Напряжение источника питания находим из условия:
Выбираем EП=40 В
На входной характеристике транзистора построим нагрузочную прямую по двум точкам:
Из входной, выходной и сквозной характеристик определяем следующие значения:
Коэффициент нелинейных искажений по 3-й гармонике без учёта ООС:
Глубина обратной связи:
,
где g21 - усредненная крутизна характеристики транзистора,
F = 51
C учётом действия ООС коэффициент нелинейных искажений по третьей гармонике:
Коэффициент нелинейных искажений по второй гармонике:
где х = 0.5 - коэффициент асимметрии.
Коэффициент нелинейных искажений с учетом ООС:
Полный коэффициент нелинейных искажений усилителя:
Сопротивления резисторов R1 и R2 принимают равными:
где - ток делителя, определяемый по ВАХ диода.
Выбираем резисторы из стандартного ряда: R1 = R2 = 750 Ом.
Входное сопротивление каскада:
где - сопротивление делителя по переменному току
- усреднённая входная проводимость транзистора
Амплитуда напряжения и тока входного сигнала каскада:
Коэффициент усиления напряжения выходного каскада:
Ёмкость разделительного конденсатора:
где Mн = 0.707 - коэффициент частотных искажений.
5. Эмиттерный повторитель напряжения
Эмиттерный повторитель напряжения представляет собой УК на БПТ с ОК. ЭПН обладает малым выходным сопротивлением и высоким входным сопротивлением. В связи с этим такой каскад часто применяют в качестве согласующего, который включают между низкоомной нагрузкой, являющейся, например, выходным каскадом усилителя, и каскадом предварительного усилителя. Базовая схема ЭПН и его эквивалентная схема приведены на рис.2.1 рис.2.2.
В схеме ЭПН выходное напряжение, снимаемое с эмиттера транзистора, близко по значению входному напряжению и совпадает с ним по фазе. Резистор Rэ в схеме с ЭПН выполняет ту же функцию, что и резистор Rk в УК о ОЭ - создание изменяющегося напряжения в выходной цепи за счет протекания в ней тока, управляемого по выходной цепи базы. Конденсаторы С 1 и С2 - разделительные, предназначены для пропускания переменной составляющей сигнала. Резисторы R1 и R2 предназначены для задания режима покоя каскада. Задаваемое смещение обеспечивает протекание коллекторного тока в течение полного периода входного сигнала. Резисторы R1 и R2 выбраны так, что в отсутствие входного сигнала потенциал базы равен примерно половине напряжения источника питания. Точку покоя устанавливают так, чтобы на выходе формировался максимально симметричный сигнал (без ограничений и срезов). Это зависит от соотношения сопротивления плеч делителя R1-R2.
Высокое входное сопротивления является одним из важнейших преимуществ каскада с ЭПН. Высокое входное сопротивление требуется в случае применения каскада в качестве согласующего звена при работе от источника входного сигнала, имеющего большое внутренне сопротивление.
Исходные данные:
Rн=199 Ом
Umн = 8 B
Imн= 66мА
Выбираем транзистор:
Выбираем КТ503А( Si n-p-n в=40... 120 Ik max=300мА Рk max=0.5Вт)
Точку покоя устанавливают так, чтобы на выходе формировался максимально симметричный сигнал (без ограничений и срезов). Это зависит от соотношения сопротивлений плеч делителя R1 - R2.
Из входной и выходной характеристик определяем следующие значения:
в = 40
Сопротивление Rэ:
Сопротивление входной цепи транзистора:
Сопротивления плеч делителя R1 - R2 найдём из следующих условий:
где: Получим:
Условие температурной стабилизации выполняется:
Далее рассчитываем входное сопротивление каскада:
Выходное сопротивление каскада несложно получить, рассматривая эквивалентную схему рис.2.2 со стороны выходных зажимов:
Поскольку значение rэ невелико, то выходное сопротивление каскада мало. Это свойство ЭПН используют, когда необходимо согласовать выходную цепь усилителя с низкоомной нагрузкой.
Коэффициент усиления напряжения находится по выражению:
Значения разделительных емкостей С1 и С2:
6. Расчет второго каскада предварительного усиления
Усиливаемый сигнал от источника сигнала Ег (рис. 2.1) в базовую цепь транзистора подается через разделительный конденсатор С1. Сопротивление Rк является коллекторной нагрузкой. С него усиленное переменное напряжение через разделительный конденсатор С2 подается в нагрузку Rн . При последовательном включении УК сопротивлением нагрузки является входное сопротивление следующего каскада.
Рассмотрим назначение элементов схемы УК.
Конденсаторы С1 и С2 - разделительные, назначение которых -отделить переменный усиливаемый сигнал от постоянных напряжений и токов, действующих внутри схемы. Конденсатор С1 исключает шунтирование входной цепи каскада цепью источника входного сигнала по постоянному току, что позволяет, во-первых исключить протекание постоянного тока по цепи En-Rr-Rl и, во-вторых, обеспечить независимость напряжения U6n в режиме покоя от внутреннего сопротивления Rг источника Ег Конденсатор С2 не пропускает постоянную составляющую выходного сигнала в нагрузку.
Делитель напряжения R1-R2 предназначен для установления рабочей точки транзистора в состоянии покоя. Положение рабочей точки должно обеспечивать режим А работы УК. В зависимости от соотношения между плечами делителя R1-R2 на базу транзистора подает определенное напряжение Uбэп в состоянии покоя, которое в свою очередь определяет ток базы покоя Iбп.
Резистор Rk осуществляет последовательную отрицательную обратную связь (ООС) по постоянному току, которая обеспечивает стабилизацию положения рабочей точки на вольтамперных характеристиках транзистора при воздействии на УК внешних дестабилизирующих факторов.
Расчет каскада по постоянному току.
Расчет усилительного каскада производится раздельно по постоянному и переменному токам. Целью расчета по постоянному току является определение положения рабочей точки на характеристиках транзистора и ее температурную стабильность. Расчет по переменному току заключается в определении основных динамических параметров, коэффициентов усиления напряжения, тока и мощности, “шитого и выходного сопротивлений каскада и динамической крутизны. Поскольку характеристики транзистора нелинейные, то единой методики расчета УК не существует. Каскады, работающие при большом уровне сигнала, рассчитывается графоаналитические методом с использованием ВАХ транзистора, а УК с малым уровнем сигнала - аналитическим методом, который основан на использовании эквивалентных схем транзистора. Условно сигнал считается малым, если его амплитуда не превышает 15..20% постоянного значения напряжения в рабочей точке.
Rн = 6533 Ом
Umн = 19 В
Пусть коэффициент усиления каскада К=40
Выбираем KT503Б(Si n-p-n в=80...240 IКmax=300мА РKmax=0.5Вт). Из входной и выходной характеристик транзистора определяем следующие значения:
в = 140
Примем падение напряжения на сопротилении фильтра:
где , Еп = 40
Находим напряжение, подводимое к делителю:
Расчёт элементов, обеспечивающих рабочий режим транзистора:
Коэффициент температурной нестабильности S = 3
Найдём Rб:
Определяем значение Rэ:
Находим значения R1 и R2:
Напряжение базы Uбп в состоянии покоя:
Определяем ток в цепи делителя базы:
Ток Iд должен в (2...5) раз превышать Iбп
Сопротивление Rф фильтра находим по формуле:
Для нахождения rk применим 2-й закон Кирхгофа к выходной цепи коллектора:
Поверочный расчёт коэффициента температурной нестабильности S:
Расчет номинальных значений ёмкостей:
Ёмкость Сф определяется из условия получения необходимой фильтрации питающего напряжения:
Расчёт значений ёмкостей С1,С2 и Сэ производятся по формулам:
где
Расчёт динамических параметров усилительного каскада. Эквивалентная схема замещения каскада.
Динамическими параметрами УК являются коэффициенты усиления напряжения, тока и мощности, входное и выходное сопротивления, крутизна усиления. Эти параметры рассматриваются на основе анализа эквивалентной схемы УК для переменных составляющих токов и напряжений. Полная эквивалентная схема замещения каскада содержит следующие элементы: Свх - емкость входной цепи УК, См - емкость монтажа, Сн - емкость нагрузки, Rб= Rl || R2; транзистор замещен Т - образной схемой замещения (элементы r'б, rэ, rk*, Ск* и вI6); зажимы "плюс" и "минус" источника питания Еп закорочены по переменной составляющей. Обычно емкость Сф выбирается такой, чтобы ее сопротивление на самой низкой рабочей частоте было близко к нулю и закорачивало резистор Rф. Поэтому цепочка Rф-Сф на схеме не приведена.
Страницы: 1, 2, 3
