Расчет линейного усилителя

 

UR15 = (5÷10) U бо3 = 6 * 6 = 3,6 В

Определяется сопротивление резистора в цепи эмиттера третьего каскада:

R15 = = = 0,1563 кОм = 156,3 Ом

Определяется напряжение источника питания:

Е = UR15 + U ко3 + Iко3*R16

где

R16≈ (1/5) R~ = = 79,2 Ом

UR15 = (Iко3 + Iбо3)* R15

UR15 = (14,58 + 0,39) * 156,3 = 2,33 В

 За расчетную величину принимают  приближенное значение Е, округленное  в большую сторону с точностью  до десятых долей вольта. Определяют  сопротивление резистора делителя  смещение.

R13 =  R14 =

 

= = 13,7 кОм  = = 179 Ом

Номер каскада	Uко1, В	Iко1, мА	Uбо1, В	Iбо1, мА
1	2	2	0,22	0,01
Номер каскада	Uко2, В	Iко2, мА	Uбо2, В	Iбо2, мА
2	3	2	0,08	0,12

 

Режим работы каскадов предварительного усиления определяется условием получения максимального усиления, а во входном каскаде – условием получения максимальной помехозащищенности.

Для расчета каскадов предварительного усиления задается напряжение на резисторах UR6 = UR11 = 1В.

Ток делителя первого каскада составит:

Iд 1 = (5 ÷ 10) Iбо 1

Iд 1= (6 * 0,01) = 0,06 мА

 

Напряжение на резисторе в цепи эмиттера первого каскада составит:

UR5 = (5 ÷ 10) Uбо 1

UR5 = (6 * 0,22) = 1,2 В

В расчетах рекомендуется брать коэффициент 5.

Определяем сопротивление резистора в цепи коллектора первого каскада:

R5 =

= = 597 Ом

Определяется сопротивление резистора в цепи коллектора первого каскада:

R4 =

Где UR5= ( Iко1+ Iбо1 ) UR5= (2+4,2) * 245 = 1519 В

R4 = = 132 Ом

 

Определяется сопротивление резисторов делителя смещения первого каскада:

 

R2 =

R2= = 155 Ом

R3=

R3== 120 Ом

 

Определяется сопротивление резистора в цепи эмиттера второго каскада:

 

R9 =

 

Определяется сопротивление резистора в цепи коллектора второго каскада:

 

R8 =

 

Где = ( Iко2 + Iбо2 ) * R9

= R9 = (4+0,3)*357,8=1538

 

R8 = = 129 Ом

 

 

     Определяется сопротивление резисторов фильтрующих цепей:

 

R11 =

              R11= = 245 Ом

              R6=

R6= = 456 Ом

С	Рассчитанное сопротивление	Номинальное значение	Мощность
R2	15,5 кОм	1600 Ом	0,091 мВт
R3	119,8 кОм	120 Ом	0,227 мВт
R4	0,32 кОм	132 Ом	1,462 мВт
R5	597 Ом	600 Ом	2,64
R6	456 Ом	500 Ом	542,64
R7	249 Ом	250 Ом
R8	129 Ом	130 Ом	5,18
R9	154 Ом	160 Ом	6,59
R10	0,50 Ом	1 Ом
R11	245 Ом	250 Ом	5,07
R12	249 Ом	250 Ом
R13	13,7 Ом	15 Ом	8,19
R14	179 Ом	180 Ом	19,49
R15	156,3 Ом	160 Ом	34,88

6. Расчет глубины общей отрицательной  обратной связи (ООС)

  Введение в усилитель цепи ООС позволяет улучшить качественные показатели усилителя: уменьшить нелинейные искажения, увеличить стабильность коэффициента усиления, уменьшить коэффициент отражения и т.д.

1. Определяется глубина ООС по  допустимым нелинейным искажениям, для чего определяется величина  затухания нелинейности по второй  и третьей гармоникам а2г, а3г в зависимости от коэффициента полезного действия выходной цепи оконечного каскада (без обратной связи).

Так как в задании на курсовой проект затухания по второй и третьей гармоникам заданы при выходной мощности усилителя, равной 1 мВт (при нулевом выходном уровне), то затухания нелинейности а2г, а3г следует также привести к нулевому выходному уровню по формулам:

                                          а'2го = а2г + 10 lg* (Pн/1мВт)

                                          а'3го = а3г + 20 lg* (Pн/1мВт)

а'2го 30 Дб+10 lg* = = 32,6 дБ

а'3го = 34,7 Дб+20 lg    = 37,4 дБ

         Для обеспечения заданных величин затухания нелинейности а2г и а3г (с обратной связью) глубина ООС должна удовлетворять условиям:

Аос1≥ а2го - а'2го = 65дб-32,6=32,6 дБ;

Аос2≥ а3го - а'3го = 85дб-37,4дб=77,6 дБ;

где Аос1, Аос2 – глубина ООС в дБ.

2. Определяется глубина ООС, исходя  из допустимой нестабильности  усиления. Нестабильность усиления  каскада без обратной связи  вызвана, главным образом, усилительного  элемента и определяется опытным  путем.

При проектировании усилителя можно принять для одного каскада

 

∆К/К = 100,05 ΔSt - 1 = 100,05*0,8 - 1 = 1,096 – 1 = 0,096

Таким образом, глубина ООС определяется по формуле:

                                   Аос3 ≥ 20 lg

 где N – число каскадов усиления;

∆St – заданная величина нестабильности усиления дБ;

0,15 – средняя нестабильность  усиления в усилительном каскаде  без обратной связи.

3. Определяется глубина ООС, исходя  из допустимого коэффициента  отражения. Наличие реактивных элементов  во входной и выходной дифференциальных  системах обусловливает неравномерность  согласования усилителя с внешними  цепями по частоте. В усилителе  рассматриваемой структуры коэффициент  отражение достигает наибольших  значений на крайних частотах  рабочего диапазона. Таким образом, максимально возможный коэффициент  отражения на средней частоте, значение которого должно быть  обеспечено при выборе глубины  ООС, определяется по формуле:

                   δср = 0,5δ = 0,5 * 0,09 = 0,045;

где δ – заданный коэффициент отражения на входе и выходе усилителя.

Глубина ООС определяется по формуле:

            Аос4 ≥ 20 lg = 20 lg*

4. Выбирается глубина ООС усилителя. Величину Аос принимается равной наибольшей из полученных четырёх значений Аос1, Аос2, Аос3, Аос4. Выбранное значение А ос4= 30,5 для дальнейших расчетов переводим из децибел в относительные единицы по формуле:

                             F = 100.05 Аос4 = 100,05*30,5

  где F – глубина ООС в относительных единицах.

 

7. Проверочный расчет коэффициента  усиления усилителя по напряжению

     Определяется входное сопротивление R вх транзистора первого и второго каскадов h21э, в расчетах берется для наихудшего экземпляра, т.е h21э min

                               R вх =

                          R вх1 = = 22 Ом

                           R вх2 = = 0,6 Ом

Номер каскада	h21э min	R вх 1, Ом
1	20	22
Номер каскада	h21э min	R вх 2, Ом
2	20	0,6

 

Определяет сопротивление нагрузки переменному току второго каскада

R~2 =

где

            Rдэ =

  Rдэ = = = 776 Ом

R2 = = 879 Ом

Rвх  берется из расчетов оконечного каскада, а номинальные значения элементов принципиальной схемы определены выше.

Определяют коэффициент усиления по напряжению второго каскада

 

            К2 =                          К2 = = 516,6

 

Определяют коэффициент усиления по напряжению первого каскада

                                           

                                                 К2 = = 290 

 

Где R4 – сопротивление резистора в цепи коллектора первого каскада. Ом

 

Определяют  коэффициент усиления по напряжению усилителя без учета ООС.

 К = К1*К2*К3

 К = 29,09*516,6*14=210146,16

 

Где К3 – коэффициент усиления по напряжению оконечного каскада

Определяют фактический коэффициент усиления по напряжению усилителя без учета ООС.

Кф =

Кф = = 5003

Где 1,2 – коэффициент запаса, учитывающий разброс параметров элементов схемы.

 

F – глубина общей отрицательной обратной связи, отн.ед. Сравнивают фактический коэффициент усиления усилителя с заданной величины S (см.табл.1) которую необходимо перевести на децибел в относительные единицы по формуле

     

    = = 89,02                                     X = 100,05  = 100,05 * 35 = 56,2

 

Полученное фактическое значение коэффициента усиления должно соответствовать заданному т. е. Кф=К1

             8. Расчет удлинителя в цепи общей ООС

Определяется коэффициент передачи цеп общей ООС по формуле

                                           β =(2÷10) / К

 

где коэффициент в числителе определяется схемой и параметрами входного и выходного устройства; К – заданный коэффициент усиления по напряжению усилителя, в относительных единицах.

Определяется сопротивления резисторов R10, R7 = R12 Т – образного удлинителя:

 

R7 = R12 = Rс * = 250 * = 249 Ом

 

R10 = Rс* = 250 * = 0,50 Ом

 

где Rс – характеристическое сопротивление удлинителя, рекомендуется брать в пределах 150/250 Ом.

 

               9. Заключение по результатам расчетов

   Мы выбрали транзистор ГТ308А со структурой типа p-n-p, произвели соответствующие расчеты усилителя и получили ожидаемое усиление.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                10. Список использованной литературы

1. Электронные  усилители. Методическая разработка  для выполнения контрольных работ, курсового и дипломного проектов  для учащихся ВЗТС и заочных  отделений техникумов связи. –  М.: Радио и связь, 1982.

2. Мурадян А.Г., Разумихин В.М., Творецкий М.С. Усилительные устройства. – М.: Связь, 1976.

3. Цыкина А.В. Усилители. Учебное пособие. – М.: Радио и связь, 1982.

4. Основные  правила выполнения схем и  графиков. – М.: Связь, 1976.

5. Дипломное  проектирование. Методические указания  для дипломного проектирования. – М.: Радио и связь, 1983.

6. Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Москва 2002.