Моделювання підсилювача запису магнітофона за допомогою схемного симулятора імпортного виробництва Electronics WorkBanch 5.0, страница 3

Напруга коллектор-емітер в робочій точці:

U_{ке.о(КТ315В)}=0,3×U_{ке.доп(КТ315В)} =0,3×30=9 (B)

Для обраних транзисторів виконуються умови:

І_{к.о(КТ315В)}+І_з=0,3+0,1=0,4 (мА)<І_{к.мах.доп(КТ315В)}

U_{ке.о(КТ315В)}>2U_з=2×1=2 (B)

I_{к.о(КТ315В)}×U_{ке.о(КТ315В)}=0,3×9=2,7 (мВт)<0,5P_{к. мах.доп(КТ315В)}

Так, як всі умови виконуються то даний транзистор підходить для даного каскаду по енергетичним показникам. Для  нормальної роботи транзистора необхідно також виконання слідуючої умови:

F_в<fh_21е,     (1),

де fh_21е-гранична частота передачі струму транзистора для схеми включення з спільним емітером. Знайдемо значення частоти fh_21е:

fh_21е=mf_гр/(h_{21e min}+1)=1,6×250×10⁶/(20+1)=19 (MГц),

де m=1,6 – для дрейфових дифузійних транзисторів.

значить, умова (1) виконується. Можна зробити висновок, що обраний транзистор можна застосувати  при  побудові даного каскаду.

2.5 Визначення загального коефіціента підсилення пристрою по потужності К_р

В якості джерела сигнала вибираємо мікрофон. Потужність, яку віддає  джерело сигналу (мікрофон) у вхідне коло, розраховуємо за формулою:

Р_дж =U_дж²/(2R_дж)

Вибираємо конденсаторний мікрофон  (МК-6) з параметрами:

U_дж=1 (мВ); R_дж= 250 (Ом)

Тоді,

P_дж=(1×10^-3)²/2×250=2×10^-9 (Bт)

Загальний коефіціент підсилення:

К_{р заг}=10lg=10lg=10lg=57,9 (дБ),

де a=A²=5²=25-глибина зворотнього зв’язку.

2.6 Визначення кількості каскадів підсилювача

Число каскадів підсилювача визначається виходячи з загального коефіціента підсилення за потужністю К_{р заг(дБ)} так, щоб

К_{р заг(дБ)} = К_р1(дБ) + К_р2(дБ) +...+К_рn(дБ)

Так, як джерело сигналу має не велике значення вихідної потужності, то щоб зменшити рівень шуму в якості вхідного каскаду застосуємо біполярний транзистор КТ315В, включений по схемі з спільним емітером. Оскільки

К_{р заг}>K_{Р СЕ (КТ315В)}, то застосовуємо два підсилювальних каскади по схемі з спільним емітером на вибраних транзисторах КТ105Ж і КТ3102Б, тоді

К_{р(КТ315В)}=10lg0,3×h²_{21e. min}=10lg0,3×400=20,8 (дБ),

де h²_21e.min=20²=400

К_{р(КТ3102Б)}=10lg0,3×h²_{21e. min}=10lg0,3×40000=40,8 (дБ),

де h²_21e.min=200²=40000

Тоді загальний коефіцієнт підсилення:

К_{р заг}=20,8+40,8=61,6 (дБ)

Тобто необхідне підсилення забезпечується.

2.7 Розрахунок співвідношення сигнал/шум

Розрахунок співвідношення сигнал/шум проведемо для першого каскаду  так, як його власні шуми є визначальними для співвідношення сигнал/шум. Як правило, для каскаду на біполярному транзисторі, розраховується мінімальна напруга на вході при заданому відношенні сигнал/шум n=U_сиг/U_шум, яке визначає чутливість пристрою.

Величина мінімальної вхідної напруги у режимі узгодження каскаду із джерелом сигналу дорівнює:

 [мкВ],

де R_вх-еквівалентний опір вхідного кола пристрою (визначається як паралельне з’днання опору джерела сигналу і вхідного опору вхідного каскаду), кОм

DF-смуга робочих частот пристрою , кГц

F_ш-відносний коефіцієнт шума біполярного транзистора першого каскаду (довідникова величина), для транзистора КТ315В F_ш = 4дБ=1,58раз.

При заданому в ТЗ співвідношенню сигнал/шум

n=60 (дБ)=1000 раз і R_вх=R_вих.дж./2=250/2=125 (Ом) маємо:

U_вх._min=0,125×1000=192 (мкВ)<U_вх=1000 (мкВ)

З тотожності видно, що транзистор першого каскаду обраний вірно. Тобто задане співвідношення сигнал/шум  (60 дБ) забезпечується.

2.8 Розподіл частотних та нелінійних спотворень по каскадах

Частотні спотворення, які вносить транзистор:

М_{в т} =,

де F_в - верхня частота робочого діапазону підсилювача.

f_Y21Е - гранична частота транзистора по крутизні в схемі з спільним емітером.

Для транзисторів величина f_Y21e розраховується по формулі:

,

да r’_б – об’ємний опір бази, S₀- крутість транзистора в робочій точці.

f_h21б= m×f_гр,

де m=1,6 – для дрейфових дифузійних транзисторів.

f_{h21б(КТ315В)}=1,6×250=400 (МГц)

f_{h21б(КТ3102Б)}=1,6×1800=2880 (МГц),

тоді об’ємний опір бази:

r’_б= t_к/C_к,

де C_к- ємність колекторного переходу транзистора, t_к-стала часу.

r’_{б(КТ315В)}=800/6=133 (Ом)

r’_{б(КТ3102Б)}=100/7=14,3 (Ом)

f_{Y21e(КТ315В)}=400/(133×0,1)=30 (МГц)