Материал: Аналоговые электронные устройства

;

;

 ;

;

;

.

Окончательное значение получим по формуле (3.26):

;

.

На выходных характеристиках (рисунок 3.3) можно показать, что такой уход тока не приведет к нежелательным явлениям. Можно также оценить относительный уход стабилизированного тока коллектора

;        

.        

Подводя итоги, можно сказать, что расчеты проводились по довольно грубым оценкам, но в сторону ухудшения показателей. Тем не менее, уход коллекторного тока составил  в сторону увеличения и  в сторону уменьшения.

3.2 Предоконечный каскад - повторитель

.2.1 Обоснование выбранного режима транзистора

Исходные данные для расчета: .

Большая входная динамическая емкость выходного каскада, являющаяся емкостью нагрузки для предоконечного каскада, не позволяет использовать усилительный каскад, вследствие больших искажений на высоких частотах. Поэтому применена схема эмиттерного повторителя, изображенная на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 -Схема предоконечного каскада.

Выходным напряжением повторителя является входное напряжение оконечного каскада:

.      

Поскольку транзистор остался прежний, рабочая точка осталась неизменной.

, ;

, .

В процессе проектирования усилителя было установлено, что включение в схему фильтра не целесообразно, поскольку на данном этапе сопротивление фильтра получается небольшим, его стабилизирующее влияние на схему не значительно. Исходя из этого зададим напряжение на эмиттере В.

;

; 

.        

3.2.2 Параметры эквивалентной схемы транзистора

На основании (3.4) - (3.9) можно определить основные параметры работы транзистора в схеме. Некоторые из них сохранили свое прежнее значение.:

Входное сопротивление транзистора определим графически по углу наклона касательной в рабочей точке:

Рисунок 3.5 - Определение входного сопротивления графическим методом

Несмотря на то, что входное сопротивление определено графическим методом было бы неправильным получение очень точного результата по довольно грубым характеристикам. Определение входного сопротивления по аналитическому выражению при заданных рабочих токах дает значительную ошибку.

Параметр  известен и равен 50. Тогда крутизна характеристики будет равна:

.

Величина  осталась неизменной и равна 4,5 Ом.

.

Граничная частота не изменилась.

.2.3 Основные показатели каскада

Расчет каскада с ОК будем вести по рекомендуемой в [1] методике. В первую очередь определяем эквивалентное сопротивление нагрузки:

.

Рассчитываем глубину последовательной ООС по напряжению:

.      

Проводим расчет каскада в области ВЧ (без учета обратной связи) по формуле (3.11), но без второго слагаемого (так как нагрузку перебросили в эмиттер):

.

Определяем усиление каскада:

. 

Под влиянием обратной связи (ОС) уменьшится значение постоянной времени цепи и время установления:

;

.

Найдем входное сопротивление каскада. Под действием ОС оно увеличится в глубину ОС.

;

.

Тогда входное сопротивление можно найти по следующей формуле:

.

Значение входной динамической емкости уменьшится, что дает возможность использовать ее в последующих каскадах:

. 

3.2.4 Расчет термостабилизации

Расчет будем проводить аналогично пункту 3.14. Для этогобудем пользоваться формулами (3.16)-(3.26).

В рассматриваемом каскаде предложена схема стабилизации режима работы транзистора с комбинированной отрицательной обратной связью по постоянному току. И, соответственно, расчетные соотношения для коэффициентов  и  будут другими. Необходимые аналитические соотношения можно найти в [2].

;      

.      

Приступим к расчету температурной стабильности каскада. Большинство параметров не изменились, поскольку транзистор и его рабочая точка остались прежними, но для наглядности приведем их значения.

;

;

;

.

Определяем приращение напряжения:

;

.

Рассчитаем коэффициенты термостабилизации по формулам (3.40) и (3.41):

;

.

Ориентируясь на справочные данные транзистора определяем:

;

;

 ;

;

;

.

Окончательное значение получим по формуле (3.26):

;

На выходных характеристиках (рисунок 3.1.3) можно показать, что такой уход тока не приведет к нежелательным явлениям. Можно также оценить относительный уход стабилизированного тока коллектора:

;    

.  

По сравнению с выходным каскадом, уход коллекторного тока больше. Возможно причина в том, что в каскаде используется мощный транзистор, который имеет большой обратный ток коллектора.

3.3 Промежуточный каскад усиления

.3.1 Выбор режима транзистора

Исходные данные для расчета: , .

.

Схема каскада представлена на рисунке 3.6. Для данного каскада необходимо выбрать маломощный транзистор.

Предельно допустимое напряжение:

.

Предельно допустимый ток коллектора:

.

Данным требованиям удовлетворяет транзистор КТ339А.

Рисунок 3.6 - Схема предварительного каскада усиления

Как рекомендуется в литературе режим работы транзисторов при слабых сигналах выбирают на основании справочных данных, то есть для получения стандартных (в большинстве случаев оптимальных) характеристик транзистора. Обычно для маломощных ВЧ и СВЧ транзисторов  и  [1].

Рабочая точка:

, ;

, .

Рисунок 3.7 - Режим работы транзистора

3.3.2 Параметры эквивалентной схемы транзистора

По формулам (3.4)-(3.9) найдем основные параметры транзистора.

;

;

;

;

;

.

.3.3 Основные показатели каскада

Разделим необходимое усиление на оставшиеся 2 каскада. При этом возьмём усиление с небольшим запасом. Исходя из того что нам необходимо обеспечить усиление , определяю эквивалентное сопротивление нагрузки по следующей формуле:

. 

Тогда  будет равно:

.       

Расчет показывает, что напряжение источника питания для промежуточных каскадов получается значительно меньше, чем для оконечного каскада. Чтобы питать все каскады усилителя от одного источника питания, промежуточные каскады следует подключать к нему через фильтрующую цепь, служащую, кроме того, для устранения паразитной ОС через источник питания.

Номиналы фильтрующей цепи определяются следующим образом:

;  

;

.       

где  - подъем плоской вершины в середине импульса;

 - длительность импульса

Установим напряжения на эмиттере равное 1,4 В.

.

Через цепь фильтра будут протекать два тока: ток, входного каскада и ток промежуточного. Обобщая вышеизложенное получаем:

;

;

.

С целью улучшения развязки по питанию цепь базового делителя включена после фильтрующей цепи

;

.

Входное сопротивление каскада:

;

;

;

.

3.3.4 Расчет термостабилизации

В схеме каскаде применена эмиттерная термостабилизация, поэтому при расчете будем пользоваться формулами (3.16)-(3.29).

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

;

;

;

.

Расчет показывает положительные значения , значит при обеспечении необходимой стабильности режима при увеличении температуры окружающей среды, отпадает смысл расчета условий на понижение температуры, так как направление ухода тока коллектора будет тем же («вверх» на нагрузочной прямой по постоянному току), а величина меньше.

Определяем приращение напряжения:

.

Вычисление крутизны транзистора по формуле (3.28) является затруднительным, поэтому будем использовать формулу из [1].

Рассчитываем коэффициенты термостабилизации по формулам (3.27) и (3.28):

;

;

.