Схемотехническое проектирование усилителя импульсных сигналов (структура усилителя - ОЭ-ОК-ОЭ, Еп+ 12 В, Еп- 5 В), страница 2

По умолчанию сопротивление R_К2=100 Ом. Оно мало влияет на работу каскада и поэтому его можно убрать.

Базовый ток . Выберем ток в делителе в 10 раз больший чем в базе, таким образом I_дел=0.15 мА.

Нахождение сопротивлений в делителе:

;.

Нахождение сопротивления R_К3:

Ом

R_К3 = 0.875 кОм.

Определение ООС:

 

Т.к.  следовательно ООС заводится через R1

Введение петли глобальной ООС изменит схему каскада следующим образом:

ЭТАП 5:«Анализ воздействия дестабилизирующих факторов на работу каскада на постоянном токе»:

Отклонение температуры от ее номинального значения приводят к следующим изменениям характеристик транзисторов:

, ,

где  - максимальное отклонение температуры от номинальной. Тогда:

, ,

В наиболее неблагоприятном случае отклонение параметров транзистора от номинальных за счет температурных изменений и технологического разброса имеют одинаковую направленность. Тогда:

;

 

Вычисление собственных нестабильностей коллекторных токов.

Нестабильность коллекторного тока находится по следующей формуле:

_,

 где R_Э, R_Б – общие сопротивления стоящие в соответственно в эмиттере и базе.

Как видно из формулы, для дальнейших вычислений необходимо найти   g-параметры транзистора. Их приближенно можно найди по следующим формулам:

; ;;

1)  первый каскад

; .

 Тогда

2)  второй каскад

,где,следовательно;

, где , следовательно . Тогда:

3)  третий каскад

,где,следовательно; . Тогда:

Вычисление нестабильности коллекторного тока в оконечном каскаде.

Общее отклонение в оконечном каскаде равно:

,

где ,  - изменения тока  в рассматриваемом третьем каскаде, возникающие в следствие нестабильности второго и первого каскадов; R_H1, R_H2, R_H3 – полное сопротивление нагрузки соответственно в 1, 2, 3 каскадах.

, где , тогда

;..

Коэффициенты передач каскадов равны:

;

;

;

Тогда , . Следовательно, общее отклонение в оконечном каскаде равно ,

ЭТАП 7:«Оценка предельно допустимого сопротивления нагрузки»:

1)  Верхнюю граничную частоту полосы пропускания можно найти по следующей формуле:  

2)  Граничная частота транзистора по крутизне:

Так как в каскадах рекомендовано ввести ООС глубиной F_ОЭ=2, то граничная частота соответственно увеличится в два раза: f_Sf = f_S ∙F_ОЭ = 644 МГц.

3)  Спады ε_S возникающие в каскадах ОЭ на частоте f_в0.7 равны:

4)  Общий спад возникающий в тракте вследствие инерционных свойств транзисторов равен сумме спадов в каждом каскаде, а так как параметры каскадов ОЭ одинаковы, то он равен удвоенному спаду в одном каскаде ОЭ:

5)  При нахождении паразитных емкостей в каскадах в первом приближении считается, что: С_М=1 пФ, К_ОЭ=10, К_ОК=0.98, F_ОЭ=2. Сопротивление в цепи ООС тогда равно: .

Наибольшее влияние оказывают паразитные емкости в каскадах ОЭ. Их можно найти по следующим формулам:

С_п1=С_выхОЭ1+С_вхОК2+С_М ; С_п3=С_выхОЭ3+С_Н+С_М ;

; ;

В итоге получаем: С_п1=58.3 пФ ; С_п3=43.5 пФ .

6)  Спад во входной цепи ε_ВХ на частоте f_в0.7 :

, где ;; .

Таким образом f_вх = 29 МГц. Следовательно, ε_ВХ = 0. 12.

7)  Допустимый спад в тракте равен

8)  Общий спад в тракте можно распределить следующим образом: одна треть на первом каскаде и две трети в конечном каскаде. Таким образом:

;

9)  На основании определенных в предыдущем пункте допустимых спадов в каскадах можно найти предельно допустимые значения проводимостей g_экв коллекторных цепей в этих каскадах:

;

10)  В итоге можно найти предельно допустимые значения сопротивлений стоящих в коллекторных цепях первого и третьего каскадов:

Таким образом, необходимо сопротивление  стоящее в коллекторной цепи разделить на два:  и  (см. рис. 4 ). Следовательно, в первом каскаде , а во втором .

В итоге схема усилителя принимает следующий вид:

ЭТАП 8:«Организация конфигурации схемы для обеспечения ее работы на переменном токе»:

На переменном токе в области НЧ необходимо ввести разделительные конденсаторы следующим образом:

                                         

             Для петли обратной связи и в цепь эмиттера также введем блокировочные конденсаторы Сб:

         

ЭТАП 9:«Определение значений емкостей разделительных и блокировочных конденсаторов»:

1)  Значение разделительных емкостей можно определить по следующей формуле:

, где .

Общий спад Δ = 0.1

Δ2, Δ3, Δ4 и Δ5 - спады создаваемые блокировочными конденсаторами в ОЭ. Как правило, этот спад больше чем в разделительных цепях в 5..15 раз, поэтому примем:

Δ2 = Δ3 = Δ4 = Δ5 = 0,02

Δ6 = Δ7 = 0,01

Δ1= Δ=0,1

Для разделительной емкости стоящей на входе усилителя , а для емкости стоящей на выходе .

 Таким образом

,

.

Для выполнения неравенства выберем емкости в два раза большие: , .

2) Блокировочная емкость в цепи ООС:

Для выполнения неравенства выберем емкость на порядок большие:

3) Блокировочные емкости в коллекторной цепи:

,

.

Для выполнения неравенства выберем емкости на порядок большие: , .

4)  Блокировочные емкости в цепи ООС эмиттеров:

, где R^* - полное сопротивление цепи, внешнее по отношению к конденсатору С_бЭ.

Для выполнения неравенства выберем емкости на порядок большие: , .

ЭТАП 10:«Оценка значения коэффициента усиления тракта в целом»:

Общий сквозной коэффициент усиления трехкаскадного усилительного тракта равен К=К_ВХК₁К₂К₃ , где К_{ВХ ,} К₁, К_{2 ,} К₃ –коэффициенты передачи входной цепи и трех следующих за ней каскадов:

;

; ;

Таким образом, общий сквозной коэффициент усиления равен:

К=0.87∙(-38)∙0.99∙(-55)=33