Расчет и проектирование импульсный усилитель системы обработки сигналов, страница 4

        

Определим верхнюю частоту, которую обеспечивает каскад при выбранном R_K

  ;    ;      ;  

          

Примем С_М=5пФ – емкость монтажа. Пусть М_В=0,96, тогда   

F=1+SR_Э;                       

Коэффициент усиления каскада уменьшится в фактор обратной связи раз, а полоса пропускания расширится в фактор обратной связи раз:

           

         

Емкость разделительного конденсатора

Пусть М_Н=0,95, тогда а_Н=0,33

Рассчитаем элементы термостабилизации.

- изменение обратного тока коллектора;

     .

 - внутреннее изменение смещения на эмиттерном переходе; E=1.1В, Т- максимальная температура в Кельвинах;

- приращение коллекторного тока, вызванное температурным изменением

                         

 - изменение тока коллектора в рабочей точке.

Зададим ток делителя в восемь раз больше I_БО.

 

                                    I_g=8 I_БО ;              ;

                    

                 

R_g=

- входная емкость каскада.

Отрицательная обратная связь уменьшает входную емкость транзистора в F-раз и увеличивает входное сопротивление транзистора в F-раз.

          

           

Входное напряжение каскада равно:

       

Расчет входного каскада.

Выбор схемы и активного элемента первого каскада оказывает существенное влияние на параметры входной цепи. Эмиттерный повторитель в качестве первого каскада усилителя позволяет улучшить параметры входной цепи, увеличить коэффициент передачи. Как всякий каскад с ООС эмиттерный повторитель отличается стабильностью режима работы. Ценные качества каскада, имеющего цепь отрицательной ОС, позволяет эффективно использовать эмиттерный повторитель в качестве согласующего звена.

Питание каскада возьмем с учетом того, что оно создается проходя уже через две фильтрирующие цепочки и составляет 13В. Зададим рабочую точку и построим нагрузочную прямую. Смотри приложение 4 .

Исходные данные:U_ВЫХ=0,82mВ, R_H=4,4кОм, С_Н= пФ, U_П=13В.

U_КЭ0=6В, I_K0=10mA, U_БЭ0=0,5В, I_б0=20мкА, U_бЭ=0,5В, I^I_K=20mA.

                   R_Э =

R_Э =

                    

        

Примем ток делителя равным : I_g=5 I_БО ;              ;

                    

                 

R_СТ=                R_СТ=

h_21Э = 400               ;     ;    ;   

               

    

        

Эквивалентное сопротивление находим по формуле:

  ;  

       

Коэффициент передачи определяется как:

    ;        

Входное сопротивление равно:

  ;

Определили входное сопротивление, оно по своему значению нам подходит (больше на порядок чем R_Г = 2кОма).

Рассчитаем разделительную емкость между входным и промежуточными каскадами:

Пусть М_Н=0,99, тогда а_Н=0,14

Расчет входной цепи.

Разделительная емкость входной цепи:

Пусть М_Н=0,95, тогда а_Н=0,33

Сопротивление источника сигнала и входное сопротивление входного каскада образуют делитель напряжения. Его коэффициент передачи равен:

    ;          

Этот коэффициент необходимо учитывать при определении коэффициента усиления всего усилителя.

Расчет фильтрующих цепей.

          По постоянному току на фильтре должно падать напряжение равное разности напряжений общего источника питания 17В и напряжения питания взятого в расчетах.

            Механизм ослабляющего действия звена состоящего из R_Ф и С_Ф поясняет на рис.

Элементы R_Ф и С_Ф образуют делитель напряжения, коэффициент передачи напряжения через который равен:

 

Модуль обратной величины, называемый коэффициентом фильтрации:

 на частотах пульсаций должен быть >>1. Отсюда получаем:

    , пусть        

     , U_П=17В, - напряжение питания и ток потребляемый каскадом.

            Для входного и первого промежуточного каскада:

Этот конденсатор будет электролитическим, поэтому зашунтируем его конденсатором малой величины. Для  него f_Н возьмем 10кГц.

            Для промежуточного и предоконечного каскадов расчеты аналогичны:

Расчет элементов подстройки усиления.

Определим коэффициент усиления всего усилителя:

Он получился больше, чем требуется по заданию.

            Для регулировки усиления можно изменить глубину ООС одного из каскадов. Для этого нужно сделать переменным сопротивление в цепи эмиттера одного из каскадов. В первом каскаде делать это нежелательно, т.о. введем подстройку усиления в промежуточный каскад.

            Рассчитаем коэффициент усиления, который должен иметь промежуточный каскад для того, чтобы обеспечить коэффициент усиления 5300:

 ;

            Промежуточный каскад без учета обратной связи имеет усиление 127,8. Для того, чтобы получить коэффициент усиления 8 нужно ввести обратную связь Фактор обратной связи равен:

     ,        

Разобьем это сопротивление на два (постоянное и подстроечное ) . Постоянное возьмем 47Ом, а подстроечное 20Ом, это обеспечит некоторый запас регулировки усиления.

Схема рассчитанного усилителя представлена в приложении 5

Определение итоговых параметров.

В результате расчетов получили следующие параметры усилителя:

-  Коэффициент усиления по напряжению равен: К_ОБЩ=6224

-  Частотные искажения:

В области ВЧ :  М_В=  

В области НЧ:  М_Н=

Таким образом, спроектированный усилитель обеспечивает больший коэффициент усиления, возможности подстройки усиления и запас по частотным искажениям.

Расчет варианта усилителя на микросхемах.

При выборе микросхемы необходимо учитывать, что верхняя рабочая частота должна быть в несколько раз выше, чем верхняя частота сигнала. Необходимо также обеспечить запас по усилению на 20-30%. Микросхема должна обеспечить необходимый уровень выходного сигнала. Данным требованиям удовлетворяет микросхема К175УВ1Б. Ее параметры:

U_И.П.=6,3±0,6В – напряжение источника питания.

I_ПОТР.≤15mA – потребляемый ток.

К_U≥12 – коэффициент усиления  напряжения.

R_ВХ≥1кОм

 R_ВЫХ=75Ом

f_B=60МГц при R_H=1кОм, С_Н=5пФ

 U_ВЫХ=2В.

Типовая схема представлена на рис.