня гранична частота визначається величинами розділових ємностей.
Після фільтра сигнал надходить на проміжний каскад підсилювача, який з усіх трьох каскадів має найбільше посилення. Далі посилений сигнал через вихідний каскад передається у навантаження. Вихідний каскад має ООС по струму, що дозволяє значно зменшити нелінійні спотворення.
4.1 Розрахунок вихідного каскаду
1. Визначення напруги живлення Eп:
Тут Uвих – максимальна вихідна напруга, UКЕнас ≈1 В – падіння напруга на транзисторі в стані насичення, Uзап ≈9 В – запас напруги; З даних завдання Uвых = 3 У, отримуємо Eп = 15 У.
2. Вибір транзистора вихідного каскаду.
Для вихідного каскаду транзистор вибирають за такими параметрами: верхній граничній частоті fb , максимальній величині струму колектора Iк, найбільшому допустимому напрузі колектора UКЕ дод , максимальної потужності, що розсіюється транзистором.
Гранична частота передачі струму бази fb повинна більш ніж 5 разів перевищувати задану верхню частоту підсилювача fв :
З даних завдання fв =10 МГц отже fb ≥50 МГц.
Максимальний струм колектора вибирається за умови:
Підставляючи дані, отримуємо IKmax ≥ 240 мА. Виберемо IKmax = 240 мА, тоді струм IК0 виберемо рівним половині IKmax: IK0 = 0.5 IKmax = 120 мА.
Напруга живлення підсилювача Еп має бути менше 0.8 UКЕ дод.
Максимальна потужність, що розсіюється транзистором, повинна перевищувати величину IK0 UКЭ0 =0,9 Вт, де UКЭ0 – падіння напруги на переході колектор-емітер транзистора в робочій точці, визначається за навантажувальною прямою: = 7,5 В.
Поставленим вимогам задовольняє транзистор КТ624В. Його параметри:
ІК доп = 1,3 А & gt; 0,24 А
3. Розрахунок резисторів RК та РЕ.
Значення максимальної напруги на колекторі UKмакс = Еп = 15 В. Величину опору в ланцюзі емітера RЕ вибирають виходячи з умови, щоб падіння напруги на ньому не перевищувало величину 0,1-0,3 Еп :
Підставляючи IК0 = 0,12 А, отримуємо: РЕ = 12,5 Ом.
Опір ланцюга колектора RК розраховуємо аналогічно, задавшись напругою у ньому:
Підставивши отримані дані отримаємо: URК = 6 В. Опір RК визначається за такою формулою:
Вихідний каскад:Вихідні характеристики та навантажувальна пряма.
Вихідний каскад:Вхідні характеристики.
4. Розрахунок опору навантаження по змінному струму RН
Опір навантаження по змінному струмуRН
утворено паралельним з'єднанням RН і RК і так само:
Підставляючи, отримаємо: RН
5. Визначення вхідної провідності транзистора:
Визначаємо струм бази в робочій точці (рис. 1): Io б = 2 мА, проводимо дотичну в цій точці на вхідній характеристиці, і по дотичнійвизначаємо вхідну провідність:
6. Визначення крутості транзистора:
7. Розрахунок резисторного дільника:
За допомогою резисторного дільника визначається положення робочої точки; визначимо U0Б:
За вхідними характеристиками визначаємо U0БЕ = 0,67, U0Е = UR Е = 1,5 В і підставляючи отримуємо U0Б = 2,17 В.
Номінали резисторів розраховуються за формулами:
Нехтуючи зворотним струмом IК0, вибираючи IД = 5I0Б, розраховуємо номінали резисторів:
R1 = 1069 Ом, R2 = 217 Ом;
8. Розраховуємо вхідний опір каскаду по змінному струму:
Його величина визначається як сумарний опір паралельно включених R1, R2 і (1/y11 )*γ, де γ=1+SRЕ – глибина ООС:
Підставляючи числові дані отримуємо: RВХ = 146 Ом.
9. Визначимо коефіцієнт посилення каскаду:
4.2 Розрахунок проміжного каскаду
1. Напруга живлення Eп дорівнює напруги живлення вихідного каскаду - 15 В:
2. Вибір транзистора проміжного каскаду.
Для проміжного каскаду транзистор вибирають аналогічно транзистору вихідного каскаду: по верхній граничній частоті fb , максимальній величині струму колектора Iк, максимальної потужності, що розсіюється транзистором, і найбільшому допустимому напрузі колектора UКЕ дод . Відмінність у величині максимального струму.
Максимальний струм колектора вибирається за умови:
Тут KU 3 = 1,36 - коефіцієнт посилення вихідного каскаду, Rвх3 = 146 Ом - його вхідний опір змінного струму;
Підставляючи дані, отримуємо IKmax ≥ 51 мА. Визначимо IKmax = 60 мА, струм IК0 виберемо рівним половині IKmax: IK0 = 0.5 IKmax = 30 мА.