, а
Из этих выражений можно найти значение нужных нам емкостей по формулам:
Таким образом мы получили перекоррекцию в каскаде Мн=1,45.
Расчёт делителя, входных сопротивления и ёмкости:
Проведем расчет делителя напряжения в цепи базы:
по ряду номиналов берем кОм.
по ряду номиналов возьмем кОм.
Проведем проверку:
> А.
Входное сопротивление каскада:
, где кОм,
Входное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ, при введении фактора ОС, в F раз больше входного сопротивления схемы с ОЭ без ООС.
кОм
Входная емкость каскада:
1.6 Расчёт первого каскада
Первый каскад, для увеличения входного сопротивления усилителя, а как следствие и увеличения коэффициента передачи по напряжению входной цепи, будет выполнен на полевом транзисторе. Отличие усилительного каскада на ПТ от эмиттерного повторителя (который также имеет высокое входное сопротивление) в том, что коэффициент усиления по напряжению каскада на ПТ больше 1 (реально К=1..5 в зависимости от транзистора). Расчёт каскада на полевом транзисторе несколько отличается от расчёта каскадов на биполярном транзисторе. Это несёт важную методическую функцию - при расчете одного усилителя мы разобрали три различных методики расчета каскадов на полевом/биполярном транзисторах в схемах включения с ОК и ОЭ (ОИ).
Во входном каскаде используем МДП-транзистор со встроенным n-каналом КП313А:
пФ, пФ, В, мА, мВт, мкСм, нА.
Найдём крутизну транзистора в рабочей точке
(мА, В, В) из графиков, представленных в справочнике:
мСм.
По нагрузочной прямой находим :
Ом.
Проведем расчет термостабилизации каскада:
Где: А – изменение тока утечки затвора от температуры.
- допустимое изменение тока стока в рабочей точке.
В – сдвиг напряжения между затвором и истоком при изменении температуры.
МОм – сопротивление в цепи затвора характеризует входное сопротивление каскада.
Отрицательное значение означает, что в выбранном режиме транзистор не нуждается в стабилизации.
Следовательно
Ом (по ряду номиналов возьмем Ом).
Расчёт на СЧ:
Схема замещения:
Найдем номинальный коэффициент усиления каскада:
Расчёт на ВЧ:
Коэффициент частотных искажений на ВЧ будет равен:
, где ,
Ом,
пФ.
.
Расчёт на НЧ:
Найдем значение разделительной емкости Допустимые частотные искажения
тогда:
(По ряду номиналов возьмем мкФ).
1.7 Расчёт фильтров питания. Расчёт цепей регулировки усиления. Расчёт разделительной ёмкости во входной цепи
Расчёт фильтра питания:
Фильтр по питанию рекомендуется ставить после двух инвертирующих каскадов. В нашем случае мы несколько отступим от данной рекомендации и поставим фильтр по питанию после эмиттерного повторителя (3-ий каскад), перед предоконечным каскадом.
Расчет фильтра производится следующим образом:
Задаёмся падением напряжения на фильтре:
Тогда:
Где - ток коллектора транзистора каскада 3 в рабочей точке,
мА,
- токи делителей каскадов 3 и 2, рассчитаны выше при проверке.
мкА, мкА
мА – ток стока в рабочей точке транзистора первого каскада.
Тогда сопротивление будет равно:
По ряду номиналов возьмемОм.
Емкости в цепи фильтров будут равны на частоте помехи Гц (частота питающей сети) и выше:
С запасом, по ряду номиналов возьмем мкФ.
Расчёт регулировки усиления:
Подстройку усиления будем производить изменением глубины ООС одного из каскадов и выберем для этого предоконечный каскад (так как в нём единственном остался Сэ, необходимый для реализации этого метода). Введем для этого сопротивление в цепи эмиттера. Движок резистора подключим к шунтирующей емкости .
Максимальный коэффициент усиления равен:
Минимальный коэффициент усиления возьмем равным (меньше номинального коэффициента усиления на 20…30%):
,
- максимальный фактор обратной связи для - резистора подстройки усиления.
Используем для этого подстроечный резистор СП3-28 сопротивлением 10 Ом по ряду номиналов Е6.
Оставшуюся часть сопротивления Ом (62 Ом по ряду номиналов) подключим последовательно с .
Рассчитаем номинал ёмкости Сэ для шунтирования Ом с учётом того, что мы уже рассчитали частотные искажения Мн в области НЧ для всех остальных каскадов и ввели перекоррекцию на НЧ в одном из каскадов.
Частотные искажения на НЧ заданные на весь усилитель равны: Мн=0,77
Частотные искажения вносимые всеми каскадами кроме предоконечного равны:
где Мнi – искажения вносимые i-ым каскадом.
Следовательно на предоконечный каскад, для обеспечения уровня общих искажений усилителя:
Подставив это значение в выражение для нахождения Сэ 4-го каскада (см. выше), получим:
По ряду номинальных значений с запасом выберем Сэ=500мФ.
Расчёт разделительной ёмкости во входной цепи:
Произведем расчет разделительной емкости СР во входной цепи:
По ряду номиналов возьмем пФ.
Расчёт цепи ООС:
Для устранения усиления на частотах выше Fв, введём цепь частотнозависимой отрицательной обратной связи, охватывающей все каскады кроме первого. Введение этой отрицательной обратной связи никак не влияет на свойства усилителя в полосе пропускания, но за пределами полосы она обеспечивает снижение усиления, что не даёт возможность усилителю самовозбудиться на частоте выше Fв, где может выполниться условие баланса фаз и амплитуд. Порядок расчёта следующий:
Так как цепь отрицательной обратной связи представляет из себя ВЧ-фильтр на RC-цепочке. В роли активного сопротивления будет выступать Rвх второго каскада усилителя.
Таким образом нам осталось лишь задаться коэффициентом передачи по напряжению на частоте Fв и найти значение ёмкости в цепи ООС:
Такой коэффициент передачи не увеличит уровень частотных искажений на ВЧ сверх заданных.
2. Расчет варианта усилителя на микросхемах
2.1 Анализ варианта усилителя на ИМС:
В данном варианте усилителя используем интегральную микросхему A2030H –усилитель мощности низкой частоты с дифференциальным входом и двухполярным питанием и операционный усилитель 140УД10 в качестве входного, «раскачивающего» более мощную микросхему, каскада. Микросхему A2030H и её характеристики мы нашли в литературе [5]. Будем использовать стандартную схему включения микросхемы.
Микросхему 140УД10 также будем включать в стандартном неинвертирующем включении (см [6]):
Справочные параметры микросхем:
А2030Н: 140УД10
Сопротивление нагрузки (Rн=13 Ом) в нашем случае больше чем номинальная нагрузка второго каскада. По графику, представленному в техническом описании, определим максимальную мощность, которую может выдать, на данную нагрузку, микросхема А2030Н при напряжении питания ±12 В.
Получим: Это значение выше, чем заданное в техническом задании, следовательно, по этому параметру микросхема подходит.
Одна микросхема А2030Н способна обеспечить усиление в 30 дБ в заданной полосе частот.
Переведём коэффициент усиления в децибелах в коэффициент усиления по напряжению:
Это максимальное усиление, которое можно получить от одной микросхемы, так как оно меньше того, что нам надо (Ku=325), то используем каскадное соединение двух микросхем А2030Н и 140УД10.
Рассмотрим предназначение каждого элемента в стандартной схеме включения А2030Н:
R1 – обеспечивает отрицательную обратную связь;
R2 – определяет коэффициент усиления каскада по формуле:
R3 – определяет входное сопротивление каскада;
С1 – разделительная ёмкость на входе каскада;
С2 – разделительный конденсатор на инвертирующем входе;
С3, С4 – ёмкости, сглаживающие пульсации питания;
D1, D2 – диоды, защищающие от переполюсовки питания и выбросов выходного сигнала. Эти диоды можно заменить аналогами (КД243 или КД247 с любым буквенным индексом).
Регулировку усиления будем производить изменением сопротивления в цепи обратной связи (резистор R4 второго каскада).
2.2 Расчет элементов первого каскада:
Выберем его имея в виду, что:
Выберем таким, чтобы выполнялось ранее написанное условие:
Поскольку от источника сигнала мы получаем меньше половины напряжения сигнала, мы должны проверить, сможем ли мы получить надлежащее усиление на данных микросхемах на двух каскадах:
при заданном К и Квц усиление каскадов К1,К2=30. Такой коэффициент усиления могут выдать обе этих микросхемы в заданном диапазоне частот.
Из условия протекания малых токов смещения
Исходя из выражения, что коэффициент усиления каскада равен:
и коэффициент усиления для первого каскада возьмём равным
Подставив полученное выражение в формулу для R3, получим:
Зная номинал R3, найдём:
Расчёт конденсатора С1 производится аналогично разделительной ёмкости в транзисторном варианте:
С2 – Рассчитаем из заданной нижней граничной частоты, причём взяв её с запасом в меньшую сторону (ёмкость конденсатора увеличиваем). Частоту можно выразить через постоянную времени RC – цепи.
Так как мы условились увеличить ёмкость, то возьмём её, чтобы не плодить новые номиналы ёмкостей, равной ёмкости
С1. .
Для балансировки нуля на микросхеме 140УД10 имеются два выхода. Сама цепь балансировки представляет из себя два резистора, подстроечный и постоянный (R4 и R5) следующих номиналов:
2.3 Расчет элементов второго каскада
Сопротивлениевыберем также исходя из условия, что оно должно быть на порядок меньше RвхОУ.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
