ЛЕКЦИЯ 5. Резистивные и резонансные усилители.

1. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ.

2. РАСЧЕТ ВЫХОДНОГО КАСКАДА.

3. РАСЧЕТ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ КАСКАДОВ.

4. РАСЧЕТ ВХОДНОГО КАСКАДА.

1. Избирательные усилители

Избирательные усилители – это усилители предназначенные для усиления сигналов в относительно узком диапазоне частот.

Основные параметры:

К_{0 –} коэффициент усиления в рабочем диапазонее частот.

₀ – средняя частота рабочего диапазона.

_0,7 – полоса пропускания рабочего диапазона частот

Избирательность оценивается крутизной склонов АЧХ, чем круче АЧХ, тем выше избирательность. Она оценивается коэффициентом прямоугольности АЧХ:

Избирательные усилители бывают:

• с частотно-зависимой нагрузкой;

• - с частотно-зависимой обратной связью

Резонансные усилители:

Резонансные усилители – это избирательные усилители с частотно-зависимой нагрузкой, когда в качестве нее используется колебательный контур.

R _к.экв – эквивалентное сопротивление коллекторной цепи

R<<_pL_k

- обобщенная расстройка

- добротность

Д ля того чтобы R_Н не влияло на Q, используют частичное включение контура.

Избирательные усилители с частотно-зависимыми обратными связями

(RC-избирательные усилители)

Избирательные усилители с колебательным контуром (LC-избирательные усилители) обычно используются на частотах f_p>100 кГц. На низких частотах их применяют ограниченно по следующим принципам:

, то f_p, L_k,C_k.

Конструктивно L_k, C_K с большими параметрами имеют большие размеры, что увеличивает размеры схемы усиления. Кроме того, L_k невозможно изготовить используя методы интегральной технологии.

Н а низких частотах невозможно получить избирательный усилитель с заданной добротностью. В связи с этим на низких частотах используют избирательные усилители с частотно-зависимой обратной связью, обычно составленной из RC-элементов.

Основной усилитель – это усилитель с RC-связью, имеющей широкую полосу пропускания.

 - цепь обратной связи имеет АЧХ режекторного типа.

В качестве цепи обратной связи в таком усилителе обычно используют схему симметричный мост:

2. Расчет выходного каскада

2.1. Расчет режима работы транзистора

В случае, если значения сопротивлений на входе и входе транзистора имеют значения, равные 0 или , обеспечивается статический режим работы каскада.

Динамическую характеристику строят на семействе статических характеристик.

Существуют динамические характеристики по постоянному и переменному току.

Нагрузки рассматриваемого каскада с ОЭ по постоянному и переменному току определяются как:

R_н==R_к; .

График динамической характеристики по постоянному току строится по двум точкам:

— первая точка со значениями ; ;

— вторая точка со значениями ; .

При известных параметрах сопротивления R_н= и напряжения источника питания в транзисторе каскада протекает ток , создающий на коллекторе транзистора падение напряжения .

Точка, соответствующая координатам и называется рабочей точкой по постоянному току.

Координаты рабочей точки (U_к0, I_к0, U_бэ0, I_б0) для малосигнальных усилительных каскадов выбирают на линейных участках входной и выходной ВАХ транзистора, используя режим усиления класса А.

Для повышения КПД выходного каскада следует применять режим АВ или В.

Динамическую характеристику по переменному току строят, задаваясь предварительно положением рабочей точки на нагрузочной линии по постоянному току и пользуясь любым из уравнений:

;

.

На рисунках 1.1 и 1.2 прямая 1 соответствует нагрузочной прямой по переменному току, а прямая 2 — нагрузочной прямой по постоянному току.

Расчет выходного каскада начинают с расчета сопротивления в цепи коллектора транзистора.

При расчете сопротивления в цепи коллектора следует учитывать, что максимальное допустимое сопротивление нагрузки не должно превышать величины:

.

Если , то в этом случае сопротивление коллектора нужно выбирать, учитывая при этом, что при

обеспечивается максимальный коэффициент усиления,

а при — максимальное значение КПД каскада.

Если напряжение источника питания задано в техническом задании и нет жестких требований по согласованию с нагрузкой, сопротивление в цепи коллектора транзистора можно определить следующим образом

R_к= / I_кн,

где I_кн — максимальное значение тока насыщения транзистора,

определяемое по нагрузочной характеристике при выбранном положении рабочей точки.

Далее необходимо определить эквивалентное сопротивление нагрузки по переменному току:

.

Затем следует найти требуемое значение тока покоя коллектора в рабочей точке с учетом 10%-й запаса,

связанным с возможной термонестабильности каскада.

Для УГС и УИС сигналов различной полярности тока покоя коллектора транзистора следует принять:

,

где — действующее значение выходного напряжения.

Для УИС однополярных сигналов с большой скважностью (Q>10) ток покоя коллектора можно взять равным:

мА,

а для сигналов с малой скважностью (Q<10) следует им задаться равным [5]:

,

где Q — скважность импульсов.

Следующим шагом следует определить напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке для УГС, УИС сигналов различной полярности и УИС однополярных сигналов с большой скважностью [5]:

,

где — амплитудное значение выходного напряжения;

— действующее значение напряжения начального нелинейного участка выходных статических характеристик транзистора,

для маломощных транзисторов это напряжение В.

Для УИС однополярных сигналов с малой скважностью напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке можно найти по выражению:

.

В последнем выражении следует учесть для необходимый запас на термонестабильность, не превышающий 10...15%.

Постоянная мощность, рассеиваемая на коллекторе ,

не должна превышать предельного значения для транзистора , взятого из справочных данных на транзистор.

Следующим шагом следует определить падение напряжения на сопротивлении R_э

.

Из практических соображений можно задаться значением падения напряжения на сопротивлении R_э,

равным В,

а затем, если нужно уточнить его значение в ходе предварительного расчета.

Далее необходимо определить требуемое значение напряжения источника питания Е_к:

,

где — падение напряжения на ; .

Напряжение источника питания не должно превышать данного транзистора и должно соответствовать рекомендованному ряду:

=(5; 6; 6,3; 9; 10; 12; 12,6; 15; 20; 24; 27; 30; 36) B.

Выходную мощность УГС и УИС можно найти по выражениям соответственно:

и .

КПД каскада усиления можно определить используя выражения потребляемой мощности

и рассчитанной выходной мощности

.

Мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора, можно определить по формуле:

.