Расчетная часть

2. Расчетная часть

2.1 Расчет коэффициента усиления напряжения усилителя

Вычислим амплитудное значение напряжения на выходе:

,

По известным значениям U_нm и U_вхm рассчитываем K_oc

Усилителю с отрицательной обратной связью соответствует коэффициент передачи:

. (1).

Определим число каскадов усилителя.

Пусть число каскадов равно 1 (n = 1):

, ,

где M_ос(w) – коэффициент частоты каскадов.

Из этой формулы составим квадратное уравнение, и решим его относительно Kb. , тогда получим корни , выбираем отрицательный корень , и подставляем в уравнение (1),

, т.е. одного каскада будет не достаточно.

Пусть число каскадов усилителя равно 2 (n = 2):

,

Из этой формулы составим квадратное уравнение, и решим его относительно Kb

тогда из полученных корней выбираем отрицательный , и подставляем в уравнении (1), т.е. двух каскадов тоже будет не достаточно.

Пусть число каскадов усилителя равно 3 (n = 3):

,

Из этой формулы составим квадратное уравнение, и решим его относительно Kb

тогда из полученных корней выбираем отрицательный , и подставляем в уравнение (1),  т.е. усилитель может быть реализован на трех каскадах.

2.2 Расчет элементов выходного каскада

Выбор рабочей точки транзистора

Выбор рабочей точки А транзистора в режиме покоя, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору тока коллектора Iк_А и напряжения Uкэ_A в схеме рис. 1, в первоначальном предположении Rэ= 0. т.е. при заземленном эмиттере.

Точку покоя выберем исходя из заданных значений амплитуды напряжения на коллекторе U_НМ и тока коллектора I_НМ, которые по заданным значениям U_Н и I_Н определяются как U_НМ=U_Н = 44.4 [В] и I_НМ=I_Н.= = 0.0098 [А].

Определим вид транзистора:

P_К= U_НМ I_НМ =0.43 [Вт], транзистор средней мощности.

Определим напряжение U_КЭАиз выражения:

=46.4 [В], (для транзисторов средней мощности U_ЗАП = (2¸2.5) [В])

Рис. 1. Схема усилительного каскада

 где K_З–коэффициент запаса равный (0.7¸0.95)

Е_П=2U_КЭА=92.88 [B]

Сопротивление R_K находим как:

Сопротивление R_Э вычисляется:

Считаем, что на вход подается какой-либо переменный сигнал, тогда для переменного сигнала параллельно  включается . Для переменного сигнала будет идти по какой-либо другой динамической линии нагрузки. Она будет обязательно проходить через А.

Поэтому строим динамическую линию нагрузки.

Через точку А проводим линию динамической нагрузки, под углом .

; ;

где K_M=1000 масштабный коэффициент.

Выбирая значения E_П из стандартного ряда, тем самым изменяя положение динамической линии нагрузки, проверяем условие. В нашем случае условие выполнилось при E_П=100 [B].

Расчет элементов фиксации рабочей точки

Фиксация рабочей точки A каскада на биполярном транзисторе (рис. 1) осуществляется резистивным делителем R₁, R₂. Выберем такой транзистор, у которого  и . В нашем случае таким транзистором может быть транзистор КТ814Г.

Из положения рабочей точки и выходных характеристик транзистора, рассчитаем величину дифференциального коэффициента передачи тока базы b:

Так же из входной характеристики находим входное дифференциальное сопротивление транзистора h_11Э:

Рассчитаем величину  по следующему эмпирическому соотношению: , где - тепловой ток коллекторного перехода, заданный в справочнике при температуре t₀; А = 2,5 для кремниевых транзисторов.  вычислим как  , выберем . Рекомендуемое значение N вычисленное как

;

Вычислим R₁, R_2:

где

Корректность расчета оценим вычислением тока I_дел, причем необходимо соблюдение неравенства . Вычислим I_дел по формуле:

Полученное значение удовлетворяет соотношению

Найдем сопротивление резистивного делителя:

Найдем входное сопротивление данного каскада

.

 

Расчет емкостных элементов усилительных каскада

Для каскадов на биполярном транзисторе (рис. 1) значение емкостей конденсаторов C₁,

C₂, C₃ рассчитаем по следующим формулам:

;

;

;

Расчет коэффициента усиления напряжения каскада

 

Определим выходные параметры для промежуточного каскада: