Расчёт резисторного усилителя напряжения с RC-связью

Задача: Рассчитать параметры усилителя, построенного по схеме рис. №1, на вход которого подается сигнал амплитудой ис от источника с внутренним сопротивлением Rc. Усилитель должен обеспечить в нагрузке RH требуемую амплитуду выходного напряжения UвыхА.

Порядок расчета:

Выбор транзистора:

1. Составляем эквивалентную схему усилителя для области средних частот, учитывая при этом структуру транзисторов, и отмечаю на ней все напряжения и токи:

2. Определяем требуемый коэффициент усиления Киос усилителя, охваченного цепью ОС, по исходным данным задачи:

3. Находим коэффициент усиления Ки усилителя с разомкнутой цепью ОС:

Примечание. Далее расчеты ведутся для разомкнутой цепи ООС.

4. Находим коэффициент усиления отдельных каскадов, полагая, что они равны между собой, т.е.

5. Выбираем режим усиления класса А, характеризующийся минимальными нелинейными искажениями, и рассчитываем напряжение источника питания Е:

где - коэффициент запаса по напряжению.

Окончательно напряжение выбираем из стандартного ряда

Расчёт оконечного каскада усилителя:

6. Задаёмся сопротивлением резистора Номинальное сопротивление резистора выбираем из табл. П2.1:

Вычисляем эквивалентное сопротивление коллекторной цепи:

7. Рассчитываем выходную мощность каскада

8. Находим мощность рассеиваемую коллектором VT2:

, где

9. Выбираем транзистор VT2 по величине и учитывая рекомендации из раздела 1.8:

Наиболее подходящим транзистором является КТ3102Б, его параметры:

10. Рассчитываем режим покоя транзистора VT2: * Задавшись конкретным значением одной из координат, определяют вторую координату, решая уравнение . Прямая, построенная в соответствии с уравнением на семействе статических выходных характеристик транзистора, называется нагрузочной прямой. Нагрузочная прямая, показанная на рис. 1, построена для случая, когда и .

1-я точка: ;

2-я точка: ; .

11. Находим величины , при

, при

12. Оцениваем реальный коэффициент усиления каскада по формуле:

13. Рассчитываем мощность, рассеиваемую резистором по току , и окончательно выбирают тип резистора.

Выбираем резистор МЛТ - 0,25 - 510 Ом ± 5%

14. Строим динамическую линию нагрузки (ЛН) на семействе выходных характеристик.

15. Определяем динамический режим работы транзистора. Для этого откладываем на оси абсцисс амплитуду выходного напряжения и делаем вывод о правильности выбора напряжения источника питания. Затем находим амплитудные значения тока коллектора и тока базы . Переносим значения тока на семейство входных характеристик и находим напряжение .

16. Находим сопротивление резистора R8, мощность, рассеиваемую им, а затем выбираем его тип:

Выбираем резистор МЛТ - 0,125 - 180 кОм ± 5%

17. Расчет делителя произведем задавшись значением

Пусть , тогда:

, откуда

18. Определяем ток делителя , а затем рассчитываем мощность рассеивания резисторов и и выбираем их тип и номинал.

Выбираем резисторы: R5 - МЛТ - 0,125 - 510 кОм ± 5%

R6 - МЛТ - 0,125 - 20 кОм ± 5%

19. Вычисляем входное сопротивление оконечного каскада :

, где

20. Определяем мощность, потребляемую базовой цепью транзистора VT2 от предыдущего каскада:

Расчёт предоконечного каскада усилителя:

21. Вычисляем выходную мощность предоконечного каскада

где Кзм - 1,1...1,2 - коэффициент запаса, учитывающий потери мощности в цепи смещения оконечного каскада.

22. Находим мощность Рк.Р, рассеиваемую коллектором VT1:

23. Принимая, с учетом падения напряжения на резисторе фильтра Rф, напряжение питания предоконечного каскада , выбираем транзистор VT1:

Наиболее подходящим транзистором является КТ201Б, его параметры:

24. Выбираем сопротивление резистора R3:

Пусть, тогда для

25. Рассчитываем режим покоя транзистора VT1:

Ш принимаем

;

Ш вычисляем ток базы покоя .

26. Рассчитываем мощность, рассеиваемую резистором R3, и окончательно выбираем его тип и номинал:

Выбираем резистор МЛТ - 0,125 - 8.2 кОм ± 5%

27. Вычисляем эквивалентное сопротивление коллекторной цепи транзистора VT1 в точке покоя :

28. Оцениваем коэффициент усиления предоконечного каскада:

29. Определяем амплитуду коллекторного тока транзистора VT1

Проверяем выполнение условия Iка1 <IKn1; 0,210мА<1мА.

30. Находим амплитудные значения тока базы и напряжения база-эмиттер транзистора VT1:

31. Вычисляем сопротивление резистора R4 и выбираем его номинальное значение и тип:

Выбираем резистор: R4 - МЛТ - 0,125 - 4.3 кОм ± 5%

32. Рассчитываем сопротивления резисторов R1 и R2; выбирают их тип и номинал

Расчет делителя произведем задавшись значением Пусть , тогда: , откуда

33. Определяем ток делителя , а затем рассчитываем мощность рассеивания резисторов и и выбираем их тип и номинал.

Выбираем резисторы: R1 - МЛТ - 0,125 - 2 кОм ± 5%

R2 - МЛТ - 0,125 - 47 кОм ± 5%

34. Вычисляем входное сопротивление предоконечного каскада Rex1 в точке покоя:

где

35. Рассчитываем фактические коэффициенты усиления по напряжению оконечного Ки2 и предоконечного Ки1 каскадов, учитывая влияние всех элементов схемы:

36. Определяем общий коэффициент усиления усилителя с разомкнутой цепью ООС Ки, сравнивают его с величиной, полученной в п.З, и делают выводы о правильности расчетов:

37. Находим коэффициент передачи у цепи ООС, обеспечивающий заданную глубину обратной связи:

38. Рассчитываем сопротивление резистора обратной связи Roc, используя выражение

, откуда

Выбираем резисторы: RОС - МЛТ - 0,125 - 4.3 МОм ± 5%

Емкость конденсатора Сос выбираем достаточно большой (Сос?С5)

Сос - К50 - 12 - 50В - 1мкФ

39. Проверяем выполнение условия

R4 + Roc » RН

4300 + 4.3?106 » 460

Для того, чтобы цепь ООС не шунтировала выходной каскад усилителя.

40. Вычисляем входное сопротивление усилителя Rвхoc c замкнутой цепью ООС:

41. Рассчитываем емкости разделительных и эмиттерных конденсаторов: Мв = Мн=1,41

тогда

где

Выбираем: конденсаторы С1, С2, С4:

К50 - 12 - 12В - 2мкФ

конденсатор С5:

К50 - 12 - 50В - 1мкФ

42. Определяем значения Сф и Rф

Задаёмся падением напряжения на резисторе RФ на уровне

Выбираем: конденсатор СФ - К50 - 12 - 50В - 20мкФ

резистор: RФ - МЛТ - 0,125 - 1.6 кОм ± 5%

43. Вычисляем полный ток I0, потребляемый усилителем от источника питания:

44. Рассчитываем к.п.д. усилителя: