Синтез и расчёт дифференциального усилителя

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Владимирский Государственный Университет

Кафедра КТРЭС

Лабораторная работа №1,2.

По дисциплине «Схемотехника ЭС»

«Синтез и расчёт дифференциального усилителя»

Выполнил:

студент группы Р-106

Проверил:

Владимир 2009

Схема электрическая принципиальная:

Исходные данные:

U_пит =15В

U_вых ≥5В

R_н ≥15кОм

К_u ≥10

Расчет параметров усилителя

Построим ВАХ транзистора:

Так как схемы будут паяться на одной плате, а, следовательно, будут иметь одинаковые транзисторы VT1 и VT2 и резисторы коллекторов, то воспользуемся для дальнейшего расчета данными расчёта моего коллеги. Из которых известно, что R_к2 = R_к1 = 1,2 кОм, и напряжение, которое падает на этих резисторах будет равно 6В, и ток, протекающий через эти резисторы равен 5мА. Так как транзисторы будут использоваться одинаковые, то и начальная рабочая точка будет иметь одинаковое положение соответствующее U_кэнач = 6В и I_к =5мА.

Таким образом, получается, что на каждом из плеч дифференциального усилителя падает  по 12В, а, следовательно, на переходе коллектор-эмиттер VT4 упадет разность потенциалов 3В.

Далее найдем ток эмиттера, который определяется по формуле:

I_э= I_k + I_б , где I_б = I_к /h_21э , h_21э  для транзистора КТ315А изменяется в пределах от 20 до 90, примем его равным 50, откуда I_б = 5мА/50 = 0,1мА, следовательно I_э = 5мА+0,1мА = 5,1мА. Это ток эмиттера каждого плеча. Чтобы найти ток коллектора транзистора VT4 нам необходимо сложить токи эмиттеров плеч, в результате чего получается, что I_кVT4 =10,2 мА.

Зная значение тока коллектора транзистора VT4, мы можем приступить к расчету токового зеркала находящегося в цепи эмиттера.

Транзистор VT3 представляет собой диод, напряжение на котором равно напряжению база-эмиттер транзистора VT4, которое обычно выбирается из интервала 0,5 … 0,7 В, возьмем его равным 0,6В.

Откуда получаем что напряжение, которое должно падать на резисторе R1 будет вычисляться по формуле: U_R1 = E_п – U_VT3 = 15В – 0,6В = 14,4 В.

Зная напряжение которое должно упасть на резисторе R₁ , найдем значение его сопротивления: R₁ = U_R1 / I_R1 = 14,4В/10,2мА ≈1,4кОм.

Рассчитаем коэффициент усиления дифференциального сигнала  одного плеча дифференциального усилителя:

.

Для этого необходимо найти

где h_11э для транзистора КТ315А равно 1,25к. R_э’ – сопротивления, которые включают в цепь эмиттера для того чтобы внести ООС по постоянному и переменному току и облегчить настройку ДУ. Примем их равными 40 Ом.

Получаем, что R_вхдиф =2[1,25·10³ + 20·5,1] = 4,54 к.

Откуда следует, что R_{вхдифпл} = 2,27 к.

Откуда получаем, что

Таким образом, можно сделать вывод, что рассчитанный нами ДУ обеспечивает необходимый коэффициент усиления K_u ≥ 10.

Теперь определим коэффициент ослабления синфазного сигнала.

Он равен , где , а , подставив данные в формулу, получаем, что . Мы получили, что <1 и     К_ОСС гораздо выше чем у каскада с R_э в цепи эмиттера (там был получен К_ОСС = 6), исходя из этого можно сделать вывод о правильности проведенных выше расчетов.

Рассмотрим работу схемы.

Проследим что изменится если мы изменим сопротивление R_к любого из плеч (например уменьшим его). В результате этого уменьшится коэффициент усиления синфазного сигнала, который равен , что казалось бы приведет к положительным последствиям – увеличению коэффициента ослабления синфазного сигнала, но  вместе с этим и уменьшится коэффициент усиления дифференциального сигнала, который равен: