Расчет многокаскадного усилителя 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 базыв 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=2.2е3Ом; 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. = 8.566е4Ом =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=700Ом; 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=450Ом; 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.