2.Предварительный расчет.

Блок схема усилителя

Так как внутреннее сопротивление генератора R_г=10 кОм, то в качестве входного каскада выбирается схема с общим эмиттером.

Определение числа каскадов усилителя.

Для определения числа каскадов усилителя определяется коэффициент усиления промежуточных каскадов, если коэффициент усиления усилителя К=4000, коэффициент передачи входной цепи К_вц=1, коэффициент усиления входного каскада К_вх=9, коэффициент усиления выходного каскада К_вых=7.5.

Получается 2 промежуточных каскада с коэффициентом усиления, равным:

, где n – число промежуточных каскадов.

;

определим частотные искажения каждого одиночного каскада путем распределения заданных частотных иска­жений. По заданию частотные искажения должны быть не более 5%, следовательно, получаем общий коэффициент частотных искажений:

Получаем коэффициент частотных искажений на каждый каскад равный 0,987.

При проектировании усилительных устройств выбор схемы выходного каскада зависит от параметров выходного сигнала и R_H, C_H. При R_H < 300...500 Ом выходной каскад следует выполнять по схеме ЭП, при этом предоконечный каскад обычно выполняется по схеме ОЭ.

Рассчитаем сопротивление нагрузки:

на частоте 20 МГц :

на частоте 100 Гц :

Так как сопротивление нагрузки >300...500 Ом, то оконечный каскад следует выполнять по схеме ОЭ.

3.Расчет оконечного каскада.

Выбор активного элемента:

Мощность на выходе:

Мощность транзистора:

Граничная частота:

В роле активного элемента будем использовать биполярный транзистор, модели МП26Б.

Параметры транзистора:

h_21э=80, I^*_кб0=75 мкА, Р_рас=200 мВт, f_{в тр}=100 МГц,

Находим постоянную времени транзистора:

Так как каскад работает как усилитель класса А, то рабочую точку выбираем в середине линейного участка – это соответствует U_КЭ0 = 17 В. При этом I_б0=0.20 мА, U_бЭ0=0.137 В. Построим нагрузочную прямую по постоянному току на выходных характеристиках. Пересечение нагрузочной прямой с осью тока коллектора дает значение I_K = 9.1 мA. Нагрузкой по постоянному току является последовательное соединение сопротивлений коллектора и эмиттера:

R _- = R_K + R_Э

Построим нагрузочную прямую по переменному току:

Необходимо проверить обеспечивает ли каскад заданное выходное напряжение U=16 В.

U_вых=R_~*I_э0= R_~( )=1530*9.37=16.7 В.

Следовательно, в данной рабочей точке выходной каскад может обеспечить требуемое выходное напряжение.

Так как усилитель работает в линейном режиме (класс А), то мы можем описывать оконечный каскад системой Y- параметров:

1.Расчет элементов задания рабочей точки и элементов температурной стабилизации.

1.2.Расчет сопротивления делителя.

Допустимое изменение тока коллектора

Изменение обратного тока коллектора:

,

где °C – изменение температуры;

мкА

Коэффициент нестабильности, который должна обеспечивать схема температурной стабилизации:

Коэффициент усиления по току:

Расчет сопротивлений делителя:

кОм

Проверяем открытость транзистора:

- напряжение на базе.

U_э=R_э*I_э=467*0.0002=0.09 В – напряжение на эмиттере.

Исходя из расчетов, можно сказать, что условие выполняется и транзистор открыт.

Ток делителя:

Для обеспечения удовлетворительной температурной стабильности требуется выполнение следующего неравенства:

Которое выполняется в полном объёме

Сравнивая входную проводимость схемы стабилизации рабочей точки 1/ и значение низкочастотного параметра , следовательно общее сопротивление нагрузки предшествующего каскада не будет значительно снижено в результате влияния входного сопротивления схемы стабилизации

Р ассмотрим эквивалентную схему оконечного каскада

Y_i=Y₂₂; Y_н=1/Z_н;

Р ассмотрим область СЧ:

Оконечный каскад должен обеспечить К₀=7.5,т.е.

где S=0.016, Y_n=0.25 мСм, Y_i=Y₂₂=0.1 мСм

Y_к=10^-3/2.5=0.4 мСм

Р ассмотрим область НЧ:

На НЧ проявляется действие разделительной емкости, следовательно, необходимо определить ее наминал:

, где Y_n=0.25мСм, Y_i=0.1 мСм Y_k=0.4 мСм, =200π;

где это часотные искажения на НЧ вносимые С_р.

Подставим полученные значения в формулу нахождения Ср и получим:

нФ

Найдем емкость в цепи эмиттера:

, где ==200π, Rэ=467 Ом, F=1+S·Rэ=1.7, тогда

мкФ

Р ассмотрим область ВЧ:

В области ВЧ крутизна становится частотно зависимой

, где =40*10⁶π, S=0.0016, =2 нс.

Определим τв:

, при Ск=1.2пФ, r_б=60Ом, S=0.08

Подставив, значения получим:

нс

Определим коэффициент усиления на верхней частоте:

, при К₀= 10.6

Определив, коэффициент усиления на верхней частоте можно определить частотные искажения на ВЧ:

Расчет предоконечного каскада:

Выбор активного элемента:

В качестве нагрузки предоконечного каскада служит оконечный каскад. Найдем входное сопротивление оконечного каскада:

;

Мощность на выходе:

Мощность транзистора:

Граничная частота:

В роле активного элемента будем использовать биполярный транзистор, модели ГТ305А.

Параметры транзистора:

h_21э=40, I^*_кб0=4 мА, Р_рас=75 мВт, f_{в тр}=100 МГц,

Находим постоянную времени транзистора:

Так как каскад работает как усилитель класса А, то рабочую точку выбираем в середине линейного участка – это соответствует U_КЭ0 = 2.2 В. При этом I_к0=13 мА, I_б0=0,4 мА, U_бЭ0=0,33 В. Построим нагрузочную прямую по постоянному току на выходных характеристиках. Пересечение нагрузочной прямой с осью тока коллектора дает значение I_K = 15 мA. Нагрузкой по постоянному току является последовательное соединение сопротивлений коллектора и эмиттера:

R _- = R_K + R_Э

U_Rэ=R_э*I_э0=134*30*10^-3=1,72 В.

R_k=R_- R_э=1200 – 134=1066 Ом.

Построим нагрузочную прямую по переменному току:

Необходимо проверить обеспечивает ли каскад заданное выходное напряжение U=2.5 В.

U_вых=R_~*I_э0= R_~( )=893*13.4=11.96 В.

Следовательно, в данной рабочей точке выходной каскад может обеспечить требуемое выходное напряжение.

Так как усилитель работает в линейном режиме (класс А), то мы можем описывать оконечный каскад системой Y- параметров:

Расчет элементов задания рабочей точки и элементов температурной стабилизации.

Расчет сопротивления делителя.

Допустимое изменение тока коллектора

Изменение обратного тока коллектора:

,

где °C – изменение температуры;

мА

Коэффициент нестабильности, который должна обеспечивать схема температурной стабилизации:

Коэффициент усиления по току:

Расчет сопротивлений делителя:

Ом

Проверяем открытость транзистора:

- напряжение на базе.

U_э=R_э*I_э=13400*0,03=17,2 В – напряжение на эмиттере

Исходя из расчетов, можно сказать, что условие выполняется и транзистор открыт.

Ток делителя:

Для обеспечения удовлетворительной температурной стабильности требуется выполнение следующего неравенства:

- Которое выполняется.

Сравнивая входную проводимость схемы стабилизации рабочей точки 1/ и значение низкочастотного параметра , следовательно общее сопротивление нагрузки предшествующего каскада не будет значительно снижено в результате влияния входного сопротивления схемы стабилизации

Рассмотрим эквивалентную схему предоконечного каскада

Р ассмотрим область СЧ:

Предоконечный каскад должен обеспечить К₀=9, т.е.

где S=0.06, Y_д=0.201 мСм, Y_i=Y₂₂=1.5 мСм, Y_к=0.958 мСм, Y_вх=0.119 мСм

Р ассмотрим область НЧ:

На НЧ проявляется действие разделительной емкости, следовательно, необходимо определить ее наминал:

, где Y_n=0.32мСм, Y_i=1.5 мСм Y_k=0.958 мСм, =200π;

где это часотные искажения на НЧ вносимые С_р.

Подставим полученные значения в формулу нахождения Ср и получим:

мкФ

Найдем емкость в цепи эмиттера:

, где ==200π, Rэ=134 Ом, F=1+S·Rэ=9.04, тогда

мкФ

Рассмотрим область ВЧ:

В области ВЧ крутизна становится частотно зависимой

, где =40*10⁶π, S=0.06, =0.3 нс.

Определим τв:

, при Ск=5пФ, rб=60Ом, S=0.06

Подставив, значения получим:

нс

Определим коэффициент усиления на верхней частоте:

, при К₀= 10

Определив, коэффициент усиления на верхней частоте можно определить частотные искажения на ВЧ:

Частотные искажения на ВЧ удовлетворяют всем условиям.