Трикаскадний лінійний підсилювач

Размещено на http://www.allbest.ru

Трикаскадний лінійний підсилювач

Зміст

Завдання на курсовий проект

Вступ

1 Загальні питання схемотехніки лінійних підсилювачів

2. Принципова схема підсилювача

3. Розрахунок лінійного підсилювача

Висновок

Література

Додаток

Завдання на курсовий проект

Необхідно вибрати тип підсилювальних приладів, розрахувати їх режим роботи для заданого підсилювача, розрахувати параметри елементів принципової схеми та якісні показники всього підсилювача.

Студенти проектують трикаскадний лінійний підсилювач. Вихідні дані для проектування беруться з табл. 1 і 2. По передостанній цифрі номера студентського білета визначається номер стовпчика в табл. 1, а по останній - номер стовпчика в табл. 2. Якщо номер білета містить тільки одну цифру, то перед нею приписується нуль.

Таблиця 1

Показники підсилювача	Номер варіанта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Потужність, що віддається в навантаження, РН , мВт	10	8	10	11	14	16	8	12	10	15
Нестабільність коефіцієнта підсилення на каскад F,%	3	3,5	4	4,5	5	3	3.5	4	4.5	5
Загасання нелінійності по другій і третій гармоніках аr, дБ	80	75	70	65	70	80	75	70	65	75
Верхня робоча частота fв, кГц	1500	1400	564	1400	564	1500	1400	1500	564	564
Нижня робоча частота fн, кГц	812	60	45	60	45	812	60	812	45	45
Допустимий коефіцієнт частотних спотворень на нижній робочій частоті МН , дБ	0,2	0,3	0,4	0,25	0,35	0,2	0.3	0.4	0,25	0.35

Таблиця 2

Задані параметри	Номер варіанта
	1-2	3-4	5-6	7-8	9-0
Опір резистора в колі колектора транзистора V4 , Ом	200	220	240	300	270
Вхідний опір каскаду на транзисторі V4, Rвх2, кОм	0.7	0.6	0,5	0,6	0,7
Коефіцієнт підсилення каскаду на транзисторі V4 з врахуванням місцевого негативного зворотного зв'язку (НЗЗ), КF2	8	6	6	8	7

ПРИМІТКА. Для всіх варіантів загальними є наступні вимоги:

1. Температура навколишнього середовища 0…+30С.

2. Хвильовий опір коаксіальних кабелів, по яких підводиться до підсилювача і відводиться від нього сигнал, = 75 Ом .

3. Вихідний опір коректора амплітудно-частотної характеристики (КАЧХ) і вхідний опір автоматичного регулятора підсилення (АРП) R=100 Ом

Таблиця 3.

Показники лінійного підсилювача

Показники	Значення
Амплітуда сигналу на навантаженні Uн,мВ ЕРС джерела сигналу еr, мВ Наскрізний коефіцієнт підсилення Gu, дБ Робоче підсилення Gp, дБ Потужність, яка споживається від джерела сигналу, Pr, мВт Нестабільність коефіцієнта підсилення KF,% Напруга джерела живлення E0 , В

Принципова схема лінійного підсилювача приведена на рис. 1.

ПРИМІТКА. З метою скорочення трудомісткості виконання проекту каскад попереднього підсилення на транзисторі V4 не розраховується, а його параметри приводяться у вихідних даних. Не розраховуються також ємності розподільчих конденсаторів С9 і С11, тому що не проектуються підключені до них коректори. Не розраховується ємність конденсатора С1 і індуктивність дроселя фільтра L7 .



Вступ

Лінійні підсилювачі (варіант найпростішого пропонується розрахувати в проекті) є одним з головних функціональних вузлів систем автоматизації. Всі лінійні підсилювачі одночасно підсилюють груповий сигнал в усій смузі частот і ввімкнені послідовно один за другим. Результуючі спотворення сигналу визначаються сукупністю спотворень, внесених кожним підсилювачем. Тому до якісних показників підсилювачів пред'являються високі вимоги.

Лінійні підсилювачі, що застосовуються в системах автоматизації, використовуються для компенсації загасання сигналу, для підтримки рівнів сигналу при коливанні температури навколишнього середовища, для корекції амплітудно-частотної характеристики і виконують деякі інші функції. В залежності від місця встановлення (ОП, НПП, ОПП), функціонального призначення і робочого діапазону частот їх схемні рішення трохи відрізняються, однак загальна структура в цілому однакова. Це - дво- і трикаскадні підсилювачі з петлею глибокого зворотного зв'язку, що охоплює весь підсилювач, із трансформаторами на вході і виході.

1. Загальні питання схемотехніки лінійних підсилювачів

В залежності від призначення і пропускної здатності різні багатоканальні системи передачі працюють у діапазоні частот від 12 кГц до 60 МГц, причому зазначена верхня границя не є межею.

Відомо, що загасання лінії зростає з підвищенням частоти. Тому в кожний лінійний підсилювач вводиться коректор амплітудно-частотної характеристики (КАЧХ), за допомогою якого підсилення на верхній робочій частоті в порівнянні з підсиленням на нижній робочій частоті підвищується в кілька десятків разів.

Абсолютна величина загасання в лінії залежить від її довжини, тобто від відстані між двома підсилювальними пунктами. Для його компенсації в підсилювачах встановлюються частотно-незалежні регулятори підсилення (РП), їх інакше називають подовжувачами або вирівнювачами. Це ступінчаті регулятори підсилення, що підбираються з декількох резисторів при настроюванні.

До складу лінійних підсилювачів вводиться також автоматичний регулятор підсилення (АРП). Він керується місцевим датчиком температури ґрунту або сигналами спеціальних контрольних частот. Його призначення - підтримка необхідного підсилення і форми АЧХ незалежними від кліматичних умов.

В результаті грозових розрядів і з інших причин на вхід і вихід підсилювача можуть потрапити небезпечні для працездатності підсилювача імпульсні перешкоди. Тому вхід і вихід завжди захищаються шунтуючими діодами. Діоди включені зустрічно. Корисний сигнал, що надходить на них, настільки малий по амплітуді, що ці діоди завжди знаходяться в закритому стані і на роботу підсилювача не впливають. Діоди відкриваються і шунтують вихідне коло підсилювача, якщо перешкода перевищить їхній поріг спрацьовування. Для кремнієвих діодів поріг спрацьовування складає 0,5...0,7 В.

До якісних показників лінійних підсилювачів пред'являються досить високі вимоги. Якісні показники по можливості не повинні залежати від умов експлуатації, що досягається за рахунок застосування відповідних схемних рішень.

У загальному випадку поліпшити і зробити більш стабільними параметри підсилювачів можна за допомогою різних кіл негативного зворотного зв'язку (НЗЗ). В лінійних підсилювачах широко використовуються ланцюги місцевих частотно-залежних і частотно-незалежних НЗЗ і обов'язково застосовується ланцюг загального НЗЗ, що охоплює весь підсилювач. Однак найпростіші способи зняття і введення сигналу зворотного зв'язку виявляються не завжди прийнятними. Наприклад, використання ланцюгів глибокого НЗЗ дає можливість стабілізувати коефіцієнт підсилення (передачі) підсилювачів. Відомо, що наскрізний коефіцієнт підсилення підсилювачів з негативним зворотним зв'язком підраховується по формулі

(1)

де - наскрізний коефіцієнт підсилення підсилювача без НЗЗ;

- коефіцієнт передачі ланцюга зворотного зв'язку.

Якщо , то , тобто не залежить від зміни параметрів підсилювальних приладів і визначається тільки коефіцієнтом передачі ланцюга НЗЗ.

Стосовно до лінійних підсилювачів можна помітити, що вони працюють на змінне навантаження. Інакше кажучи, змінюються параметри навантаження підсилювача, а отже, і глибина зворотного зв'язку (зворотня різниця):

 (2)

де

S - крутизна характеристики передачі підсилювача, що дорівнює відношенню збільшення струму в навантаженні до збільшення напруги сигналу на вході підсилювача;

ZН - опір навантаження підсилювача змінному струму.

Цього допустити не можна, оскільки неминуче виникає дрейф КEF, змінюються вхідний і вихідний опори підсилювачів. Отже, попередня ділянка кабелю не буде навантажена на хвильовий опір і не буде працювати в режимі хвилі, що біжить, з'являться амплітудно-частотні спотворення.

Вдалося стабілізувати параметри підсилювача, застосувавши на вході і виході підсилювача диференціальні системи (шестиполюсники), що дозволяють реалізувати комбінований зворотний зв'язок (сигнал ЗЗ пропорційний струму і напрузі на виході і вводиться послідовно і паралельно по входу). Принцип роботи підсилювача із шестиполюсниками мостового типу на вході і виході можна пояснити за допомогою рис. 2.

Стосовно навантаження ZН ланцюг знімання напруги НЗЗ UF виявляється підключеним в збалансовану діагональ моста, а тому напруга НЗЗ не залежить від напруги на навантаженні. Таким чином, глибина ЗЗ не залежить від параметрів навантаження ZН, коефіцієнт підсилення постійний, постійний вхідний опір підсилювача і дорівнює його пасивному опору. Вхідний опір Zвх не залежить від виду коригувальних ланцюгів в петлі ЗЗ, тому що у вхідну мостову схему (аналогічну за структурою вихідної) напруга ЗЗ подається в протилежну діагональ стосовно точок підключення вхідної лінії.

На практиці диференціальні системи реалізуються за допомогою триобмоточних трансформаторів і додаткових зовнішніх ланцюгів.

З метою підвищення стійкості лінійних підсилювачів їхня смуга пропускання в області верхніх частот штучно обмежується. Для цього вхід і вихід підсилювача шунтується конденсаторами. Величина їхньої ємності вибирається такою, щоб у робочій смузі вони не впливали на форму АЧХ. Конденсатори одержали назву конденсаторів високочастотного обходу.

Конденсаторами високочастотного обходу блокується і ланцюг подачі зворотного зв'язку або окремих її частин. Необхідність їх встановлення викликана тим, що в області верхніх частот опори монтажних ємностей у ланцюзі ЗЗ стають досить малі, і глибина ЗЗ значно зменшується. В результаті умови стійкості можуть бути порушені. Конденсатор обходу дозволяє підвищити стійкості лінійних підсилювачів в області верхніх частот.

Використання в підсилювачах місцевих ланцюгів НЗЗ також почасти пояснюється прагненням підвищити усталеність підсилювачів за рахунок зменшення глибини загального зворотного зв'язку.

Функціональна схема підсилювача представлена на рис. 3.

На вході і виході диференціальних систем 1 і 2 встановлюється діодний захист від імпульсних перешкод 5; вхід, вихід підсилювача 3 і частина ланцюга НЗЗ 4 шунтуються конденсаторами високочастотного обходу 6. Їхнє призначення - обмеження смуги пропускання підсилювача за межами верхньої робочої частоти сигналу. Усі регулювання в підсилювачі зручно поставити в ланцюг зворотного зв'язку, оскільки таке рішення дозволяє запобігти яким-небудь комутаціям схеми підсилювача і разом з тим зробити

необхідну корекцію параметрів підсилювача без зміни його вхідних характеристик.

До складу ланцюга НЗЗ входять, як правило, три основних компонента:

1. Автоматичне регулювання підсилення (АРП) за сигналом контрольних частот або за сигналом термодатчика.

2. Частотно-незалежний регулятор підсилення РП.

3. Коректор амплітудно-частотної характеристики з постійними параметрами (КАЧХ). Останній часто називається контуром постійного нахилу, а весь ланцюг НЗЗ - - або В-ланцюгом.

Підсилювач електричних сигналів у різних джерелах називається -ланцюгом, D - ланцюгом або К-ланцюгом. Це історично сформовані назви.

2. Принципова схема підсилювача

Принципова схема найпростішого трикаскадного лінійного підсилювача, складена відповідно до раніше описаної функціональної схеми (рис. 3), приведена на рис. 1.

На вході підсилювача ввімкнені два діоди - V1 і V2 . Це - схема захисту першого підсилювального каскаду від імпульсних перешкод з лінії зв'язку. Така ж схема захисту ввімкнена і на виході підсилювача (V7 ,..., V11). Однак для того, щоб схема не спрацьовувала від корисного посиленого сигналу, шунтування вихідного ланцюга можливе тільки у випадку, коли амплітуда перешкоди перевищить 2V. При впливі перешкоди позитивної полярності відкриваються діоди V8, V9, V10. Перешкода негативної полярності відкриває ланцюг діодів V7, V9, V11. Можна було б, звичайно, ввімкнути два паралельні ланцюги з трьох діодів і домогтися такого ж ефекту, але застосоване рішення дозволяє заощадити один діод і в деякій мірі підвищити надійність роботи підсилювача.

Підсилювач зібраний на транзисторах V3, V4, V5, ввімкнених за схемою з загальним емітером (ЗЕ) з метою одержання максимального підсилення потужності. База вхідного транзистора V3 і колектор вихідного V5 замкнуті на корпус через конденсатори високочастотного обходу С2 і CI2 для запобігання можливості самозбудження підсилювача за межами необхідної смуги пропускання. Струм спокою кожного каскаду стабілізується за допомогою емітерних схем стабілізації. Міжкаскадний зв'язок здійснюється через розподільчі конденсатори С5 і С6. Тому режими роботи каскадів взаємно незалежні.

Як вказувалося вище, на вході і на виході лінійних підсилювачів ставляться диференціальні системи. Як приклад можна показати принцип утворення погоджуючого шестиполюсника на основі вхідного трансформатора T1. У робочій смузі частот опір конденсатора високочастотного обходу С2 дуже великий і ним можна знехтувати. Опір блокувальних конденсаторів СЗ, С4, навпаки, дуже малий, і зручно уявити, що нижні за схемою (рис. 1) виводи обмоток L2 і L3 приєднані до корпусу. При нормальному режимі роботи V1 і V2 закриті, ними можна знехтувати. Тоді схему вхідного ланцюга доцільно представити у вигляді рис. 4, де RвхV3 - вхідний опір транзистора V3, а інші позначення відповідають рис. 1. Утворилася мостова схема.



Міркуючи подібним чином, вихідну диференціальну систему можна представити у виді рис. 5, де RвихV5 - вихідний опір транзистора V5. Тому все сказане стосовно схеми виду рис. 5 справедливо для опису властивостей підсилювача, зображеного на рис. 1.

Сигнал загального зворотного зв'язку знімається з емітера V5, у колі якого послідовно ввімкнені резистор R13 (напруга на ньому пропорційно струму вихідного каскаду) і обмотка L5 (напруга на обмотці пропорційно напрузі на навантаженні транзистора - обмотці L4). Вводиться

сигнал зворотного зв'язку на емітер V3. За рахунок падіння напруги ЗЗ на резисторі R3, здійснюється послідовне по входу введення сигналу ЗЗ, а за рахунок наведеної ЕРС в обмотці L2 при протіканні струму ЗЗ через обмотку L3 здійснюється паралельне по входу введення сигналу ЗЗ. Таким чином, по виходу і по входу має місце комбінований зворотний зв'язок. Зворотний зв'язок здійснюється тільки по змінному струму: на вході і виході загального ланцюга НЗЗ установлені розподільчі конденсатори С9 і С11.

Технологічна різниця параметрів транзисторів складає 200...400%. Для стабілізації характеристик окремих каскадів їх охоплюють ланцюгами місцевого зворотного зв'язку. Найбільш просто реалізувати послідовний по входу зворотний зв'язок по струму шляхом включення резистора в коло емітера (наприклад R9). Для цієї мети також використовується резистор R3. У вихідному каскаді для місцевого НЗЗ використовується сигнал загального комбінованого зв'язку, що знімається з R13 і L5.

Основна частина напруги ЗЗ (по постійному струму) для стабілізації струмів спокою знімається з резисторів R4, R10, R14, заблокованих по змінному струму конденсаторами великої ємності С4, С7 і С8. R1, R2, R6, R7, R11, R12 призначені для подачі фіксованих потенціалів на бази транзисторів.

Загальним для всього підсилювача є фільтр у колі живлення L7 C1. В базовому колі транзистора V3 утвориться ще додатковий індивідуальний фільтр, що складається з R1 і СЗ.

Діод V6 призначений для захисту від пробою транзистора V5 при попаданні через коло живлення перешкод негативної полярності. Якщо його немає, зазначена перешкода достатньої амплітуди переводить перехід база-колектор у відкритий стан (а перехід база-емітер завжди відкритий), і транзистор згорає через надмірний струм, тому що опір обмотки L4 незначний, опір резистора R13 малий, a R14 для імпульсного сигналу закорочений конденсатором C8.

У підсилювачі застосований частотно-незалежний регулятор підсилення ступінчастого типу. Він виконаний у вигляді Т-подібної схеми (R15, R16, R17) і включений в коло загального НЗЗ.

При заданому ступені ослаблення сигналу вхідний і вихідний опори завжди можна узгодити з джерелом сигналу і навантаженням, тобто параметри коректуючих кіл не будуть мінятися при зміні коефіцієнта підсилення.

На рис.1 зображена одна ланка регулятора. У промисловій апаратурі є можливість включити в коло НЗЗ один з 3...4 регуляторів шляхом перепайки відповідних перемичок.

За рахунок паразитних ємностей, утворених резисторами регулятора і корпусом, глибина НЗЗ в області верхніх частот падає, збільшується фазове запізнювання сигналу зворотного зв'язку, що може привести до самозбудження підсилювача. З метою усунення цього небажаного явища регулятор блокується конденсатором C10.

3. Розрахунок лінійного підсилювача

На стадії курсового проектування виконується розрахунок підсилювача по істотно полегшених вимогах. Функціональна і принципова схеми визначені. Необхідно вибрати тип підсилювальних приладів, причому при верхній робочій частоті fв<10 МГц і потужності, що віддається, у десятки міліватів з метою скорочення номенклатури деталей у всіх каскадах варто використовувати однотипні транзистори. Потім проводиться енергетичний розрахунок підсилювача, уточнюються якісні показники, розраховуються реактивні елементи.

Вибір типу транзисторів

Тип транзисторів вибирається з врахуванням можливості їхнього використання в вихідному каскаді за максимально припустимою потужністю, що розсіюється, на колекторі Рктах, граничній частоті підсилення струму в схемі з ЗЕ fh21Э.

В трансформаторному каскаді, що працює в режимі класу «А», при потужності, що віддається, у десятки міліватів із транзистора завжди можна зняти задану потужність сигналу і забезпечити полегшений температурний режим, якщо виконати умову:

,

де PH -- потужність, що віддається підсилювачем,;

- ККД вихідного трансформатора;

- максимальний ККД підсилювального приладу в режимі «А»;

N1 - коефіцієнт запасу;

- максимально допустима потужність, що розсіюється на колекторі.

Для розрахунку зручно прийняти; =0,9; =0,4; N1=2,5...3.

Підсилювальні властивості транзисторів зі зростанням частоти сигналу значно погіршуються, причому через технологічний розкид характеристик в кожному екземплярі підсилювального приладу вони міняються індивідуально. Для того, щоб спростити процес настроювання підсилювачів і підвищити стійкість в області верхніх частот, тип транзистора вибирають з врахуванням нерівності

fh21е (2…5)fв fh21е (2…5) 564=1128…2256 кГц ,

де fh21е - гранична частота коефіцієнта передачі струму транзистора в схемі з ЗЕ (на цій частоті статичний коефіцієнт передачі струму fh21е зменшується до рівня 0,7 у порівнянні з областю нижніх частот);

fв - верхня робоча частота.

Іноді в довідниках замість частоти fh21е вказується частота fh21б або fгр . fh21б це гранична частота коефіцієнта передачі струму h21б в схемі з ЗБ, тобто частота, на якій цей коефіцієнт зменшується до рівня 0,7 у порівнянні з областю нижніх частот. Частота fгр - гранична частота транзистора в схемі з ЗЕ, при якій h21е=1.

Взаємозв'язок між названими частотами можна встановити за допомогою наступних виразів:

fh21е h21е fh21е1,3 fгр , (5)

, (6)

де h21е - статичний коефіцієнт передачі струму в схемі з ЗЕ;

- довідкові параметри; межі технологічного розкиду.

В інших випадках у довідниках вказується величина модуля коефіцієнта передачі струму на визначеній частоті f. Тоді можна скористатися виразом

.

Результати обчислень по формулах дозволяють підібрати підходящий тип транзистора в довіднику.

Розрахунок вихідного каскаду

Розрахунок всіх багатокаскадних підсилювачів починають з вихідного каскаду з метою забезпечення необхідних параметрів вихідного сигналу. Спрощена принципова схема однотактного трансформаторного каскаду підсилювача потужності приведена на рис. 6. Навантаженням каскаду служить коаксіальна лінія з хвильовим опором с.

З метою підвищення надійності радіоелектронної апаратури потужність, що розсіюється реально на транзисторі Рк в режимі спокою повинна бути менше максимально допустимої. Прийнято витримувати співвідношення

мВт (8)

В трансформаторному каскаді, що працює в режимі класу «А», напруга між колектором і емітером при досить великому сигналі може приблизно в 2 рази перевищувати напругу живлення. Тому доцільно напругу спокою UК вибрати з умови

, (9)

де - максимальна допустима напруга колектор-емітер.

Через те, що всі підсилювачі включені послідовно по колу живлення виникає небезпека, що загальна напруга джерел живлення може перевищити межу міцності ізоляції центральної жили кабелю. Тому потрібно обмежити UКЕ= 5...6 В, Тоді струм спокою IK дорівнює:

. = 0,008 А= 8мА

Точка спокою (робоча точка) з координатами UКЕ, ІК позначається на сімействі вихідних статичних характеристик рис. 7. Через цю точку потрібно провести навантажувальну пряму так, щоб з підсилювального приладу можна було зняти сигнал необхідної потужності РК~ :

, (11)

де N2 - коефіцієнт запасу, що враховує втрати енергії за рахунок неточного узгодження з навантаженням і втрат в колі НЗЗ. Звичайно приймають N2 = 1,2.

Таких прямих можна провести багато, але бажано повніше використовувати напругу джерела живлення і зменшити амплітуду змінної складової струму колектора. Остання обставина дає можливість скоротити межі зміни параметрів транзистора за період сигналу, а це дуже важливо: зменшуються динамічні, частотні і фазові спотворення, зменшується коефіцієнт гармонік. Область використання напруги живлення обмежується пунктирною лінією з індексами 1-1. Ліворуч пунктиру статичні характеристики різко спадають, зменшується h21е та транзистор входить в стан насичення.

Область використання транзистора по струму на рис. 7 обмежена пунктирною лінією з індексами 2-2. При менших струмах колектора різко зменшується h21е, що добре можна простежити по вхідних характеристиках. Розміри заштрихованих областей різні для кожного типу транзистора. Близька до оптимального величина опору навантаження в колекторному ланцюзі транзистора RК~ розраховується за формулою:

. (12)

Потім розраховуються амплітуди змінних складових струму Ikm і напруги Ukm у колекторному колі:

, =13мА (13)

. (14)

По осі абсцис від координати UКЕ праворуч відкладається відрізок IKRK~ і через його кінець і крапку спокою проводиться навантажувальна пряма. Відзначаються струми

, (15)

. (16)

При дотриманні умови (3) робоча область навантажувальної прямої автоматично виявиться поза межами областей, що заштриховані на рис.7.

Максимальний і мінімальний струми бази розраховуються з урахуванням використання найгіршого транзистора:

 (17)

Струми Iбmax і Iбmin відзначають на осі ординат вхідних характеристик (рис. 8) і знаходять відповідні їм значення напруги між базою і емітером Uбе max і Uбеmin

Потім визначають амплітуду вхідного струму Iбm, амплітуду вхідної напруги Uбет і вхідний опір транзистора

, (18)

(19)

(20)

Коефіцієнт підсилення напруги вихідного каскаду

(21)

Обчислення, зроблені відповідно до приведеної методики розрахунку, будуть справедливі, якщо вибрати коефіцієнт трансформації Т2 рівним n2 і активні опори його первинної r4 і вторинної r6 обмоток рівними:

(22)

де - хвильовий опір кабелю;

- відношення опору первинної обмотки до перерахованого опору вторинної обмотки.

З метою найбільш повного використання напруги живлення в трансформаторних каскадах, де через первинну обмотку протікає постійна складового струму вихідного транзистора, прийнято вибирати с0,5. Для вхідного трансформатора приймають с=1.

Амплітуда сигналу на навантаженні UH складе;

=1,4В

Розрахунок стабілізуючих кіл

З практики відомо, що нестабільність коефіцієнта підсилення К на каскад при нестабільності струму спокою в межах 10 % складає приблизно 15%. Доцільно в кожний каскад ввести місцеве коло НЗЗ по змінному струму і зменшити нестабільність коефіцієнта підсилення до К =3-5%. Таким чином, вихідний каскад повинен бути охоплений колом НЗЗ глибиною

. =1,4. (14)

Зворотній зв'язок в каскаді - комбінований: по струму та напрузі і послідовний за виходом. При зміні навантаження параметри каскаду не повинні змінюватись. З цілю збереження постійних характеристик каскаду необхідно виконати умову:

. (15)

Тоді коефіцієнт передачі петлі НЗЗ по струму та опору резистора RеF розраховується по формулам:

(14)

. (16)

Причому активний опір обмотки L5 повинен бути значно менше ReF, тобто .

Коефіцієнт трансформації по відношенню до обмотки, з якої знімається напруга ЗЗ, приймається рівним:

, (17)

де W4 та W5 - кількість витків відповідних обмоток трансформатора.

Індуктивний опір обмотки W5 дуже малий у порівнянні з ReF,і з ним можна не рахуватися.

Спільний коефіцієнт передачі кіл НЗЗ кінцевого каскаду та його коефіцієнт підсилення КF3 , будуть рівні:

(18)

Тоді припустивши зменшення амплітуди сигналу ЗЗ в коректуючи колах на 20%, коефіцієнт передачі кола спільного НЗЗ можна прийняти рівним:

. 0,488 (19)

Стабілізація струму спокою здійснюється високоефективними схемами емітерної стабілізації , для чого необхідно забезпечити значне падіння напруги на резисторах в колі емітерів. Падіння напруги на резисторах в колі емітера задається в межах 1,5 - 2В. Тоді величина напруги живлення підсилювача складе

. (20)

Опір резистора Re розраховується за формулою:

. (21)

Для розрахунку опорів резисторів базового дільника зручно скористатися наступними формулами:

(22)

де =2 - 4 - чутливість зміни струму колектора при зміні оберненого струму колектора. Зі зменшенням цього коефіцієнта зростає стабільність струму та знижується коефіцієнт підсилення.

З урахуванням двох послідовних по входу кола НЗЗ для отримання заданої потужності в навантаженні на вхід вихідного каскаду необхідно подати сигнал UвхF3:

(23)

З урахуванням ЗЗ реальний коефіцієнт гармонік буде:

. (24)

Заданий на підсилювач коефіцієнт гармонік обраховується за формулою:

. (25)

Глибина спільного НЗЗ F0 буде рівним:

. (26)

Висновок

В процесі проектування пропонується ознайомитися з принципами побудови функціональних і принципових схем підсилювачів, що використовуються в системах автоматизації і розрахувати трикаскадний підсилювач на біполярних транзисторах.

Оскільки проектування ведеться до деякої міри паралельно з вивченням самої дисципліни, то, перш ніж приступити до виконання проекту, необхідно ознайомитися з основним змістом наступних розділів програми:

1. Основні показники підсилювачів.

2. Основи теорії зворотного зв'язку.

3. Принципи побудови підсилювальних схем.

4. Каскади попереднього підсилення.

5. Вихідні і передвихідні каскади підсилення.

Ознайомлення з зазначеними розділами виконується за одним з трьох підручників [I, 2, 3].

Варто мати на увазі, що підручники [I, 2, 3] при виконанні проекту можуть використовуватися тільки як допоміжний матеріал, оскільки питання проектування лінійних підсилювачів знайшли почасти відображення лише в [1]. Детально методика проектування лінійних підсилювачів з допущеними спрощеннями викладена в методичній розробці [4], яку рекомендується використовувати з метою скорочення термінів виконання проекту.

Яких-небудь відомостей по коректорах сполучних ліній в навчальній літературі немає. Всі необхідні інформаційні відомості і розрахункові співвідношення приводяться в даній методичній розробці.

Вихідні дані для проектування і методичні вказівки складені таким чином, що для виконання проекту можна не користуватися якою-небудь іншою літературою (навіть довідковою). Необхідний обсяг довідкових даних зазначений у додатках. Для бажаючих застосувати більш різноманітний асортимент елементної бази достатній, але обмежений довідковий матеріал зазначений у списку літератури.

Мета проектування будь-якої радіоелектронної апаратури являє собою створення апаратури з заданими якісними характеристиками при можливо менших витратах на її розробку й експлуатацію. Процес проектування звичайно прийнято розділяти на кілька стадій: технічна пропозиція (обґрунтовується доцільність і можливість створення апаратури), ескізний проект (розробка функціональних схем, вибір конструктивного оформлення) , технічний проект (розробка принципових схем, макетування апаратури, її випробовування і видача конструкторської документації), робочий проект (остаточне відпрацьовування повного комплекту конструкторської документації).

Комплекс робіт, що виконуються в процесі курсового проектування, реалізується на стадії технічного проектування за технічним завданням, сформульованому в ескізному проекті.

Література

Мурадян А.Г., Разумихин В.М., Тверецкий М.С. Усилительные устройства.-М.:Связь, 2010.

2. Мигулин И.Н. Усилители на биполярных и полевих транзисторах. Ч.1. - Одесса: ОЭИС, 2008.

3.Мигулин И.Н. Усилители мощности и специальные схемы усилителей. Ч.2. - Одесса: ОЭИС, 2009.

4. Методическая разработка по проектированию линейных усилителей. Составитель М.С. Самарин. - М.: ВЗЭИС, 2009.

5. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. Под ред. Н.Н. Горюнова. - М.: Энергия, 1972, 1976, 1979 або 1982.

6. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. Под ред. Б.Л. Перельмана. - М.: Радио и связь, 1981.

7. Руденко В.С. Промислова електроніка. К. 2008

Додаток

Параметри і характеристики деяких типів високочастотних і надвисокочастотних транзисторів

КТ 312 Б

КТ 315 Б, КТ 361 А

KT 325 А

Размещено на Allbest.ru