Расчет низкочастотного усилителя с бестрансформаторным выходным каскадом

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Содержание

Введение

1. Выбор структурной схемы

2. Электрический расчет элементов схемы УНЧ

2.1 Расчет оконечного каскада

2.2 Расчет ведущего каскада на транзисторе VT2

2.3 Расчет коэффициента гармоник

2.4 Расчет первого каскада усиления

3. Расчет амплитудно-частотных искажений

3.1 Искажения в выходной цепи оконечного каскада

3.2 Искажения в выходной цепи ведущего каскада

3.3 Искажения в выходной цепи первого каскада

3.4 Искажения во входной цепи усилителя

4. Расчет АЧХ усилителя

5. Заключение

6. Библиографический список

7. Спецификация к чертежу

Введение

Усилителями называются устройства, в которых сравнительно маломощный входной сигнал управляет передачей значительно большей мощности из источника питания в нагрузку. Наибольшее распространение получили усилители, построенные на полупроводниковых усилительных элементах (биполярных и полевых транзисторах); в последние годы усилители преимущественно используются в виде готовых неделимых компонентов — усилительных интегральных микросхем. Простейшая ячейка, позволяющая осуществить усиление, называется усилительным каскадом.

Электрические сигналы, подаваемые на вход усилителей, могут быть чрезвычайно разнообразны: это могут быть непрерывно изменяющиеся величины, в частности гармонические колебания, однополярные или двухполярные импульсы. Как правило, эти сигналы пропорциональны определенным физическим величинам. В установившихся режимах многие физические величины постоянны либо изменяются весьма медленно (напряжение и частота сети, частота вращения двигателя). В переходных режимах и особенно в аварийных, те же величины могут изменяться в течение малых промежутков времени. Поэтому усилитель должен обладать способностью усиливать как переменные, так и постоянные или медленно изменяющиеся величины.

Для получения больших коэффициентов усиления в усилителях применяют несколько усилительных каскадов. Способ соединения каскадов в многокаскадных усилителях зависит от диапазона частот усиливаемых сигналов. При усилении медленно изменяющихся напряжений и токов для связи между каскадами служат резисторы. Такую связь называют резистивной или гальванической. Для усиления переменных напряжений и токов как в диапазоне звуковых частот (усилители низкой частоты), так и в более широком диапазоне (широкополосные усилители) связь между каскадами осуществляют с помощью резисторов и конденсаторов (резистивно-емкостная связь) или трансформаторов (трансформаторная связь).

Любой усилительный каскад содержит нелинейный элемент, обладающий усилительными свойствами (электронную лампу, транзистор), нагрузочный элемент (резистор, катушку индуктивности, трансформатор), и источник питания (напряжения).

Усилители делятся на ряд типов по различным признакам. По роду усиливаемых электрических сигналов усилители можно разделить на две группы:

— усилители гармонических сигналов, предназначенные для усиления периодических сигналов различной величины и формы, гармонические составляющие которых изменяются много медленнее длительности устанавливающихся процессов в цепях усилителя.

— усилители импульсных сигналов, предназначенные для усиления непериодических сигналов, например непериодической последовательности электрических импульсов различной величины и формы.

По ширине полосы и абсолютным значениям усиливаемых частот усилители делятся на ряд следующих типов:

— усилители постоянного тока или усилители медленно меняющихся напряжений и токов, усиливающие электрические колебания любой частоты в пределах от низшей нулевой рабочей частоты до высшей рабочей частоты.

— усилители переменного тока, усиливающие колебания частоты от низшей границы до высшей, но неспособные усиливать постоянную составляющую сигнала.

— усилители высокой частоты (УВЧ), предназначенные для усиления электрических колебаний несущей частоты, например принимаемых приемной антенной радиоприемного устройства.

— усилители низкой частоты (УНЧ), предназначенные для усиления гармонических составляющих не преобразованного передаваемого или принимаемого сообщения.

Транзисторные усилительные каскады бывают трех типов: каскад с общей базой, каскад с общим коллектором и каскад с общим эмиттером. Каскад с общим коллектором может быть применен в многокаскадных системах, однако непосредственного усиления напряжения такой каскад не дает и выполняет вспомогательную роль.

Для усиления напряжения звуковых частот наиболее пригоден каскад с общим эмиттером, так как он имеет наибольший коэффициент усиления по мощности по сравнению с другими каскадами.

1. Обоснование и выбор структурной схемы, числа каскадов усиления, их описание

Так как на выходе усилителя требуется получить большую расчетную мощность (Pвых=11,42Вт), то для оконечного каскада выбирается двухтактная схема на транзисторах большой мощности. Режим работы усилителя будет соответствовать классу АВ. Использование режима АВ позволяет уменьшить нелинейные искажения усиливаемого сигнала, которые возникают из-за нелинейных начальных участков ВАХ транзисторов. При работе двухтактного каскада в режиме АВ происходит перекрытие положительной и отрицательной полуволн и компенсация искажений на начальных участках ВАХ. При этом КПД схемы практически не изменяется по сравнению с классическим режимом В.

Двухтактная схема усилителя состоит из двух симметричных плеч. Использование двухтактной схемы в оконечном каскаде мощного усиления позволяет увеличить выходную мощность усилителя в 2 раза, по сравнению с однотактной, компенсировать четные гармоники выходного тока, а следовательно уменьшить нелинейные искажения. Отсутствие трансформатора позволяет уменьшить габариты схемы, упростить конструкцию усилителя, исключить постоянную подмагничивания и исключить влияние внешних переменных магнитных полей на работу усилителя.

Перед началом расчета каскадов усилителя, необходимо рассчитать их число исходя из необходимых параметров.

1.1 Входная мощность усилителя рассчитывается по формуле:

Вт, (1. 1)

где Uвх — входное напряжение, В;

Rвх — входное сопротивление усилителя, Ом.

1.2 Коэффициент усиления по мощности всего усилителя:

, (1. 2)

dB,

где Pвых — выходная мощность усилителя, Вт;

КP. общ. dB — коэффициент усиления по мощности усилителя, dB.

1.3 Необходимое число каскадов усиления для получения заданной выходной мощности:

(1. 3)

где 20 dB — коэффициент усиления по мощности отдельных каскадов.

Принимаем число каскадов: N=4.

Типичная структурная схема усилителя низкочастотных сигналов с резистивно-ёмкостной связью между каскадами представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1. 1- Структурная схема бестрансформаторного УНЧ

Первый и второй каскады на транзисторах VT1 и VT2 (транзисторы ГТ1158Б), предназначены для предварительного усиления сигнала по току и напряжению, третий каскад на транзисторе VT3 (транзистор КТ815В) является ведущим каскадом. Каскад на транзисторах VT4, VT5 (комплиментарные транзисторы КТ818Б и КТ819Б) является выходным каскадом.

Также в схеме предусмотрена местная ОС (R8, C4). Местная О С увеличивает входное сопротивление VT2 и уменьшает коэффициент усиления по напряжению транзистора VT2. Последовательная ООС позволяет уменьшить нелинейные искажения. При последовательно соединенной ООС входное сопротивление каскада увеличивается. В схеме предусмотрены входное (С1) и выходное устройство (С6). Источник питания выбирается таким образом: E=2?Uкэ0, при этом должно выполняться неравенство E< Uк. доп.

Принципиальная схема усилителя представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2.- Принципиальная схема усилителя

2. Электрический расчет элементов схемы УНЧ

2.1 Расчет оконечного каскада

Оконечный каскад представляет собой двухтактный усилительный каскад и предназначен для обеспечения необходимой мощности на нагрузке. Для выбора транзисторов этого каскада рассчитываем необходимые для этого параметры.

Рассчитываем амплитуду тока нагрузки

(2. 1)

Принимаем:

Где iк. max — максимальный ток коллектора, А.

Рассчитываем амплитуду выходного напряжения на нагрузке:

(2. 2)

Рассеиваемая мощность на коллекторном переходе транзистора [1, стр. 9]:

для режима B:

для режима A:

Находим граничную частоту передачи тока базы [1, стр. 11]:

(2. 3)

где fв — верхняя граничная частота усилителя, Гц.

Выбор транзисторов оконечного каскада.

В качестве оконечного каскада принимаем транзисторы на основе учета значений следующих параметров:, , а также величин,, которые приведены в справочнике.

Всем данным условиям удовлетворяют диффузионные мезапланарные транзисторы КТ903А (n-p-n) и КТ902А (p-n-p) у которых:

Pк. доп=30 Вт;

Iк. max=3 А;

Uкэдоп=60 В.

Допустимую рассеиваемую мощность коллектора и постоянное напряжение коллектор-эмиттер с учётом максимальной температуры, при отсутствии данных значений в справочнике, можно рассчитать по следующим формулам:

(2. 4)

Для выбранных транзисторов по справочным данным находим:

fгр=3 МГц — граничная частота передачи тока в схеме с ОЭ;

h2120- типовое значение статического коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ;

Cэ=2000 пФ — ёмкость эмиттерного перехода,

Ск=1000 пФ — ёмкость коллекторного перехода,

rБ4=100 Ом — сопротивление базы.

По выходным статическим характеристикам транзисторов VT4, VT5, (Рис. 2. 1) для рассчитанного значения амплитуды тока нагрузки находим, минимальное остаточное напряжение между коллектором и эмиттером транзисторов, отсекающее область резкого нелинейного изменения выходных статических характеристик.

UОСТ=2,5 В.

Рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер в точке покоя [2, стр. 10]

(2. 5)

Находим напряжение источника питания:

Выбираем напряжение источника питания: E=36 В, при этом выполняется неравенство E < UК. ДОП.

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

(2. 6)

Выбираем ток коллектора в точке покоя:

.

По выходной характеристике (рис 2. 1) для и находим ток базы покоя: Iб0=0,8 мA.

По выходной характеристике (рис 2. 1) находим максимальный ток базы:

i б. max=0,0528 A.

Переносим найденные значения токов Iб0, iб. max на входную динамическую характеристику транзистора (рис 2. 2) и определяем напряжение база-эмиттер покоя Uбэ0 и максимальное напряжение между базой и эмиттером.

Uбэ0=0,6 В; Uбэ. max=0,78 В.

Вычисляем амплитуду напряжения между базой и эмиттером:

В. (2. 7)

Амплитуда тока базы:

(2. 8)

Определяем значение амплитуды напряжения на входе оконечного каскада:

(2. 9)

Входное сопротивление оконечного каскада [2, стр. 16] при включении с ОЭ:

(2. 10)

при включении с ОК:

(2. 11)

Предварительно определяем сопротивление R12:

Для чего составим систему уравнений:

принимая, получим:

Принимаем по ГОСТУ = 240 Ом.

Рассчитываем ток коллектора транзистора VT3 в точке покоя:

(2. 12)

Находим амплитуду тока коллектора транзистора VT3:

(2. 13)

Максимальный ток коллектора транзистора VT3:

(2. 14)

Выбираем транзистор VT3 по следующим параметрам: напряжение и ток коллектора в точке покоя Iк03, Uк03, максимальное напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ. max, мощность, рассеиваемая на коллекторе Pк03.

По справочнику выбираем транзистор КТ815 В (n-p-n) с теплоотводом, у которого:

Pк. доп3=10 Вт;

Iк. max3=1,5 А;

Uкэдоп3=70 В;

fгр=3 МГц;

h2140;

Cэ3=75 пФ;

Ск3=60 пФ;

rБ3=100 Ом.

Допустимая рассеиваемая мощность коллектора и постоянное напряжение коллектор-эмиттер с учётом максимальной температуры:

Уточнение постоянных напряжений и токов транзисторов VT3, VT4, VT5 с учётом вольт добавки.

Рис. 2. 3-Выходные характеристики транзистора КТ815В

По выходным характеристикам транзистора КТ815 В (рис. 2. 3) находим минимальное остаточное напряжение КТ815 В Uост3 для максимального тока коллектора imax. к3.

Uост3 0,7 В.

Рассчитываем напряжения между коллектором и эмиттером транзисторов VT3, VT4, VT5 в точке покоя:

,

С учетом этого определяем уточненные значения сопротивления R12:

, (2. 15)

Принимаем по ГОСТУ = 360 Ом.

Рассчитываем ток коллектора транзистора VT3 в точке покоя:

(2. 16)

Находим амплитуду тока коллектора транзистора VT3:

(2. 17)

Максимальный ток коллектора транзистора VT3:

(2. 18)

Находим напряжение смещения транзисторов VT4, VT5:

Рис. 2. 4-Входная характеристика транзистора КТ815В

Рассчитываем сопротивление резистора смещения:

(2. 19)

Принимаем по ГОСТУ = 33 Ом.

Определяем значение коэффициента усиления по напряжению оконечного каскада

(2. 20)

2.2 Расчёт ведущего каскада на транзисторе VT3

Проверка допустимых параметров.

Для обеспечения работы схемы усилителя необходимо соблюсти выполнение следующих соотношений:

Iк03 < Iдоп. к3; 0,0375А < 1,5 А,

Uкэ. max < Uкэ. доп3_t; 53,3 В< 63,5 В,

Pк3 < Pк. доп3_t; 0,8 Вт < 8,2 Вт.

Находим ток базы транзистора VT3 (КТ815В) в точке покоя Iб03 для значений Uкэ03, Iк03 по выходным характеристикам (рис 2. 3): Iб03=2 мА.

Находим напряжение база-эмиттер транзистора VT3 (КТ815В) в точке покоя Uбэ03 для Iб03 по входным характеристикам (рис 2. 4): Uбэ03=0,8 В.

Входное сопротивление VT3 при включении с ОЭ:

(2. 21)

Сопротивление нагрузки VT2 по переменному току:

(2. 22)

Находим выходное сопротивление rкэ3 транзистора VT3 (КТ815В) по выходным характеристикам: rкэ3 = 1000 Ом.

Рассчитываем коэффициент усиления по напряжению ведущего каскада:

(2. 23)

Определяем значение напряжения на входе ведущего каскада:

(2. 24)

усилитель каскад частота сигнал

Мощность, потребляемая оконечным каскадом:

(2. 25)

Мощность, потребляемая ведущим каскадом:

(2. 26)

Рассчитываем совместный коэффициент полезного действия ведущего и оконечного каскадов:

(2. 27)

2.3 Расчёт коэффициента гармоник (по методу пяти ординат)

Коэффициент гармоник позволяет качественно оценить нелинейные искажения, возникающие при передаче входного сигнала. Расчет коэффициента гармоник проводим по методу пяти ординат.

Рис. 2.5 — Схема замещения оконечного каскада

Так как с наибольшими амплитудами работает в усилителе оконечный каскад, то все нелинейные искажения можно отнести к нему, обычно для двухтактного каскада Кг=(6−10%) и Кг можно рассчитывать для схемы на рис. 2.5. При наличии сквозной ООС расчетная схема не меняется (rкэ3 > >Rвх4).

Расчёт динамической характеристики прямой передачи тока ,

где выходной ток

,.

Расчёт проводим в следующей последовательности.

а) По выходным характеристикам транзистора VT3 для некоторого значения iб, мA находим соответствующее ему значение iк, А.

б) По входным характеристикам транзистора VT3 для каждого значения iб, мA находим соответствующее ему значение uбэ, В.

в) Рассчитываем значения входного тока:

,

.

Результаты расчетов сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2. 1

iб, мА

iк, А

Uбэ, В

iR12

iвх

10

0,8

0,73

0,002

0,012

20

1,4

0,745

0,0021

0,0221

40

1,9

0,768

0,0021

0,0421

60

2,1

0,784

0,0022

0,0622

100

2,3

0,8

0,0022

0,1022

г) Строим прямую передачи тока.

По прямой выбираем значения Imax, I1, I0.

Рис. 2.6 — Прямая передачи тока

Выбираем коэффициент асимметрии для оконечного каскада. Так как оконечный каскад является двухтактным, из-за небольших различий в характеристиках транзисторов присутствует асимметрия схемы. Кэффициент асимметрии выбираем в пределах:

.

Принимаем.

Рассчитываем значения токов с учётом асимметрии схемы:

, (2. 28)

,

,

,

.

Находим амплитуды гармонических составляющих выходного тока усилителя:

,

,

Коэффициент гармоник в усилителе без ОС рассчитывается по формуле:

(2. 29)

Или коэффициент гармоник.

Заданный коэффициент гармоник меньше, чем получившийся коэффициент в усилителе без обратной связи. Это означает что такой усилитель вносит больше искажений, чем необходимо по проекту. Для того чтобы снизить нелинейные искажения, а, следовательно и коэффициент гармоник, в усилитель вводим отрицательную обратную связь.

Необходимая сквозная глубина ООС в усилителе:

. (2. 30)

2.4 Расчёт первого каскада усиления

Параметры статического режима транзистора VT2.

Для принципиальной схемы составим следующие уравнения:

, (2. 31)

где Iк02-ток коллектора транзистора VT2 в точке покоя:

, (2. 32)

где Im. к2 — амплитуда тока коллектора транзистора VT2.

Так как транзистор VT2 работает в режиме, А возьмём:

, (2. 33)

из (2. 31) получаем:

, (2. 34)

из (2. 32) и (2. 33) получаем:

, (2. 35)

из (2. 34) и (2. 35)

(2. 36)

Согласно (2. 36) получаем два условия для выбора N (исходя из того, что и):

и ,

Выбираем тогда:

Принимаем по ГОСТУ = 180 Ом.

Рассчитываем амплитуду тока коллектора по (2. 32):

(2. 37)

Находим ток коллектора в точке покоя по (2. 33):

(2. 38)

Выбираем транзистор VT2 исходя из значений: E=36 В, Iк02=6,75 мА, fв=8,78 кГц.

По справочнику выбираем транзистор ГТ115Б (p-n-p), у которого:

Pк. доп2=50 мВт;

Iк. max2=100 мА;

Uкэдоп2=40 В;

fгр2=5 МГц;

h21э2=50 225;

Cэ2=20 пФ;

Ск2=50 пФ;

фк2=6,5 нс.

Рассчитываем ток базы в точке покоя:

. (2. 39)

Ток эмиттера в точке покоя:

. (2. 40)

Постоянное напряжение на резисторе R9:

(2. 41)

где

Сопротивление резистора R9:

. (2. 42)

Принимаем по ГОСТУ =180 Ом.

Находим напряжение база-эмиттер Uбэ02 транзистора VT2 в точке покоя по входным характеристикам для Iб02: Uбэ02 = 0,2 В.

Напряжение на резисторе R6:

. (2. 43)

Выбираем ток делителя R5R6:

Принимаем Iб02 = 1 мА, так как Iб02 < 1 мА (Iб02 =0,045 мА), тогда

. (2. 44)

Сопротивление резистора R6:

. (2. 45)

Принимаем по ГОСТУ R6 = 2,4 кОм.

Напряжение на резисторе R5:

. (2. 46)

Сопротивление резистора R5:

. (2. 47)

Принимаем по ГОСТУ R5 = 1,2 кОм.

Сопротивление делителя переменному току:

. (2. 48)

Эквивалентное сопротивление источника сигнала:

. (2. 49)

Сопротивление нагрузки транзистора VT2 по переменному току:

. (2. 50)

Сопротивление базы транзистора VT2:

. (2. 51)

Входное сопротивление транзистора VT2 без ОС:

. (2. 52)

Коэффициент усиления каскада на транзисторе VT2 без учёта местной ОС:

. (2. 53)

Расчёт сопротивления R8 местной ОС предварительного каскада.

Из-за наличия сопротивления резистора R8 в усилителе действует как местная ООС в каскаде на VT2, так и общая ОС через резисторы R9, R8. Местная О С увеличивает входное сопротивление VT2 и уменьшает Ku2. Это обстоятельство усложняет расчёт. Так как сквозной глубины, А ограничено лишь нижним значением, то для определения R8 можно воспользоваться следующим подходом.

а) Выбираем общую сквозную глубину, А с некоторым запасом, так как местная ОС в каскаде на VT2 уменьшит ее значение: А=5,5.

б) Рассчитываем коэффициент усиления усилителя без учёта ОС:

(2. 54)

в) Определяем значение коэффициента передачи по напряжению входной цепи усилителя без учета ОС:

. (2. 55)

г) Находим коэффициент передачи цепи ОС в общей петле:

(2. 56)

д) Рассчитываем значение сопротивления R8:

(2. 57)

Принимаем по ГОСТУ R8 = 1,8 Ом.

Входное сопротивление транзистора VT2 с учётом местной ОС:

. (2. 58)

Коэффициент усиления по напряжению первого каскада с учётом местной ОС:

. (2. 59)

Коэффициент передачи по напряжению входной цепи усилителя с учётом местной ОС:

. (2. 60)

Коэффициент усиления усилителя с учётом местной ОС:

. (2. 61)

Сквозная глубина ОС в общей петле:

. (2. 62)

Так как () то.

Коэффициент усиления по напряжению усилителя с общей ОС:

(2. 63)

Входное сопротивление усилителя с учётом общей ОС:

. (2. 64)

Сопротивление резистора R10

. (2. 65)

Принимаем по ГОСТУ R10 = 91 Ом.

Находим ёмкость конденсатора С4:

. (2. 66)

Принимаем по ГОСТУ С4 = 15 мФ.

Находим ёмкость конденсатора С5:

. (2. 67)

Принимаем по ГОСТУ С5 = 33 мкФ.

Рассчитываем входное сопротивление усилителя с учётом делителя:

. (2. 68)

Амплитуда напряжения, необходимая на входе усилителя:

Uм. вх.= = = 0,1 363 В. (2. 69)

Коэффициент усиления по мощности:

(2. 70)

3. Расчёт амплитудно-частотных искажений

3.1 Искажения в выходной цепи оконечного каскада

Рисунок 3. 1- Эквивалентная схема выходной цепи усилителя для области ВЧ

Область ВЧ.

Эквивалентная схема выходной цепи усилителя для области ВЧ представлена на рисунке 3.1. Однако из-за действия общей ОС Rвых. ок и Lвых. ок, будут значительно уменьшены. Поэтому на высоких частотах искажения практически будут отсутствовать.

Таким образом, коэффициент частотных искажений.

Область НЧ.

Рисунок 3.2 — Эквивалентная схема выходной цепи усилителя для области НЧ

Эквивалентная схема выходной цепи усилителя для области НЧ представлена на рисунке 3.2. Отводим половину всех заданных на усилитель искажений на выходную цепь.

. (3. 1)

а) Находим выходное сопротивление усилителя с учётом действия общей ОС:

. (3. 2)

б) Рассчитываем ёмкость конденсатора С6, обеспечивающую заданные искажения:

.

Принимаем по ГОСТУ С6 = 150 мкФ.

3.2 Искажения в выходной цепи ведущего каскада на транзисторе VT3

Область ВЧ.

Эквивалентная схема выходной цепи каскада представлена на рисунке 3.3.

Рисунок 3. 3- Эквивалентная схема выходной цепи усилителя для области ВЧ

Рассчитываем:

а) сопротивление эквивалентной схемы:

, (3. 3)

б) эквивалентное сопротивление источника сигнала в области ВЧ без учёта сопротивления rб4 (rб4< <rкэ3):

, (3. 4)

в) сопротивление эмиттерного перехода:

, (3. 5)

г) ёмкость, нагружающая третий каскад в области ВЧ:

,

д) коэффициент частотных искажений ведущего каскада в области высоких частот:

.

Область НЧ.

Искажений в области НЧ в данной цепи нет.

3.3 Искажения в выходной цепи первого каскада

Область ВЧ.

Эквивалентная схема выходной цепи каскада, без учёта ОС представлена на рисунок 3.4.

Рисунок 3.4 — Эквивалентная схема выходной цепи каскада в области ВЧ без учёта ОС

Рассчитываем:

а) сопротивление эквивалентной схемы:

, (3. 6)

б) сопротивление эмиттерного перехода VT3:

, (3. 7)

в) нагружающую каскад в области ВЧ ёмкость:

г) эквивалентное сопротивление источника сигнала в области ВЧ:

, (3. 8)

д) коэффициент частотных искажений второго каскада на высоких частотах:

.

Область НЧ.

В области НЧ искажений в данной цепи нет.

3.4 Искажения во входной цепи усилителя

Область ВЧ.

Эквивалентная схема входной цепи усилителя с учётом действия общей ОС приведена на рисунок 3.5.

Рисунок 3. 5- Эквивалентная схема выходной цепи каскада в области ВЧ с учётом действия общей ОС

Рассчитываем:

а) дифференциальное сопротивление эмиттера:

, (3. 9)

б) сопротивление эквивалентной схемы:

,

в) входную емкость транзистора без обратных связей:

г) местную глубину ОС во втором каскаде:

, (3. 10)

д) общую глубину ОС во втором каскаде:

, (3. 11)

е) входную емкость транзистора с учётом общей ОС

, (3. 12)

ж) емкость, нагружающую каскад в области ВЧ:

, (3. 13)

з) эквивалентное сопротивление источника сигнала в области ВЧ:

, (3. 14)

и) искажения во входной цепи усилителя в области высоких частот

.

Искажения в области НЧ:

Рисунок 3.6 — Эквивалентная схема

Эквивалентная схема представлена на рис. 6.6.

Отводим половину всех заданных искажений на входную цепь (см. п. 2.4.2 расчёта):

. (3. 15)

Рассчитываем минимальную емкость разделительного конденсатора, соответствующую заданным искажениям:

Принимаем по ГОСТУ С3 = С1= 5,6 мкФ.

Определяем значение коэффициента искажений в области ВЧ всего усилителя:

.

Рассчитываем коэффициент частотных искажений всего усилителя в области НЧ:

4. Расчёт АЧХ усилителя

Изменяя значения частот приблизительно в пределах и

, рассчитываем коэффициенты частотных искажений и относительное усиление.

а) Для входной цепи и предварительного каскада в области НЧ:

, (4. 1)

, (4. 2)

в области ВЧ:

, (4. 3)

,

.

б) Для ведущего каскада в области НЧ:

,

, (4. 4)

в области ВЧ:

,

.

в) Для оконечного каскада и выходного устройства в области НЧ:

,

,

в области ВЧ:

,

.

АЧХ всего усилителя:

,

,

Строим следующие зависимости:

а), ,

б), ,

в), ,

г), ,

при этом по оси абсцисс частоту удобно откладывать в логарифмическом масштабе.

Данные расчетов сведены в таблицу 4.1.

Амплитудно-частотные характеристики усилителя

Таблица 4. 1

Каскад

f, Гц

40

100

500

3000

8000

16 000

lgf

1,6

2

2,7

3,48

3,9

4,2

Оконечный

M

1,024

1,004

1,15

1

1

1

Y

0,98

0,996

0,9998

1

1

1

Ведущий

M

1

1

1

1

1,0022

1,011

Y

1

1

1

1

0,997

0,98

Предварительные

M

1,0526

1,001

1

1

1. 0055

1,0309

Y

0,95

0,9989

1

1

0,9945

0,97

Весь усилитель

M

1,12

1,019

1,0001

1

1

1,0001

Y

0,89

0,98

0,999

1

1

0,984

По данным таблицы 4.1 строим амплитудно-частотные характеристики усилителя (см. рисунки 4.1 — 4. 4)

Рисунок 4.1 — АЧХ предварительного каскада

Рисунок 4. 2- АЧХ ведущего каскада

Рисунок 4.3 — АЧХ оконечного каскада

Рисунок 4.4 — АЧХ всего усилителя

Заключение

В данной курсовой работе произвели расчет низкочастотного усилителя. Согласно расчету, число каскадов в усилителе равно 4. В схеме оконечного каскада применили двухтактный усилитель мощности, имеющий меньшую чувствительность к пульсациям напряжения питания, позволяющий снизить нелинейные искажения, а также увеличить КПД усилителя.

В результате расчета получили усилитель, обеспечивающий работу со всеми заданными параметрами. Использование высокочастотных транзисторов позволило избежать больших амплитудно-частотных искажений. В результате расчетов получили значения общего коэффициента усиления по мощности, удовлетворяющий заданному. Минимальное значение напряжения усиливаемого сигнала на входе также соответствует заданному мВ. При расчете было получено малое значение коэффициента гармоник до введения в усилитель отрицательной обратной связи, что не может быть реализовано на практике. После введения ООС при сквозной глубине получили необходимое значение коэффициента гармоник.

Библиографический список

1. З. Х. Ягубов, И. А. Тарасенко «Расчет низкочастотного усилителя: Методическое указание». — Ухта: УГТУ, 2001. — 38 с., ил.

2. Ю. С. Забродин «Промышленная электроника». М: Высшая школа, 1982.

3. В. Г. Герасимов «Основы промышленной электроники». М: Высшая школа, 1985.

4. Ягубов З. Х., Е. Б. Голубев, «Расчет электронных и преобразовательных устройств». — Ухта: УГТУ, 1995.

5. Справочник под редакцией Б. Л. Перельмана «Транзисторы для аппаратуры широкого применения». М: Радио и связь, 1981. — 656 с., ил.

6. Р. М. Терещук, К. М. Терещук, С. А. Седов, «Полупроводниковые приемно-усилительные устройства». Киев: Наук. Думка, 1989. — 799 с; ил.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой