Проектирование трёхкаскадного усилительного тракта для усиления отрицательных импульсов, страница 2

t min = -14 ºС,   t max = 50 ºС,   t ном = 20 ºС,

g₂₁ = 0,07 См;

Расчет:

g₁₁ = g₂₁ / h_21Э = 0,7 мСм,                 g₂₂ = Iк / (100 + Uкэ) = 0,019 мСм.

Максимальное отклонение температуры:  Dt = 20 + |-14| = 34 ºС.

Нестабильность напряжения база-эмиттер:

DUбэ = DUбэ_Техн + DUбэ_t = 0,05 + 0,0025*Dt = 0,05 + 0,085 = 0,135 В.

Нестабильность коэффициента передачи тока базы:

DВ = DВ_Техн + DВ_t = 0,1*100 + 0,005*Dt = 10,17.

Нестабильность коллекторного тока первого каскада:

DIк1 = (DUбэ g₂₁+ (1+g₁₁Rб1) DВ Iб) / (1+ g₂₁R3 + g₁₁Rб1),

где Rб1 = R1||R2||Rс = 1 / (1/3400+1/14600+1/400) = 350 Ом.

DIк1 = (0,135g₂₁+(1+350g₁₁)*10,17*0,00002) / (1+500g₂₁+350g₁₁) = 0,268 мА.

Нестабильность коллекторного тока второго каскада:

DIк2 = (DUбэ g₂₁+ (1+g₁₁Rб2) DВ Iб) / (1+ g₂₁R6 + g₁₁Rб2),

где Rб2 = R4||Rвых1.

В связи с тем, что выходное сопротивление каскада ОЭ очень велико (»2 МОм), то сопротивление базы можно приблизительно считать равным  R4 = 1,4 кОм.

Тогда  DIк2 = (0,135g₂₁+(1+1400g₁₁)*10,17*0,00002) / (1+1000g₂₁+1400g₁₁) = 0,136 мА.

Нестабильность коллекторного тока третьего каскада:

DIк3 = (DUбэ g₂₁+ (1+g₁₁Rб3) DВ Iб) / (1+ g₂₁R7 + g₁₁Rб3),

где Rб3 = R5||Rвых2 » R5 = 850 Ом.

DIк3 = (0,135g₂₁+(1+850g₁₁)*10,17*0,00002) / (1+500g₂₁+850g₁₁) = 0,267 мА.

Общая нестабильность коллекторных токов:

DIк_å = DIк3 + DIк2*Rн2*К3 / Rн3 + DIк1*Rн1*К2*К3 / Rн3,

где К и Rн – соответственно, коэффициент усиления и сопротивление нагрузки каскада.

Сопротивлением нагрузки третьего каскада (Rн3) является параллельное соединение коллекторного сопротивления R8 и сопротивления нагрузки Rн:

Rн3 = R8||Rн = 1400*100000 / (1400+100000) = 1380,67 Ом.

Сопротивлением нагрузки второго каскада (Rн2) является параллельное соединение коллекторного сопротивления R5 и входного сопротивления третьего каскада, которое вычисляется по формуле:

Rвх = (1+ g₂₁Rэ) / g₁₁;

Rвх3 = (1+ g₂₁R7) / g₁₁ = (1+0,07*500) / 0,0007 = 51429 Ом.

Тогда  Rн2 = R5||Rвх3 = 850*51429 / (850+51429) = 836 Ом.

Теперь подсчитаем коэффициенты усиления К2 и К3.

Коэ = g₂₁ / (g_Н (1+g₂₁Rэ) + g₂₂),      g_Н = 1 / Rн;

К2 = 0,07 / (0,001196*(1+0,07*1000)+0,000019) = 0,824.

К3 = 0,07 / (0,0007243*(1+0,07*500)+0,000019) = 2,68.

Общая нестабильность коллекторных токов:

DIк_å = DIк3 + DIк2*Rн2*К3 / Rн3 + DIк1*Rн1*К2*К3 / Rн3 =

= 0,267 + 0,136*836*2,68 / 1380,67 + 0,268*1381*0,824*2,68 / 1380,67 = 1,08 мА.

5. Организация обратной связи

Процесс передачи выходного сигнала на вход схемы называется обратной связью. В зависимости от того, в какой фазе приходит сигнал обратной связи относительно входного сигнала, обратную связь подразделяют на положительную и отрицательную. Если сигнал обратной связи приходит на вход схемы в той же фазе, что и входной сигнал, то связь положительная. Если же сигнал обратной связи и входной сигнал находятся в противоположных фазах, то связь отрицательная.

В усилителях применяют отрицательную обратную связь (ООС). Это снижает коэффициент усиления, но зато расширяет диапазон рабочих частот и значительно снижает уровень искажений и шумов.

Чтобы в схеме нашего усилителя связь была отрицательной, необходимо выдерживать нечётное число инверсий. В нашем случае их три.

 

Чтобы не изменить режим работы на постоянном токе, необходимо откорректировать сопротивления R2 и R8:

R2’ = (Ur2 - Ur8) / Iдел = (Iдел*R2 - Iк*R8) / Iдел = (0,5*14,6 - 2*1,4) / 0,5 = 9 кОм,

R8’ = Ur8 / (Iк + Iдел) = Iк*R8 / (Iк + Iдел) = 2*1,4 / (2 + 0,5) = 1,12 ком » 1,1 кОм.

Расчет петлевого усиления

Т = К1*К2*К3*Каа’;

Коэффициент усиления первого каскада:

К1 = g₂₁ / (g_Н (1+g₂₁R3) + g₂₂);     g_Н = 1 / Rн1;

Сопротивлением нагрузки первого каскада (Rн1) является параллельное соединение коллекторного сопротивления R4 и входного сопротивления второго каскада.

Rвх2 = (1+g₂₁R6) / g₁₁ = (1+0,07*1000) / 0,0007 = 101429 Ом.

Rн1 = R4||Rвх2 = 1400*101429 / (1400+101429) = 1381 Ом.

К1 = 0,07 / (0,000724*(1+0,07*500)+0,000019) = 2,68.

Коэффициент усиления второго каскада не изменился:

К2 = 0,824.

Коэффициент усиления третьего каскада уменьшится из-за уменьшения сопротивления нагрузки Rн3 вследствие коррекции коллекторного сопротивления R8 и подключения цепи обратной связи:

1 / Rн3’ = 1 / R8’ + 1 / Rн + 1 / (R2’+R1||Rвх1||Rс).

Rвх1 = (1+g₂₁R3) / g₁₁ = (1+0,07*500) / 0,0007 = 51429 Ом.

R1||Rвх1||Rс = 1 / (1/3400 + 1/51429 + 1/400) = 355,4 Ом.

Rн3’ = 1 / (1/1120 + 1/100000 + 1/(9000+355,4)) = 990,1 Ом,       g_Н3’ = 1,01 мСм.

К3 = 0,07 / (0,00101*(1+0,07*500)+0,000019) = 1,924.