Реферат: Расчет многокаскадного усилителя
Реферат: Расчет многокаскадного усилителя
Курсовая работа
по усилительным
устройствам.
ВАРИАНТ № 7
Выполнил: ст.гр.04 - 414
Уткин С.Ю.
Проверил: Харламов
А.Н.
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:
tк<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 n
= rэ/rб
+ 1/h21 = 0.103 (Нормированное
относительно Fгр значение граничной частоты)
Для
дальнейших расчетов по заданным искажениям в области нижних частот
зададимся коэффициэнтами частотных искажений .
Пускай доля
частотных искажений , вносимых на нижней частоте разделительным конденсатором
Ср , окажеться 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.
= 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.
2.1А.Ч.Х. - каскада.
2.2 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.
Ориентировачное
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-11Ф; - 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-11Ф; - 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 g
= 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»
1. Оценка по постоянному току.
2. А.Ч.Х. усилителя.
3. 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.
FIN.
|