Широкополосный усилитель для импульсных сигналов. Анализ действия обратных связей в схеме на переменном и на постоянном токе

Страницы работы

18 страниц (Word-файл)

Фрагмент текста работы

Провести анализ действия обратных связей в схеме на переменном и  на постоянном токе.

Рассчитать АЧХ и ФЧХ схемы.

Рассчитать погрешность.

Провести анализ схемы с помощью MicroCap.

                                        ВВЕДЕНИЕ.

К широкополосным усилителям  (ШУ)  относят усилители , в которых коэффициент усиления остается практически постоянным в широкой частотной области. Трудности по обеспечению этого постоянства возникают как в области низких частот (НЧ), так и высоких частот  (ВЧ), в результате чего АЧХ реального ШУ имеет заниженные и стремящиеся к нулю значения в этих частотных областях. Исключение составляют лишь усилители постоянного тока ( УПТ), в которые не обладают спадом АЧХ в области НЧ. Они способны передавать и усиливать сколь угодно медленные сигнальные изменения, в том числе и импульсные сигналы сколь угодно большой длительности, в то время как прохождение этих сигналов через усилитель, не являющийся УПТ, сопровождается спадом вершины импульса.

В настоящее время усилители получили очень широкое распространение практически во всех сферах человеческой деятельности: в промышленности,  в технике, в медицине, в музыке, на транспорте и во многих других. Усилители являются необходимым элементом любых систем связи, радиовещания, акустики, автоматики, измерений и управления.

При ремонте усилителей мощности, которые входят в состав радиовещательной станции, либо их поверке используется стандартная измерительная аппаратура с амплитудой выходного сигнала 1 вольт. Поэтому появляется необходимость усиления тестовых сигналов до амплитуды, обеспечивающей стандартный режим работы усилителя мощности радиовещательной станции. По-другому, такой усилитель называют усилителем раскачки, и к нему предъявляются следующие требования: обеспечение заданного уровня выходной мощности; широкополосность ; повышенный коэффициент полезного действия; малый уровень нелинейных искажений. При проектировании такого усилителя необходимо использовать мощные биполярные транзисторы и межкаскадные корректирующие цепи, которые позволяют достичь требуемых параметров.

          Расчет оконечного каскада

Для согласования со входом  нужно добавить эмиттерный повторитель. Обычно транзистор в промежуточном каскаде включают по схеме с общим эмиттером. Полоса пропускания каскада с ОЭ зависит от граничной частоты fh21б (граничная частота усиления по току). В каскадах применяется эмиттерная высокочастотная коррекция, поэтому полоса пропускания будет также зависеть от наличия этой коррекции, от глубины отрицательной обратной связи и коэффициента коррекции. Отрицательная обратная связь расширяет полосу пропускания, но уменьшает коэффициент усиления по мощности предыдущего каскада. При использовании в предварительных каскадах транзисторов с низкой граничной частотой fh21б для получения требуемой полосы пропускания приходиться увеличивать число каскадов.

Расчет начнем с выбора транзистора и режима его работы.

Для расчета используем параметры из задания: Pн=1,2 Вт, Uп=15 В .

Pн= Pвых=1,2 Вт

Uвых = 0,7∙ Еп = 10,5  В

Rн= U2вых ∕ 2Pвых=(10,5)2  ∕  2,4=46Ом

Iвых= Uвых ∕ Rн =10,5∕ 46= 0,23 А

       Расчёт эмиттерного повторителя  .

Находим необходимый размах эмиттерного тока:

DIэ = Uвых / Rн

DIэ = 10,5 / 46 = 0,23 А

Максимальный ток коллектора:

iк мах = 3DIэ

iк мах = 3×0,23 = 0,69 А

Необходимая граничная частота усиления:

fh21б ³ (10…20)Fв

fh21б ³ 20×2∙106 = 40 МГц

Определяем средний ток коллектора:

Icр = Ек / 2Rн ;

Icр = 15 / 92 = 0,16 А =160мА;

Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе:

Рк = Iк ср× Ек ;

Рк = 0,16 ×15 = 2,4 Вт ;

Выбираем транзистор для оконечного каскада  КТ920А. Так как он подходит по максимальному току коллектора, частоте, максимальной рассеиваемой мощности на коллекторе. Это кремниевый платино-эпитаксиальный  n-p-n транзистор. Выпускаются в металлокерамическом корпусе с четырьмя изолированными от корпуса гибкими ленточными выводами и монтажным винтом. Масса транзистора не более 4.5 г.

Рис.1 Схема эмиттерного повторителя.

Режим по постоянному току определяется по входным и выходным характеристикам , где строится нагрузочная прямая Еп=Uкэ+Iк*Rэ

Положение рабочей точки задаётся делителем R1 , R2 и сопротивлением Rэ.

Рабочая точка в усилителях класса А выбирается по середине

Rн=46 Ом

Возьмём  Rэ = Rн =46 Ом

Нагрузочная прямая:

Еп=15 В   I===0.33А

Uкэо= Uвых + Uост= 10,5 +  1  =11,5 В

По статическим характеристикам определим ток коллектора   IK0

IK0=0,08  В

Расчет параметров Эквивалентной схемы транзистора.

Многочисленные исследования показывают, что даже на умеренно высоких частотах транзистор не является безынерционным прибором. Свойства транзистора при малом сигнале в широком диапазоне частот удобно анализировать при помощи физических эквивалентных схем. Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий и включают в себя ряд элементов с сосредоточенными параметрами. Наиболее распространенная  эквивалентная схема- схема Джиаколетто, которая представлена на рисунке 2.

Рис.2 Эквивалентная схема транзистора.

1)  Определим емкость коллекторного перехода:

Cк(Uкэо)= Cк()∙=  15∙10-12  ∙=13,98 пФ

2)  Сопротивление эммитера, причем I к0   в мА:

rэ  =26 / I к0=26 /80= 0,325 Ом

3)Определяем диффузионную ёмкость:

С эд = 1 / 2pf h21б×rэ

С эд = 1 / 2×3,14×40∙106∙ 0144 = 2,8∙ 10-8 Ф

4)  Сопротивление базы:

постоянная времени обратной связи,  tc= 20 пс

rб=   tc / Cк=  20/ 13,98= 1,43 Ом

5)  Входное сопротивление транзистора в схеме с общим эммитером

Rвх оэ = rб + rэ(1 + h21э )

Rвх оэ = 1,43+0,325(1+30)= 11,5 Ом

5)  Крутизна характеристики эмиттерного тока:

Sэ = 1 + h21э / rб + rэ(1 + h21э )

Sэ = 31/11,5= 2,7А/В

6) Определяем коэффициент передачи эмиттерного повторителя:

Кэп = Sэ×Rн / 1 + Sэ×Rн

Кэп = 2,7∙46/(1+ 2,7∙46)=  0,992

.  7)  Входное сопротивление  ЭП:

Rвх эп = Rвх оэ (1 + Sэ×Rн)

Rвх эп = 2,7∙ (1 +2,7∙46 ) =338,04Ом

8) Определяем величину сквозной характеристики эммитерного тока:

Похожие материалы

Информация о работе