Реферат: Расчет многокаскадного усилителя
Курсовая работа
по усилительнымустройствам.
ВАРИАНТ № 7
Выполнил: ст.гр.04 — 414 Уткин С.Ю.
Проверил: ХарламовА.Н.
ЭТАП №1
Исходныеданные для расчета .
Еп=10 В; Rи=150Ом; Rк=470 Ом; Rн=510;Сн=15 пФ ;Tмин=-30град; Тmax=50град;
Требуемаянижняя частота: Fн=50 кГц.
Используемыйтип транзистора: КТ325В (Si ; N-P-N; ОЭ)
Нестабильностьколлекторного тока - />
Параметрытранзистора:
Граничнаячастота — Fгр = 800Мгц.
Uкбо(проб)=15В.
Uэбо(проб)=4В.
Iк(мах)=60мА.
Обратный токколлектора при Uкб=15В: Iкбо<0.5мкА (при Т=298К).
Статическийкоэффициент усиления тока базыв схеме с ОЭ: h21=70…210.
Емкостьколлекторного перехода: Ск<2.5пФ.(при Uкб=5В)
rкэ(нас.)=40 Ом.
Постояннаявремени цепи обратной связи:tк<125 нс.
Дляпланарного транзистора — технологический параметр /> =6.3
Предварительныйрасчет.
Исходя иззначений Еп и Rк, ориентировачно выберем рабочуюточку с параметрами Uкэ=4В и Iкэ=1мА.
Типичноезначение, 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 (Нормированноеотносительно Fгр значение граничной частоты)
Длядальнейших расчетов по заданным искажениям в области нижних частот зададимся коэффициэнтами частотных искажений .
Пускай долячастотных искажений, вносимых на нижней частоте разделительным конденсаторомСр, окажеться в к=100 раз меньше чем конденсатором Сэ, тогда коэффициентычастотных искажений
равны: Мнр = 0.99, а Мнэ = 0.71(Определяются по графику)
/> = 2.281е-8 Ф;- емкостьразделительного конденсатора.
Оптимальноенапряжение на эмиттере выбирается из условия :Uэ = Еп/3, это позволяет определить величину Rэ.
Rэ = /> =3.361е3Ом;
/>=3.361В — Напряжение на эмиттере.
Rф=(Еп — Uкэ)/Iкэ — Rк- Rэ = 2.169е3 Ом;- сопротивление RC — фильтра в коллекторной цепи.
ПрименениеН.Ч. — коррекции позволяет использовать разделительный конденсатор меньшейемкости.
/>= 4.062е-9 Ф;- скорректированноезначение разделительного конденсатора.
/>= 9.551е-10 Ф; - емкость фильтра вцепи коллектора.
/> = 7.889е-8 Ф;- Емкость эмиттера.
Расчет цепиделителя, обеспечивающей заданную температурную нестабильность коллекторноготока.
/>
/>= 1.487е-6 А; — неуправляемый токперехода коллектор-база.
/>=0.2 В; -сдвиг входных характеристик .
/> =3.813е-5 А. -ток делителя.
/> = 1.052e5 Ом
/>=1.291e5Ом
Номиналыэлементов, 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;
Оценкарезультатов в программе «MICROCAB»
1. Оценка по постоянному току.
/>
2.1А.Ч.Х. - каскада.
/>
2.2 А.Ч.Х. — по уровню07.
/>
Реализуемыесхемой — верхняя частота — Fв = 2.3Мгц и коэффициент усиления К = 22Дб= 12.6
ЭТАП №2
Задание: Обеспечить за счетвыбора элементов либо модернизации схемы
увеличениеК в два раза(при этом Fв — не должно уменьшаться) и проверитьправильность расчетов на Э.В.М.
РАСЧЕТ.
Требования кполосе 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 площадиусиления и количества каскадов
в усилителе.
/>=8.954 е7 Гц — Максимальная площадь усилениядифференциального каскада.
Ориентировачноеколичество каскадов определим по номограммам,
так как />=39 , то усилитель можнопостроить на двух некорректированных каскадах.
Требуемаяверхняя граничная частота для случая, когда N= 2 ( с учетом, что фn= /> =0.64)
Fв(треб)=Fв/фn = 3.574е6 Гц
Требуемыйкоэффициент усиления одного каскада К(треб)=/>= 12.57
Требуемаянижняя граничная частота Fн(треб)=FнХфn =3.218e4
Реализуемая вэтом случае площадь усиления />=4.5е7Гц
Расчет первого (оконечного)каскада.
Определимпараметр />= 1.989
Оптимальноезначение параметра />=0.055
Этомузначению параметра /> соответствует токэмиттера равный:
Iэ =/> =2мА
Соответственно Iкэ = /> =2мА и Iб=/> = 1.5е-5 А .
rэ = /> =14.341 Ом — дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода.
/> = 1.388е-11Ф; — емкость эмиттерногоперехода.
/> = 1.75е3 Ом
/>= 3.562е-9 сек - постоянная временитранзистора.
/> = 0.008 — относительная частота.
Высокочастотные Y— параметры оконечного каскада.
/> = 0.061 См- Проводимость прямой передачи ( крутизнатранзистора).
/> = 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 проводимостьтранзистора.
/> = 4.5е-11 Ф — Входная емкостьтранзистора.
Реализуемая в этом случае площадь усиления :
/> = 1.165е8 Гц
Заданныйкоэффициент усиления обеспечивается при сопротивлении коллектора:
/>= 347.43 Ом
Расчет элементов позаданным искажениям в области нижних частот.
/> = 3.294е-8 Ф;- емкостьразделительного конденсатора.
Rэ = /> =1.68е3Ом;
/>=3.077В — Напряжение на эмиттере.
Rф=(Еп — Uкэ)/Iкэ — Rк- Rэ = 704.5 Ом;- сопротивление RC — фильтра в коллекторной цепи.
ПрименениеН.Ч. — коррекции позволяет использовать разделительный конденсатор меньшейемкости.
/>= 1.088е-8 Ф;- скорректированноезначение разделительного конденсатора.
/>= 7.87е--9 Ф; - емкость фильтра вцепи коллектора.
/> = 2.181е-7 Ф;- Емкость эмиттера.
Расчет цепиделителя, обеспечивающей заданную температурную нестабильность коллекторноготока.
/>/> =4.351е-5А. -ток делителя.
/> = 8.566е4 Ом
/>=1.07е5 Ом
Расчет второго(предоконечного) каскада.
Реализуемаяплощадь усиления и параметр /> для предоконечного каскада.
/>=9е7Гц /> =0.04
Этомузначению параметра /> соответствует токэмиттера равный:
Iэ =/> =3мА
Соответственно Iкэ = /> =3мА и Iб =/> =2.2е-5 А .
rэ = /> =9.8 Ом — дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода.
/> = 2.03е-11Ф; — емкость эмиттерногоперехода.
/> = 1.196е3 Ом
/>= 4.878е-9 сек - постоянная временитранзистора.
Высокочастотные Y— параметры предоконечного каскада.
/> = 0.083 См- Проводимость прямой передачи ( крутизнатранзистора).
/> = 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.
Заданныйкоэффициент усиления обеспечивается при сопротивлении коллектора:
/>= 164.191 Ом
Расчет элементов позаданным искажениям в области нижних частот.
/> = 1.362е-8е-8 Ф;- емкостьразделительного конденсатора.
Rэ = /> =1.247е3Ом;
/>=3.33В — Напряжение на эмиттере.
Rф=(Еп — Uкэ)/Iкэ — Rк- Rэ = 459.2 Ом;- сопротивление RC — фильтра в коллекторной цепи.
ПрименениеН.Ч. — коррекции позволяет использовать разделительный конденсатор меньшейемкости.
/>= 3.58е-8 Ф;- скорректированноезначение разделительного конденсатора.
/>= 1.5е-8 Ф; - емкость фильтра в цепиколлектора.
/> = 2.98е-7 Ф;- Емкость эмиттера.
Расчет цепиделителя, обеспечивающей заданную температурную нестабильность коллекторноготока.
/> =3.771е-5 А. -ток делителя.
/> = 1е5 Ом
/>=1.06е5 Ом
Номиналыэлементов, приведенные к стандартному ряду.
Номиналыэлементов первого каскада.
Rф=700 Ом; Rэ=1.6е3Ом; Rб1=8.5е4Ом; Rб2=1е5Ом; Cр= 1е-8 Ф;Cф= 8е-9Ф; Cэ=2е-7Ф; Rк=350;
Номиналыэлементов 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 .
Определимкоэффициент передачи входной цепи в области средних частот
иее верхнюю граничную частоту.
Зададимся g= 0.2
/>= 1.124 - Коэффициент передачивходной цепи .
/> =1.1е7 Гц
Верхняяграничная частота входной цепи значительно больше
верхнейтребуемой частоты каждого из каскадов.
Примоделировании на ЭВМ учитывалось влияние входной цепи.
Оценкарезультатов в программе «MICROCAB»
1. Оценка по постоянному току.
/>
2. А.Ч.Х. усилителя.
/>
3. А.Ч.Х. — по уровню -07.
/>
Реализуемыесхемой — верхняя частота Fв = 2.3Мгц, нижняя частота Fн = 50кГц
икоэффициент усиления К = 44Дб = 158 — полностью соответствуют заданным
требованиямпо полосе и усилению.
FIN.