4. О пределение количества предварительных каскадов.

Число предварительных каскадов зависит от требуемого коэффициента усиления этих каскадов , от допустимого времени установления и параметров используемого транзистора.

Коэффициент усиления предварительных каскадов

а их время установления

где , – общий коэффициент усиления и время установления всего усилителя, индексы «вх» и «вых» означают принадлежность данных параметров соответственно к входному и выходному каскаду усилителя.

Коэффициент и время определены при расчете выходного каскада, а коэффициентом и временем задаемся, в зависимости от требуемого от усилителя входного сопротивления (табл. 1). Так как входное сопротивление усилителя , то входной каскад выполнен на полевом транзисторе, который имеет коэффициент усиления , а время установления . Приняв коэффициент усиления и время установления входного каскада, найдем примерное время установления и коэффициент усиления предварительных каскадов :

Определив требуемый коэффициент усиления и допустимое время установления,задаемся ориентировочно числом предварительных каскадов , и находим коэффициент усиленияи время установления, приходящиеся на один предварительный каскад усилителя:

Отсюда находим требуемую добротность каскада:

О пределим импульсную добротность каскада без коррекции, которую можно реализовать на данном транзисторе по уже рассчитанным параметрам:

Сравним найденные добротности, причем реализуемая должна быть больше требуемой:

.

Поскольку это условие выполняется, то это означает, что транзистор в предварительных каскадах и число каскадов выбраны верно, т.е. двухкаскадный предварительный усилитель на выбранном транзисторе позволяет обеспечить требуемые от него параметры (коэффициент усиления и время установления). Кроме того для оценки числа каскадов используется зависимость количества каскадов n от коэффициента установления предварительных каскадов , реализуемой добротности и их времени установления (см.ниже рис. 4.4.1.). По этой зависимости проверим правильно ли мы нашли число каскадов, для этого найдем произведение реализуемой добротности и времени установления предварительного усилителя:

.

Наша точка на зависимости имеет координаты:

и .

Рис. 4.4.1. График зависимости числа каскадов от добротности и времени.

По графику также видно число каскадов в предварительном усилителе будет 2.

5. Р асчет первого предварительного каскада по постоянному и переменному току.

   1. Расчет элементов стабилизации первого предварительного каскада.

Расчет первого предварительного каскада по постоянному и переменному току, проводим аналогично расчету выходного каскада. Для упрощения расчетов важно, чтобы предварительные каскады были одинаковыми. Определим эквивалентное сопротивление (активное сопротивление нагрузки по переменному току), зная коэффициент усиления каждого каскада :

Так как нагрузкой первого предварительного каскада является входное сопротивление выходного каскада , то

несложно найти сопротивление коллекторной нагрузки, т.е. :

Округляем до номинала .

По закону Кирхгофа определим напряжение питания каскада, которое складывается из падения напряжения на коллекторной нагрузки , падения напряжения на сопротивлении обратной связи и напряжения на коллектор – эмиттер в рабочей точке:

Поскольку ток базы транзистора в меньше тока коллектора, им пренебрегаем и считаем, что ток эмиттера равен току коллектора. Кроме того компромисс между стабильностью режима и энергетикой каскада достигается, когда на падает 10…15 от всего напряжения питания. Тогда напряжение питания каскада равно:

Из стандартного ряда напряжений выберем напряжение питания. .

Зная напряжение питания каскада и координаты рабочей точки рассчитаем сопротивление в цепи эмиттера :

Ток базы в рабочей точке находим по семейству выходных статистических ВАХ транзистора (см. выше рис. 4.2.1.):

.

Д ля расчета сопротивлений базового делителя необходимо задаться током делителя . Чем больше ток делителя, тем выше стабильность режима работы, но тем больше мощность, рассеиваемая резисторами и , и тем выше входное сопротивление каскада. Для получения приемлемой стабильности режима ток делителя должен как минимум в несколько раз превосходить ток базы в рабочей точке. Обычно величина тока базового делителя должна удовлетворять условию:

Выберем ток делителя .

Используя семейство входных статистических ВАХ транзистора, по известному току и напряжению находим напряжение база – эмиттер в рабочей точке (рис. 5.1.1.).

Рис. 5.1.1. Выбор напряжения база – эмиттер в рабочей точке.

.

По известному току делителя и напряжению база – эмиттер в рабочей точке находим сопротивление резисторов делителя, обеспечивающие это напряжение:

Округлим до ближайшего номинального значения .

Током базы пренебрегаем т.к. :

В итоге получили следующие параметры:

,

По рассчитанным параметрам элементов стабилизации режима работы транзистора следует рассчитать величину относительной нестабильности тока коллектора:

где – абсолютное изменение тока коллектора при изменении температуры кристалла транзистора; – абсолютное изменение напряжения база – эмиттер при изменение температуры перехода на величину ; – абсолютное изменение обратного тока коллекторного перехода при изменении температуры; , – коэффициенты, учитывающие работу схемы эмиттерной стабилизации тока коллектора транзистора; – общее сопротивление в цепи базы; и – g-параметры транзистора в рабочей точке при комнатной температуре.

Взяв из пункта 4.2. максимальную температуру перехода транзистора определим минимальную температуру перехода:

Изменение температуры перехода транзистора:

Абсолютное изменение напряжения база – эмиттер:

.

определим используя типовые нормированные зависимости обратного тока коллекторного перехода от температуры, приведенные на рис. 5.1.2.

Рис. 5.1.2. Типовые нормированные зависимости обратного тока коллекторного перехода от температуры.

Так как наш транзистор BD157 малой мощности ( ), следовательно на рис.5.1.2. выбираем зависимость 1 по которой находим нормированное значение изменения обратного тока коллекторного перехода при изменении температуры перехода на величину :

Тогда абсолютное изменение обратного тока коллекторного перехода:

.

Для нахождения коэффициентов и рассчитаемобщее сопротивление в цепи базы :

Найдем коэффициенты и , зная и g – параметры, рассчитанные в рабочей точке (взятые из пункта 4.3.: , ):

Рассчитаем величину относительной нестабильности тока коллектора транзистора , по уже известным значениям (для каскадов импульсных усилителей она не должна превышать 0,25):