Электротехника \ Схемотехника

Мотивация выбора схемы усилителя (Раздел курсовой работы)

Страницы работы

9 страниц (Word-файл)

Скачать файл

Содержание работы

Мотивация выбора схемы

При выборе схемы внимание уделялось термостабильности усилителя и дрейфу нуля, т.е. появлению сигнала на выходе в отсутствие его на входе, поэтому применялись симметричные транзисторные сборки. Так же целью являлось уменьшение числа каскадов ради сокращения полюсов и упрощения расчетов при сохранении величины коэффициента усиления. Так же рассматривалась проблема изоляции усилителя от влияния нагрузки и источника сигнала от усилителя. В частности применена отрицательная обратная связь, которая понижает входное и повышает входное сопротивление в раз, а также во столько же уменьшает все нестабильности. Ряд схемных построений использовался в целях понижения энергозатрат на питание схемы, основываясь на двухполярном питающем напряжении .В целях улучшения стабильности рабочей точки некоторых каскадов применялись источники стабильного тока

Выходной каскад

Заметим, что напряжение , так как ток постоянен и при замыкании затвора на исток не меняется, т.е. .

В случае термостабильной точки

-ток в стабильной точке

По характеристике находим . Соответственно .

Источник стабильного тока представляет собою транзистор , включенный по схеме с общей базой температурный дрейф которого компенсируется транзистором в диодном включении со стабилитроном в эмиттере. Величина стабилизированного напряжения составляет

Он должен выдавать ток . В рабочей точке откуда .

Потенциал эмиттера равен

-из номиналов Е92 . Тогда ток эмиттера пересчитается в

-из ряда Е96

После полевого транзистора стоит двухтактный эмиттерный повторитель. Поскольку транзисторы и всегда включены и суммарное падение напряжение на переходах база-эмиттер равно удвоенному диодному по характеристикам транзисторов можно определить что установится режим при котором коллекторные токи транзисторов равны

По характеристикам также можно определить коэффициенты усиления по току транзисторов

Как видно коэффициенты не меняются вплоть до токов

В эмиттерах транзисторов установятся одинаковые токи по следовательно при подключении нагрузки ток в неё не потечёт и на выходе установится нулевой потенциал. Из диода вытекает ток . Тогда из транзистора вытекает ток . Как видно полевой транзистор остался в термостабильной точке.

Поскольку транзисторы эмиттерного повторителя всегда открыты, его входное сопротивление запишется как

Коэффициент усиления полевого транзистора в схеме истокового повторителя равен

Коэффициент усиления эмиттерного повторителя равен

Входной каскад

Дифференциальный каскад на транзисторной сборке HFA3135 питается током 2 мА от источника тока на транзисторе 2SC3381. Источник стабильного тока питающий биполярный транзистор собран по схеме применявшейся ранее . Источник тока должен выдавать ток . В рабочей точке откуда .

Потенциал эмиттера равен

-из номиналов Е96.

Соответственно эмиттерный ток транзисторов дифференциального каскада равен 1 мА. Коэффициент усиления по току в рабочей точке равен . Следовательно, коллекторный ток равен . Также по характеристике можно определить, что . Для устранения эффекта Миллера сигнал снимается с правого плеча дифкаскада.

Каскад с общей базой на транзисторной сборке HFA3135 включен для увеличения динамического диапазона, что будет показано в дальнейшем. Рассмотрим этот каскад подробней. Потенциал базы задаётся аналогично тому, как это было сделано в источнике стабильного тока. Примем его равным . Тогда в эмиттере транзистора необходимо включить стабилитрон . Пусть в транзистор втекает ток. Тогда так как потенциал эмиттера равен и в резисторе протекает ток , выберем его сопротивление равным. Положим ток эмиттера равным , тогда

При таких условиях напряжение база-эмиттер равно . Тогда падение напряжения на резисторе составит , что при протекании тока соответствует сопротивлению .

Выход каскада с общей базой нагружен на высокоомную нагрузку в виде источника тока на транзисторе 2SC3381 собранного по применявшейся ранее схеме. В него должен втекать ток , следовательно, в эмиттере транзистора протекает ток

Напряжение эмиттера транзистора положим . Тогда сопротивление эмиттерного резистора надо взять . Так как и в резисторе протекает ток, то величина резистора составляет .

Как видно величина выходного сигнала снимаемого с коллектора может меняться в пределах примерно .

Частотные свойства

Схема представляет собой последовательно включенные каскад с общим коллектором и два каскада с общей базой. Исследуем их частотные свойства.

Граничная частота для каскада с общим коллектором находится по формулам

Отыщем . Для определения воспользуемся характеристикой транзистора. Транзистор работает при базовом токе . Однако характеристика дана для токов не менее 40. Тот факт, что наклон характеристики (или что тоже) уменьшается примерно в два раза при уменьшении тока базы на , позволяет, тем не менее, оценить сопротивление.

Для каскада с общей базой граничная частота вычисляется по следующим формулам

Для каскада с общей базой на транзисторе

По характеристике видно, что уже при коллекторном токе ВАХ практически горизонтальна. Это значит что , а тем более , которое примерно в больше, очень велико. То сопротивление, которое ещё можно определить(при токе ), равно

Для истокового повторителя частота среза находится по формуле

Коэффициент усиления

При подаче на вход сигнала в эмиттере возникает ток .

В эмиттере возникает ток . В коллекторе возникнет ток . Поскольку потенциал эмиттера фиксирован, через резистор течет постоянный ток и в эмиттере возникнет ток . Тогда в коллекторе возникнет ток , который, пройдя и , создаст на выходе сигнал . В итоге коэффициент усиления равен

Обратная связь

Имея в запасе коэффициент усиления в 8 раз можно ввести обратную связь

Сигнал обратной связи подаётся на инвертирующий вход дифкаскада

-из ряда Е96 .

Известно что при введении обратной связи динамический диапазон увеличивается в раз -.

Дрейф нуля

Дрейф, приведённый к входу, можно записать как

где , -дрейфы входного и выходного каскадов. Таким образом, дрейф полевого транзистора, работающего к тому же в термостабильной точке, вносит вклад меньший в 16000, поэтому им можно пренебречь.

Дрейф в дифкаскаде равен,, поскольку у обоих транзисторов практически одинаковый температурный коэффициент и, тем более, синфазный коэффициент усиления очень мал (порядка ). Изменение в пределах от 85 до 95ведет к изменению коллекторного тока на . Аналогичный прирост тока произойдет у транзистора . Это изменение вызовет на выходе смещение нуля на . Приведенное к входу это смещение составит