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: к<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/H31 = 8.264e-6 - ток базы. Iэ = Iкэ - Iб = 9.9e-4 - ток эмиттера.
rэ = 26е-3/Iэ = 26.217 - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода.
Параметр = 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.
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 = 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»
Оценка по постоянному току.
А.Ч.Х. усилителя.
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.