Проектирование усилительного устройства

Содержание 1. Задание на проектирование 3 2. Расчёт оконечного каскада 4 2.1 Выбор схемы оконечного каскада 4 2.2 Выбор типов оконечных транзисторов 5 2.3 Энергетический расчёт режима оконечного каскада 5 2.4 Расчёт коэффициента гармоник оконечного каскада 13 3. Расчёт предоконечного каскада 16 4. Построение схемы и расчёт цепей общей отрицательной обратной связи 18 4.1 Разработка структурной схемы 18 4.2 Расчёт цепей и требуемой глубины общей ООС 20 5. Расчёт каскада предварительного усиления и входного усилителя 21 5.1 Расчёт каскада предварительного усиления 21 5.2 Расчёт входного усилителя 23 6. Расчёт входной цепи 25 7. Расчёт резисторов ООС 26 8. Расчёт цепей питания 27 Литература 28 Приложение 1 28 Приложение 2 30 Содержание

Поэтому суммарный коэффициент гармоник всего усилителя без ООС равен . Справедливо следующее соотношение для необходимой глубины обратной связи: В соответствии с техническим заданием коэффициент усиления усилителя МУ с ООС должен быть равен: Кос= U2km/1,41 Еист = 6,5/(1,41*3*10-3) = 1540. Для реализации требуемой глубины ООС коэффициент усиления МУ усилителя без ООС должен быть равен: К = Кос*А = 1540*22 = 34500. Как показано выше, коэффициент передачи по напряжению оконечного каскада (ОК) равен Кuок = 0,79, коэффициент передачи по напряжению предоконечного каскада (ПОК) равен Кuпок = 255. Каскады ВхУ и КПУ должны обеспечить сквозной коэффициент передачи этих каскадов: Кскв = КВхУ * ККПУ = К/( Кuок* Кuпок) = 34500/(0,79*255) = 171. Разделим этот коэффициент на равные доли КВхУ = ККПУ = √171 ≈ 13. 5. Расчёт каскада предварительного усиления и входного усилителя 5.1 Расчёт каскада предварительного усиления Выберем для реализации схему с общим эмиттером (ОЭ). Схема каскада приведена на рис. 5.1. Рис. 5.1 Схема каскада с ОЭ 1. С целью унификации выберем транзистор npn типа КТ 503 А, применённый при расчёте ПОК. Его параметры приведены ранее. 2. Напряжение источника питания каскада Епит = Ек = 9,6 В. Питание подаётся от источника Е = 19,2 В через резистор развязки Rф в цепи питания 3. Нагрузкой каскада является входное сопротивление каскада ПОК: Rн = RвхПОК = 1,7 кОм. 4. Зададим ток покоя коллектора IК0КПУ = 3 мА. 5. Сопротивление резистора в эмиттере: Rэ = 0,2* Ек/ IК0КПУ = 0,2*9,6/3*10-3 = 640 Ом. 6. Сопротивление в коллекторе: Rк = 0,4* Ек/ IК0КПУ = 0,4*9,6/3*10-3 = 1280 Ом. 7. Напряжение между коллектором и эмиттером: Uкэ0 = Ек - IК0КПУ*(Rэ + Rк) = 9,6 – 3*10-3*(640 + 1280) = 3,84 В. 8. Сопротивление нагрузки по переменному току: Rk~ = Rк *RвхПОК/( Rк + RвхПОК) = = 1,28*103*1,7*103/ (1,28*103+1,7*103) = 730 Ом. 9. Входное сопротивление транзистора: Rвх т КПУ = rб + rэ *(β + 1) = 100 + (26/3)*(80 + 1) = 702 Ом, Здесь rэ = 26/Iэ (мА). 10. Сопротивление Rдел параллельно соединённых плеч делителя R1, R2 находится по формулам: Rдел = R1*R2/ (R1+R2) = [(S-1)*Rэ/(1 –S/(β + 1))] - rб = = [(6-1)*640/(1 –6/(80 + 1))] – 100 = 3,36 кОм. Здесь S = 6 - коэффициент нестабильности тока коллектора. 11. Сопротивления плеч делителя: R1 = Ек* Rдел/(Uбэ0 + Iк0КПУ* Rэ) = = 9,6* 3,36*103 /(0,7 +3* 10-3* 6,4*103) = 1,62 кОм R2 = R1* Rдел/( R1 - Rдел) = = 1,62*103 * 3,36 *103 /(3,36*103 - 1,62 *103) = 3,13 кОм. 12. Входное сопротивление каскада КПУ: Rвх КПУ = Rдел* Rвх т КПУ /( Rдел+ Rвх т КПУ) = = 3,36 *103*702/(3,36 *103+702) = 581Ом. 13. Коэффициент передачи КПУ по напряжению: KuКПУ = β* Rk~/ Rвх КПУ = 80*730/581 = 99,8. Рассчитанное значение коэффициента передачи по напряжению значительно превышает требуемое значение, рассчитанное в разделе 4.2. 14. Ёмкость переходного конденсатора рассчитывается в соответствии с требованиями к частотным искажениям. Эти искажения возникают из–за переходных конденсаторов и конденсаторов, шунтирующих сопротивления в эмиттерах, которые находятся в петле ООС, Поэтому частотные искажения уменьшаются в глубину обратной связи раз и допустимые в техническом задании общие частотные искажения отнесём к одному переходному конденсатору, ёмкость которого рассчитывается по формуле: Сэ = Спер = 0,9 мкФ 5.2 Расчёт входного усилителя Выберем для реализации схему с общим эмиттером (ОЭ). Схема каскада приведена на рис. 5.2. Рис. 5.2 Схема входного усилителя 1. С целью унификации выберем транзистор npn типа КТ 503А, применённый при расчёте ПОК. Его параметры приведены ранее. 2. Напряжение источника питания каскада Епит = Ек = 9,6 В. Питание подаётся от источника Е = 19,2 В через резистор развязки Rф в цепи питания. 3. Нагрузкой каскада является входное сопротивление каскада ПОК: Rн = RвхКПУ = 581 Ом. 4. Зададим ток покоя коллектора IК0КПУ = 1 мА. 5. Сопротивление резистора в эмиттере: Rэ = 0,2* Ек/ IК0ВХУ = 0,2*9,6/1*10-3 = 1920 Ом. 6. Сопротивление в коллекторе: Rк = 0,4* Ек/ IК0ВХУ = 0,4*9,6/10-3 = 3840 Ом. 7. Напряжение между коллектором и эмиттером: Uкэ0 = Ек - IК0ВХУ *(Rэ + Rк) = 9,6 –10-3*(1920 + 3840) = 3,84 В. 8. Сопротивление нагрузки по переменному току: Rk~ = Rк * RвхКПУ /( Rк + RвхКПУ) = = 3,84*103*581 / (3,84*103+581) = 504,6 Ом. 9. Входное сопротивление транзистора: Rвх т ВХУ = rб + rэ *(β + 1) = = 100 + (26/1)*(80 + 1) = 2206 Ом, Здесь rэ = 26/Iэ (мА). 10. Сопротивление Rдел параллельно соединённых плеч делителя R1, R2 находится по формулам: Rдел = R1*R2/ (R1+R2) = [(S-1)*Rэ/(1 –S/(β + 1))] - rб = = [(6-1)*1920/(1 –6/(80 + 1))] – 100 = 10,27 кОм. Здесь S = 6 - коэффициент нестабильности тока коллектора. 11. Сопротивления плеч делителя: R1 = Ек* Rдел/(Uбэ0 + IК0ВХУ * Rэ) = = 9,6* 10,27*103 /(0,7 +10-3* 1,92*103) = 37,6 кОм R2 = R1* Rдел/( R1 - Rдел) = = 37,6*103 * 10,27 *103 /(37,6*103 - 10,27 *103) = 14,1 кОм. 12. Входное сопротивление каскада ВхУ: Rвх ВХУ = Rдел* Rвх т ВХУ /( Rдел+ Rвх т ВХУ) = = 10,27 *103*2,206*103/(10,27 *103+2,206*103) = 1,81 кОм. 13. Коэффициент передачи КПУ по напряжению: KuКПУ = β* Rk~/ Rвх ВХУ = 80*504/1810 = 22,3. Рассчитанное значение коэффициента передачи по напряжению превышает требуемое значение, рассчитанное в разделе 4.2. 14. Ёмкость шунтирующего конденсатора Сэ рассчитывается из условия: 1/2πfнСэ = Rэ/10, Сэ = 10/2πfн Rэ = 10/2π*80*1920 = 10,3 мкФ 6. Расчёт входной цепи 1. Входное сопротивление входного усилителя с обратной связью: Rвх ос = Rвх ВхУ *А = 1810 * 22 = 39,82 кОм; 2. Оптимальный коэффициент трансформации входного трансформатора: 3. Коэффициент передачи входной цепи: 7. Расчёт резисторов ООС 7.1 Задаёмся суммарным сопротивлением делителя ООС Rдел ос = Rос1 + Rос2 из условия Rдел ос >> Rн Rдел ос = 10кОм. 7.2 Рассчитаем сопротивления делителя. Коэффициент усиления по напряжению всего усилителя рассчитывается по формуле: Кос = Кuвх*( Rос1 + Rос2)/ Rос2, где Кос = 1540, Kuвх = 2,45. Сопротивления Rос1, Rос2 находятся из соотношений: Rос2 = Kuвх* Rдел ос/ Кос = 2,45*10*103/1540 = 16 Ом Rос1 = 10000 – 16 ≈ 10 кОм. 8. Расчёт цепей питания Расчёт проводим по формулам, вытекающим из анализа схемы, представленной на рис. 4.1. Уточнённое по сравнению с рассчитанным в разделе 3 сопротивление резистора Rф1 находится по формуле: Rф1 = URф1/(Iк0ПОК + Iк0КПУ + Iк0ВхУ) = 1,4/(10-3 + 3*10-3 +10-3) = 280 Ом Сопротивление резистора Rф2 находится по формуле: Rф2= (Е -URф1 - Ек)/( Iк0КПУ + Iк0ВхУ) = = (19,2 – 1,4 – 9.6)/( 10-3 + 3*10-3) = 2,05 кОм На рис.6 представлена полная электрическая схема микрофонного усилителя Рис.6 Схема электрическая принципиальная микрофонного усилителя Литература 1. Павлов В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. М., Горячая линия – Телеком, 2003. 2. Бесчётнова Л.В. Схемотехника аналоговых электронных устройств. Письменные лекции. СПб, СЗТУ, 2005 Приложение 1 Чертёж схемы электрической принципиальной  Приложение 2 1