Skhemotekhnika_PE

131

-индуктивность первичной обмотки выходного трансформатора i-го

ДТУМ рассчитывается по формуле (9.3), вместо RH.≈I подставляется RH.≈ПЛ.

Если в результате расчетов величины некоторых элементов получатся недопустимо большими с точки зрения выбора элементов для построения схемы (это, в первую очередь, возможно для величин емкостей конденсато-

ров CЭ.i) производят перераспределение MH.i. При этом увеличивают допус- тимый МH.i для элементов с большой расчетной величиной за счет умень- шения МH.i других элементов. Перераспределение производят так, чтобы для МН, определяемого по формуле (9.1), выполнялось условие (9.2). После перераспределения МH.i производится повторный расчет.

Конденсаторы выбираются по величине емкости и допустимому на- пряжению, которое определяется:

-для входного разделительного конденсатора СР.ВХ

UДОП = 1,5UВХ.П,

где UВХ.П – напряжение в точке подключения СР.ВХ к входной цепи ВхК в режиме покоя;

- для разделительного конденсатора СP.i

UДОП = 1,5(UВЫХ.Пi – UВХ.П(i+1)),

где UВЫХ.Пi – напряжение в точке подключения СP.i к выходной цепи i-го каскада в режиме покоя, например, для i-го каскада по схеме

с ОЭ

UВЫХ.Пi = UЭ.Пi + UКЭ.Пi;

UВХ.П(i+1) – напряжение в точке подключения СPi к входной цепи (I + 1)- го каскада в режиме покоя, например, для (I + 1)-го каскада

по схеме с ОЭ

UВХ.П(i+1) = UЭ.П(i+1) + UБЭ.П(i+1);

- для конденсаторов в цепях эмиттера СЭ.i и истока СC.i

UДОП = 1,5UЭ.П; UДОП = 1,5UИ.П;

- для конденсаторов С1 и C2 в схеме ДУМ UДОП = 1,5UБЭ.П.

4) Расчет цепей питания усилителя. При организации цепей пита-

ния каскадов усилителя стремятся уменьшить число питающих напряжений с целью упрощения блока питания усилителя. Для этого каскады предвари- тельного усилителя питают от одного ИП через фильтры (рис. 9.1 – 9.5). В качестве фильтров используются R–С-цепи. Схема фильтра представлена на рис. 9.6.

Фильтр в цепи питания КПУ выполняет четыре функции:

1.Понижение напряжения питания следующего, (I + 1)-го КПУ Ei+1 до значения Еi, необходимого для питания i-го каскада.

2.Сглаживание пульсаций напряжения источника питания.

132

Рис. 9.6

3.Ослабление паразитной межкаскадной обратной связи через общий источник питания до допустимой величины (развязка по цепи питания).

4.Через CФ.i организуется цепь для протекания переменных состав- ляющих токов входной и выходной цепей каскада.

Расчет сопротивления RФi производится в следующей последователь- ности.

1.Определяется средний за период усиливаемого сигнала ток ICP, протекающий через RФ.i. Он равен сумме средних за период усиливаемого сигнала токов i-го и всех предыдущих КПУ, замыкающихся через ИП

i

ICP = åICP. j . j=1

Поскольку КПУ работают в режиме А, средний ток через ИП каскада IСР.j равен току, протекающему через ИП в режиме покоя IП.j. Этот ток, в свою очередь, равен сумме токов, протекающих по цепям каскада в режиме покоя.

Для КПУ по схемам с ОК и ОЭ IП = IД + IБ.П + IК.П. Для КПУ по схеме с ОИ IП = IД + IС.П.

2. Рассчитывается величина RФ.i по формуле

RФ.i = (Ei+I1 − Ei ) .

CP

Расчет конденсатора фильтра СФ.i производится отдельно на сглажи-

вание пульсаций и на развязку и из двух полученных значений выбирается наибольшее.

Расчет СФ.i на сглаживание пульсаций производится в следующей по- следовательности.

1. Напряжение питания Е с выхода сетевого ИП содержит перемен- ную составляющую, обусловленную неидеальным сглаживанием пульсаций выпрямленного напряжения фильтром на выходе выпрямителя. Переменное напряжение на выходе ИП называется напряжением фона, его амплитуда обозначается UФ.M.

Определяется напряжение UФ.M.ДОП. Этот параметр используется при выборе или расчете ИП. Расчет UФ.M.ДОП производится для каскада УМ, т.к.

133

каскад УМ питается непосредственно от ИП без применения сглаживающих фильтров.

Для ОТУМ UФ.M.ДОП определяется по формуле:

где RВЫХ.ТР = UКЭ.П / IК.П – омическое сопротивление выходной цепи транзи- стора в режиме покоя;

DC = еГ.МАХ / еГ.МIN – динамический диапазон усиливаемого сигнала;

= еГ.Ш – напряжение собственных шумов на выходе источника сигнала в режиме холостого хода. Если в техническом за- дании не указан диапазон изменения еГ, принимают

DС = 1000.

Для ДТУМ режима АВ в формулу (9.4) вместо RН.≈ подставляют RН.≈ПЛ, а под RВЫХ.ТР понимают омическое сопротивление выходной цепи транзистора в точке на нагрузочной прямой по переменному току, соответ-

ствующей IК = IK.MAX / 2.

Аналогично определяется UФ.М.ДОП в случае ДУМ режима АВ, отличие состоит в том, что вместо UКЭ.≈ подставляется UH.М.

Напряжение UФ.М.ДОП не должно превышать 0,05Е, даже если расчет по формуле (9.4) дает большее значение (в этом случае принимают UФ.М.ДОП = 0,05Е), т.к. появляется паразитная модуляция сигнала, увеличивающая вносимые усилителем нелинейные искажения.

2. Для всех КПУ определяется напряжение фона, действующее на входе каскада при отсутствии фильтрующих цепей. Напряжение UФ.М.ДОП поступает через цепь питания каскада с определенным коэффициентом пе- редачи b на его вход. Коэффициент передачи b определяется для входного каскада, по формуле

где R1 = RГ P RBX .TP P R2 , RВХ.ТР – сопротивление входной цепи транзистора

по переменному току (определяется типом КПУ);

R2 – нижнее по схеме сопротивление входного делителя каскада (для КПУ любого типа);

R1** = R1 – верхнее по схеме сопротивление входного делителя каскада (для КПУ любого типа).

Сопротивление RBX.TP определяется для КПУ:

134

Для i-го КПУ, подключенного к выходу (i–1)-го каскада с OK, bi оп-

ределяется по формуле

Ri = RЭ(i−1) P RBX .TPi P R2i ;

Для i-го КПУ, подключенного к выходу (i – 1)-го каскада с ОЭ, bi оп- ределяется по той же формуле (9.6), в которую подставляются

Ri = RK (i−1) P R1.i .

Для i-го КПУ, подключенного к выходу (i - 1)-го каскада с ОИ, bi оп- ределяется по формуле (9.6), в которую подставляются

= bI × UФ.М.ДОП. Напряжение UФ.ВХi не должно превышать допустимой вели-

чины

3. Для всех КПУ определяются коэффициенты сглаживания по фор-

муле:

ФС.i = UBX.i / UФ.BX.i .ДОП.

4. Рассчитываются емкости конденсаторов СФ. Расчет начинают с ближайшего к зажимам ИП фильтра, например Ф(n-1) (рис. 9.1), Ф(n-2) (рис. 9.2). Для этого фильтра емкость СФi определяется по формуле

где wП = 2pfП – круговая частота пульсаций напряжения UФ.

Как правило, в сетевых ИП применяются двухполупериодные выпря- мители, для которых частота пульсаций f П = 100 Гц.

Если ФС.i < 1, расчет по формуле (9.7) невозможен, это означает, что дополнительного сглаживания пульсаций для i-го каскада не требуется. В этом случае емкость конденсатора СФi может быть выбрана любой величины.

135

Для всех остальных фильтров методика расчета СФi несколько отли- чается от описанной выше. Так как фильтры включены в цепь ИП последо- вательно, сглаживание пульсаций i-м фильтром определяется не только соб- ственным коэффициентом сглаживания ФСi , но и величинами коэффициен-

тов ФС(i+1) , ФС(i+2) фильтров, стоящих по схеме ближе к зажимам ИП, поэто- му для всех остальных фильтров схемы рассчитывается так называемый до-

полнительный коэффициент сглаживания по формуле:

ФС.i.ДОП = ФC.i ФC(i+1) .

Емкость СФ.i рассчитывается по формуле (9.7), при этом в нее вместо

ФС.i подставляется ФС.i.ДОП.

Если ФС.i < 1, расчет по формуле (9.7) невозможен, это означает, что дополнительного сглаживания пульсаций для i-го каскада не требуется. В этом случае емкость конденсатора СФ.i также может быть выбрана любой величины.

Для усилителей, работающих от автономных ИП, расчет СФ на сгла- живание пульсаций не производится, т.к. пульсации напряжения питания в этом случае отсутствуют.

Расчет СФ.i на развязку производится в следующей последовательно-

сти.

1. Определяется напряжение паразитной обратной связи через общий ИП (ПОС) на зажимах ИП по формуле

UПОС.M = IВЫХ .M × ZИП ,

где IВЫХ.М – амплитуда выходного тока УМ, замыкающегося через ИП (для

ОТУМ IВЫХ.М = IK.МАХ – IК.П; для ДТУМ и ДУМ IВЫХ.М = IK.МАХ ;

ZИП – выходное сопротивление источника питания, зависит от его типа. Если в ИП применяется компенсационный стабилизатор напряжения, ZИП = (0,05¸0,2) Ом, если на выходе ИП включен R-C- или L-C-фильтр,

ZИП » 1 / (2pfH×СФ ), где СФ составляет, как правило, (500 ¸ 2000) мкФ.

2. Для всех КПУ определяются требуемые коэффициенты деления bТРЕБ по формуле

βi.TPEБ =UBX .Mi ×(MH .Фi -1)UПОС.M ,

где МН.Фi = 1,02 ¸ 1,03 – допустимый коэффициент частотных искажений, выделенный на цепь RФ.i – CФ.i.

Коэффициент; передачи bi.ТРЕБ сравнивается с ранее определенным по формулам (9.5) и (9.6). Еcли bi < bi.ТРЕБ, дополнительной развязки от дейст- вия ПОС не требуется, в этом случае СФ.i принимают равной, вычисленной по формуле (9.7). Если bi > biТРЕБ, СФ.i рассчитывается и с точки зрения раз- вязки от действия ПОС.

3. Для всех КПУ определяются коэффициенты развязки

ФP.i = bi / bi.ТРЕБ.

136

4. Для тех фильтров, где необходима развязка от действия ПОС, рас- чет СФ аналогичен расчету СФ на сглаживание пульсаций. При этом в фор- мулу (9.7) вместо ФC.i подставляется ФP.i (для ближайшего к ИП фильтра), вместо ФC.i.ДОП подставляется ФP.i.ДОП = ФP.i / ФP(i+1) (для всех остальных фильтров); вместо wП подставляется wН = 2pfH.

Сравниваются емкости СФi, определенные с точки зрения сглажива- ния пульсаций и с точки зрения развязки, из двух значений выбирается наи- большее.

Конденсатор фильтра СФi выбирается на напряжение UДОП ³ 1,5Еi.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данное учебное пособие «Схемотехника» предназначено для студен- тов специальности «Электроника и наноэлектроника» дневной и заочной

формы обучения и составлено с расчетом на самостоятельную работу при изучении дисциплины «Схемотехника», а также как методическое руково- дство при выполнении курсового проекта.

В первой главе рассмотрены принцип действия усилителя, определе- ны основные характеристики усилительных устройств.

Вторая глава посвящена каскадам предварительного усиления. Рас- смотренные каскады могут использоваться в любой усилительной и преоб- разовательной электронике. Описание каскадов содержит сведения, необхо- димые для расчета. Даны рекомендации по выбору усилительных элементов и расчету схем.

Третья глава посвящена каскадам усиления мощности. Рассмотрены трансформаторные и бестрансформаторные каскады, даны рекомендации по возможным режимам работы, расчету. Приведены варианты схем каскадов.

Четвертая глава содержит основные положения теории обратных свя- зей. Рассмотрены виды обратных связей, используемые при усилении сиг- налов, определено влияние обратных связей на параметры и характеристики усилителей.

Впятой главе даны основные положения по теории и принципам ра- боты избирательных усилителей. Приведены основные схемы, даны реко- мендации по расчету.

Вшестой главе рассмотрены усилители постоянного тока. Приведены основные положения, рассмотрены схемы и особенности данного вида уси- лителей. Даны рекомендации по расчету и выбору элементов. Рассмотрены модификации схем.

Измерительные усилители рассмотрены в седьмой главе. Рассмотре- ны виды усилителей, их особенности и режимы работы. Даны рекоменда- ции по применению данного вида усилителей.

137

Восьмая глава посвящена широкополосным усилителям. Рассмотрена работа усилительного каскада на высоких частотах. Определено примене- ние операционных усилителей для усиления радиочастотных сигналов. Рас- смотрены виды широкополосных усилителей и усилители дифференциаль- ных линий.

Девятая глава посвящена курсовому проектированию. В главе приве- дены рекомендации по выбору структурной схемы усилителя, расчету уси- лительного устройства на транзисторах и сопутствующим расчетам на низ- ких частотах. Даны основные рекомендации по расчету цепей питания.

Надеюсь, что данное учебное пособие будет хорошим помощником при выполнении курсового проекта.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Бочаров, Л.Н. Расчет электронных устройств на транзисторах. /Л.Н. Бочаров, - М.: Энергия, 1978. - 208 с.

2.Войшвилло Г.В. Усилительные устройства: Учебник для вузов. /Г.В. Войшвилло, - М.: Связь, 1975. - 384 с.

3.Волович, Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств. / Г.И. Волович,- М.: Издательский дом «Додека–

XXI», 2005. - 528 с.

4.Воробьев, Н.М. Проектирование электронных устройств: Учеб. по- собие для вузов. /Н.М.Воробьев, - М.: Высш. шк., 1989. - 222 с.

5.Гусев, В.Г. Электроника: Учеб. пособие для приборостроит. спец. вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. / В.Г.Гусев, Ю.М.Гусев, - М.: Высш. шк., 1991. - 622 с.

6.Забродин, Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для . вузов. /Ю.С. Забродин, - М.: Внеш. шк., 2008. - 496 с.

7.Манаев, Е.М. Основы радиоэлектроники. - 3-е изд., перераб. и доп.

/Е.М. Манаев, - М.: Радио и связь, 1990. - 511 с.

8.Остапенко, Г.С. Усилительные устройства: Учеб. пособие для ву- зов. / Г.С. Остапенко, - М.: Радио и связь, 1989. - 400 с.

9.Пейтон, А. Дж. Аналоговая электроника на операционных усилите- лях. / А. Дж. Пейтон, В. Волш, - М.: БИНОМ, 1994. - 352 с.

10.Безладнов, Н.А. Проектирование транзисторных усилителей звуко- вых частот / Под ред. Н.А. Безладного. /Н.А.Безладнов, Б.Я. Герценштейн, В.К. Кожанов, - М.: Радио и связь, 1978. - 368,.c.

11.Ефимов, В.В. Проектирование усилительных устройств: Учеб. по- собие / В.В. Ефимов, В.Н. Павлов, Ю.П.Соколов, Под ред. Терпугова, - М.:

Высш. шк,, 1982. - 190 с.