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.
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:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.