2.3. Порядок расчета

1. Составляют эквивалентную схему усилителя для области средних частот, учитывая при этом структуру транзисторов, и отмечают на ней все напряжения и токи (см. раздел 1.2.1). Сопротивлением R_ф можно пренебречь.

2. Определяют требуемый коэффициент усиления К_u.ос усилите­ля, охваченного цепью ОС, по исходным данным задачи

.

3. Находят коэффициент усиления К_u усилителя с разомкнутой цепью ОС (см. раздел 1.6)

.

Примечание: далее расчет ведут для разомкнутой цепи ООС.

4. Находят коэффициенты усиления отдельных каскадов, пола­гая, что они равны между собой, т.е. К_u1 = К_u2

.

5. Выбирают режим усиления класса А, характеризующийся минимальными нелинейными искажениями и рассчитывают напря­жение источника питания Е

, (109)

где К_з.н = 4...6 - коэффициент запаса по напряжению.

Окончательно напряжение Е выбирают из ряда 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 36, 42, 50 (ближайшее к расчетному значение).

6. Задаются сопротивлением резистора R7 = (3...5)R_н и вычисля­ют эквивалентное сопротивление коллекторной цепи R_к~2 (см. раздел 1.2.1). Номи­нальное сопротивление резистора R7 выбирают из табл. П 2.1.

7. Рассчитывают выходную мощность каскада Р_вых (см. раздел 1.2.2., формула (26)).

8. Находят мощность Р_К.р, рассеиваемую коллектором VТ2 (см. раздел 1.2.2., формула (30)).

9. Выбирают транзистор VТ2 по величине Р_{К макс}, U_КЭмакс, I_Kмакс и f_гр, учитывая рекомендации раздела 1.8

- ;

- ;

- ;

- ;

- .

Если для выбранного транзистора в справочнике приведено значение только граничной частоты передачи тока f_гр, то для опреде­ления f_h21э, можно пользоваться соотношением (103).

10. Рассчитывают режим покоя транзистора VТ2.

а) принимают напряжение коллектора покоя транзистора VТ2 (U_кп2) равным половине напряжения источника питания;

б) составляют уравнение для коллекторной цепи VТ2 и вычисляют ток коллектора покоя I_кп2, учитывая при этом соотношение (6);

в) графически определяют ток базы I_бп2 и напряжение U_бп2. Для этого на семействе выходных ВАХ транзистора отмечают точку А (I_кп2,U_кп2) (см. рис. 4), через которую при необходимости проводят дополнительную характеристику, соответствующую I_бп2. Величину тока I_бп2 определяют методом линейной интерполяции, используя две соседние характеристики. Полученную точку переносят на входную характеристику транзистора и находят U_бп2 (см. прилож. 1).

11. Находят величины h_21э и h_11э в точке покоя (см. прилож. 1).

12. Оценивают реальный коэффициент усиления каскада по формуле (19). Если он значительно отличается от величины, полу­ченной в п.3, то необходимо подобрать другой транзистор.

13. Рассчитывают мощность, рассеиваемую резистором R7 по току I_кп2, и окончательно выбирают тип резистора.

Примечание: в дальнейшем выбор всех резисторов схемы вы­полнять по методике, изложенной в п. 6 и п.14 .

14. Строят динамическую линию нагрузки (ЛН^~) на семействе выходных характеристик (см. рис. 4).

15. Определяют динамический режим работы транзистора. Для этого откладывают на оси абсцисс амплитуду выходного напряже­ния U_вых.А (см. рис. 4) и делают вывод о правильности выбора напряжения ис­точника питания. Затем находят амплитудные значения тока кол­лектора I_кА и тока базы I_бА (см. формула (10)). Переносят значение тока I_бА на семей­ство входных характеристик и находят напряжение U_бэА (см. формула (11)).

16. Используя соотношение (6) и считая, что , определяют сопротивление резистора R8, мощность, рассеивае­мую им, а затем выбирают его тип.

17. Вычисляют эквивалентное сопротивление базового делителя R_Б2 с учетом требований температурной стабилизации режима (см. формула (5)).

18. Используя соотношения (5) и (7) рассчитывают сопротивления резисторов R5 и R6.

19. Определяют ток делителя I_д2 (см. формула (18)), а затем рассчитывают мощность рассеивания резисторов R5 и R6 и выбирают их тип и номинал.

20. Вычисляют входное сопротивление оконечного каскада R_вх2 (см. формула (13)).

21. Определяют мощность, потребляемую базовой цепью транзистора VТ2 от предыдущего каскада

. (110)

22. Вычисляют выходную мощность предоконечного каскада

. (111)

где К_з.м = (1,1...1,2) - коэффициент запаса, учитывающий потери мощности в цепи смещения оконечного каскада.

23. Находят мощность Р_К.р, рассеиваемую коллектором VТ1.

24. Принимая, с учетом падения напряжения на резисторе фильтра R_ф, напряжение питания предоконечного каскада равным Е_к1 = 0,9Е, выбирают транзистор VТ1 (см. пп. 9).

25. Выбирают сопротивление резистора R3 таким, чтобы обеспе­чить возбуждение транзистора оконечного каскада в режиме гене­ратора тока (см. раздел 1.7), учитывая соотношение (15).

26. Рассчитывают мощность, рассеиваемую резистором R3, и окончательно выбирают его тип и номинал.

27. Рассчитывают режим покоя транзистора VТ1.

а) принимают U_кп1 = 0,5 Е_к1;

б) составляют уравнение для коллекторной цепи VТ1 и находят ток коллектора покоя I_кп1;

в) вычисляют ток базы покоя I_бп1.

28. Вычисляют эквивалентное сопротивление коллекторной цепи транзистора VТ1 в точке покоя (R_к~1).

29. Оценивают коэффициент усиления предоконечного каскада по формуле (19) и, при необходимости, уточняют выбор транзистора.

30. Определяют амплитуду коллекторного тока транзистора VТ1. Из эквивалентной схемы усилителя очевидно, что для согласования последовательно соединенных каскадов должно выполняться равенство U_кА1 = U_бА2, тогда

. (112)

Проверяют выполнение условия I_кА1 < I_кп1.

31. Находят амплитудные значения тока базы и напряжения база-эмиттер транзистора VТ1

и . (113)

32. Вычисляют сопротивление резистора R4 (см. формула (6)) и выбирают его номинальное значение и тип.

33. Находят эквивалентное сопротивление R_Б1 (см. п. 18).

34. Рассчитывают сопротивления резисторов R1 и R2; выбирают их тип и номинал (см. пп. 19, 20).

35. Вычисляют входное сопротивление предоконечного каскада R_вх1 в точке покоя.

36. Рассчитывают фактические коэффициенты усиления по на­пряжению оконечного К_u2 и предоконечного К_u1 каскадов, учиты­вая влияние всех элементов схемы.

37. Определяют общий коэффициент усиления усилителя с ра­зомкнутой цепью ООС К_u, сравнивают его с величиной, получен­ной в п. 3 и делают выводы о правильности расчетов.

38. Находят коэффициент передачи γ цепи ООС, обеспечиваю­щий заданную глубину обратной связи (см. раздел 1.6).

39. Рассчитывают сопротивление резистора обратной связи R_ос, используя выражение

. (114)

Примечание: Емкость конденсатора С_ос выбирают достаточно большой (С_ос ≈ С5), поэтому его омическим сопротивлением обыч­но пренебрегают.

40. Проверяют выполнение условия R4 + R_ос >> R_вых2 (см. формула (15)), для того, чтобы цепь ООС не шунтировала выходной каскад усилителя. Ес­ли это условие не выполняется, то надо выбрать транзисторы с большим коэффициентом усиления и повторить расчет.

41. Вычисляют фактический коэффициент усиления усилителя К_u.ос с замкнутой цепью ООС (см. формула (79)).

42. Строят сквозную динамическую характеристику оконечного каскада и рассчитывают коэффициент нелинейных искажений К_г, полагая разомкнутой цепь ОС (см. раздел 1.7).

43. Вычисляют коэффициент нелинейных искажений К_г.ос уси­лителя, охваченного цепью ООС (см. формула (93)).

44. Рассчитывают емкости разделительных и эмиттерных кон­денсаторов (см. раздел 1.2.3).

а) определяют влияние отдельного конденсатора на общий коэффициент частотных искажений;

б) находят постоянные времени перезаряда для каждого конденсатора;

в) вычисляют емкости конденсаторов, а затем выбирают их номинальные значения из таблицы П 2.2. Рабочее напряжение конденсаторов следует выбирать из условия U_н > Е.

45. Определяют значения С_ф и R_ф согласно рекомендациям раз­дела 1.9. Окончательно номинальные параметры С_ф и R_ф выбира­ют по аналогии с предыдущими расчетами.

46. Вычисляют полный ток I₀, потребляемый усилителем от ис­точника питания.

47. Рассчитывают к.п.д. усилителя.