Отрицательная обратная связь

 

 

Явление передачи сигнала из выходной цепи во входную назы­вают обратной связью (ОС). Электрическая цепь, по которой осуществляется эта передача, называется цепью обратной связи. На рис. 16. представлена структурная схема усилителя (2), охва­ченного цепью ОС (4). Здесь выходной сигнал, подаваемый в на­грузку (3) через цепь ОС, частично или полностью передается к узлу сравнения (5), где происходит алгебраическое сложение сиг­нала ОС (U_ос или I_ос) с вход­ным сигналом (U_вх или I_вх), по­ступающим от источника вход­ного сигнала (1). Обратную связь называют отрицатель­ной, если ее сигнал вычитается из входного, и положительной, если сигнал ОС суммиру­ется со входным.

В зависимости от схемных особенностей усилителя различают местную ОС, охватывающую отдельные каскады, и общую ( главную ) ОС, охватывающую все каскады усилителя. Кроме то­го, в усилителе возможны варианты, когда ОС осуществляется только по постоянному току, только по переменному току либо и по постоянному и по переменному току одновременно. Для разделения постоянной и переменной составляющей сигнала в це­пях ОС применяют конденсаторы.

Рис. 17.

Если сигнал ОС пропорционален выходному напряжению, то такую цепь (рис. 17, а.) называют обратной связью по напря­жению. Для случая обратной связи по току сигнал ОС должен быть пропорциональным выходному току усилителя (рис. 17, б.).

Рис. 18.

 

По способу введения сигнала ОС во входную цепь различают последовательную и параллельную цепи ОС. При последо­вательной ОС напряжение U_ос суммируется с напряжением U_вх (рис. 18, а.). Если же во входной цепи складываются токи I_ос и I_вх, то такая ОС называется параллельной (рис. 18, б.). Для количест­венной оценки влияния ОС на усилитель применяют коэффици­ент обратной связи γ, который показывает какая часть выход­ного сигнала поступает на вход усилителя

или . (78)

При введении ОС изменяются основные параметры усилителя. В общем случае, когда учитывают влияние реактивных элементов схемы на частотную характеристику усилителя, комплексный коэффициент усиления усилителя, охваченного цепью ОС, определя­ется выражением

, (79)

где К = Ке^{jφ к} (φ _к- угол сдвига фаз между напряжениями U_вых и U_вх);

γ = γ e^{jφ γ} (φ _γ - угол сдвига фаз между напряжениями U_ос и U_вых);

(1 ± γ К) = F - глубина обратной связи;

γ К - петлевой коэффициент усиления.

Знак " -" означает, что ОС положительная. При этом выполня­ются условия γ К ≥ 1 и

(φ _K + φ _γ ) = 0, а усилитель теряет устойчи­вость, т.е. напряжение на его выходе самопроизвольно возрастает и, даже, могут возникнуть незатухающие автоколебания. По этой причине положительная ОС для усилителей является нежелательной.

Если усилитель или цепь ОС вносят фазовый сдвиг, равный

, (80)

то связь становится отрицательной и в формуле (79) надо исполь­зовать знак " +". Следует отметить, что условие (80) обычно вы­полняется лишь в середине полосы пропускания, а на границах диапазона, особенно в области верхних частот, фазовые сдвиги ме­няются и отрицательная ОС может стать положительной. Поэтому АЧХ усилителя в области верхних частот имеет характерный " подъем".

Применение ООС снижает коэффициент усиления в (1 + γ К) раз. Одновременно улучшаются качественные показатели усилите­ля: повышается стабильность коэффициента усиления, что особен­но важно при замене транзисторов, а также в условиях темпера­турных изменений их параметров; расширяется полоса пропускания усилителя; уменьшается фазовый сдвиг между входным и выход­ным напряжениями; снижается уровень нелинейных искажений и собственных помех усилителя.

Введение ООС изменяет также величину входного и выходного сопротивления усилителя. Выходное сопротивление усилителя сильно зависит от того, каким образом снимается сигнал ООС. Ес­ли применяется ООС по напряжению, то выходное сопротивление уменьшается

. (81)

Если усилитель охвачен ООС по току, то характер изменения его выходного сопротивления противоположный и при выполнении условия R_н < < (R_вых + R_ос)

 

. (82)

Входное сопротивление, в свою очередь, зависит от способа введения сигнала ОС во входную цепь усилителя. Так для после­довательной ООС входное сопротивление увеличивается

. (83)

 

Введение параллельной ООС эквивалентно подключению до­полнительного резистора, величиной R_ос/(1 + γ К), параллельно входному сопротивлению усилителя. В результате входное сопро­тивление уменьшается и может быть определено из выражения

 

. (84)

Таким образом ООС позволяет в широких пределах изменять величину как входного, так и выходного сопротивления каскада.

Если цепь ОС содержит конденсаторы, то в этом случае коэф­фициент γ будет изменяться и по модулю и по фазе в зависимости от частоты усиливаемого сигнала ω _c. Такая цепь называется час­тотно-зависимой ОС и применяется для коррекции АЧХ усилителя.

 

Нелинейные искажения

 

Нелинейные искажения сигнала проявляются в виде искажения его формы, что в свою очередь, приводит к появлению в спектре выходного сигнала паразитных гармонических составляющих. Не­линейные искажения усилителя обусловлены нелинейностью как входных, так и выходных статических характеристик транзисторов. При выборе режима работы транзисторов часто приходится нахо­дить компромиссное решение между желанием максимально ис­пользовать его усилительные свойства и необходимостью получения минимальных нелинейных искажений сигнала. Этот компромисс разрешается путем выбора оптимального соотношения между внут­ренним сопротивлением источника сигнала R_г и входным сопротив­лением усилительного каскада.

Если обеспечить возбуждение усилителя в режиме источника напряжения, т.е. R_г< < R_вх.к, то при синусоидальном напряжении u_бэ (кривая 1 на Рис. 19.) за счет нелинейности входной характеристики форма коллекторного тока существенно искажается (I’_к > I”_к).

Если R_г > > R_вх.к (режим источника тока), то при возбуждении усилителя синусоидальным током i_б (кривая 2 на Рис. 19.) нелинейность входной характеристи­ки мало влияет на форму кол­лекторного тока. Однако при уменьшении R_вх.к возрастает мощность, отбираемая от источ­ника сигнала. Поэтому R_г обыч­но выбирают из соотношения

 

. (85)

 

Количественная оценка ко­эффициента нелинейных иска­жений производится с помощью сквозной динамической характе­ристики, которая представляет собой зависимость выходного тока от напряжения источника входного сигнала i_к = f(u_вх) (рис. 20.). Для ее построения используют точки пересечения ЛН^~ с типовыми выходными характеристиками транзистора (см. раздел 1.2.1). Если таких точек меньше пяти, то недостающие характеристики следует достроить используя ме­тод линейной интерполяции. В полученных точках определяют значения токов коллектора (I_к.min, I_к1, I_кп, I_к2, I_к.max) и соответствующие им значения тока базы (I_б.min, I_б1, I_бп, I_б2, I_б.max). Затем пе­реносят значения тока базы на семейство входных характеристик и определяют соответствующие напряжения (U_бэ.min, U_бэ1, U_бэп, U_бэ2, U_бэ.max). Величина U_вх.к для однотактной схемы ОЭ определяется выражением

 

, (86)

 

с помощью которого вычисляют недостающие координаты U_вх.min, U_вх1, U_вхп, U_вх2, U_вх.max и строят график.

Известно, что в однотактном каскаде при симметричном вход­ном сигнале нелинейные искажения создает вторая гармоника (ам­плитуды остальных малы). В этом случае коэффициент нелиней­ных искажений определяется отношением амплитуд второй и первой гармоник коллекторного тока.

 

. (87)

 

Методы гармонического анализа позволяют вычислить К_г с по­мощью геометрических построений. Определив по сквозной харак­теристике значения токов I'_кА и I" _кА, соответствующие амплитуд­ным значениям положительной и отрицательной полуволны вход­ного напряжения, вычисляют коэффициент гармоник

 

, (88)

 

 

Нелинейные искажения в двухтактном каскаде оценивают по третьей гармонике выходного тока, поскольку при хорошей сим­метрии схемы можно считать, что четные гармоники в выходном сигнале отсутствуют.

 

. (89)

 

Количественная оценка нели­нейных искажений в двухтактном каскаде производится также, как и в однотактном - методом пяти ор­динат. Необходимую для этого сквозную динамическую характе­ристику (рис. 21.) строят для од­ного плеча по методике, изложен­ной выше. Для гармонического анализа двухтактных каскадов обычно используют два входных сигнала с амплитудами U_вхА и 0, 5U_вхА. Определив по сквозной характеристике для этих сигналов значения токов I_к1 и I_к2 коэффициент гармоник вычисляют по формуле

 

, (90)

 

В реальных условиях, как правило, не удается обеспечить пол­ную симметрию схемы, т.е. в режиме покоя ток эмиттера транзи­стора, включенного в одно плечо схемы, может отличаться от эмиттерного тока другого транзистора в (1 +ν ) раз. Следствием этого является наличие в выходном сигнале нелинейных искажений по второй гармонике. Их величину оценивают по формуле

 

, (91)

где ν =0, 02...0, 06.

В этом случае полный коэффициент гармоник

 

. (92)

 

Практически в мощных усилительных каскадах нелинейные ис­кажения могут достигать 10...20%. Снижения их уровня до требуе­мых значений можно добиться только применением глубокой общей ООС. При этом коэффициент гармоник вычисляют по формуле

 

, (93)

где F - глубина обратной связи.

 

Выбор транзисторов

 

Основной задачей при проектировании усилителей является правильный выбор транзисторов. Транзисторы должны обеспечить необходимое усиление сигнала при минимальном числе каскадов. Кроме этого, транзисторы должны обеспечить требуемую мощность в нагрузке в заданных температурных условиях, а также иметь не­обходимый запас электрической прочности по допустимым токам и напряжениям. Особое внимание при выборе транзистора уделяют его частотным свойствам, так как они предопределяют полосу ра­бочих частот.

Чтобы достичь необходимого усиления сигнала транзисторы вы­бирают с наибольшим коэффициентом передачи тока h_21э. В спра­вочниках обычно приводится типовое значение коэффициента или возможные пределы его изменения от h_{21э min} до h_{21э max}. В послед­нем случае для расчетов принимают среднее геометрическое значе­ние

 

. (94)

 

Необходимым условием надежной работы транзистора является правильный выбор его электрических режимов работы с тем, чтобы температура корпуса не превышала допустимого значения. При этом расчетная мощность, рассеиваемая коллектором транзистора в самом тяжелом энергетическом режиме (Р_К.р), не должна превы­шать ее допустимого значения для данного транзистора (Р_К.макс)

 

. (95)

 

При этом Р_К.макс не остаётся постоянной величиной, а зависит от температуры окружающей среды и условий охлаждения транзисто­ра. Типовая зависимость постоянной рассеиваемой мощности от температу­ры окружающей среды приведена на (Рис. 22). Так на интервале темпера­тур (Т₁ - Т₂) мощность, рассеиваемая коллектором остается постоянной, а затем линейно снижается. Эксплуати­ровать транзисторы при температуре выше Т₃ нельзя. Если транзистор ра­ботает без теплоотвода в условиях ес­тественного охлаждения при темпера­туре окружающей среды > Т₂, то мак­симальная мощность, рассеиваемая коллектором транзистора, вы­числяется по формуле

 

(без теплоотвода), (96)

 

где: Т - температура окружающей среды, К;

Т_п - максимальная температура коллекторного перехода, К;

R_Т.п-с - тепловое сопротивление переход-среда, К/Вт.

Если же по условиям задачи невозможно использовать транзи­стор в условиях естественного охлаждения, то допускается приме­нить этот же транзистор с теплоотводящим радиатором. В этом случае с транзистора можно снимать значительно большую мощ­ность, однако максимальную температуру перехода рекомендуется не доводить до допустимой на (5...10)%, тогда

 

(с теплоотводом), (97)

 

где Т_к - максимальная температура перехода, К;

R_Т.п-к - тепловое сопротивление переход-корпус, К/Вт.

С достаточной для практики точностью мощность, рассеиваемую транзистором с теплоотводом можно определить по формуле

 

. (98)

 

В качестве теплоотвода обычно применяют специально сконст­руированные радиаторы или конструктивные элементы узлов и блоков. В простейшем случае используют металлическую пластину, расположенную вертикально и охлаждающуюся с обеих сторон ес­тественным образом. Суммарная поверхность такого теплоотвода рассчитывается по формуле

. (99)

 

Транзисторы могут выйти из строя также вследствие электриче­ского пробоя, поэтому они должны обладать достаточным запасом электрической прочности. Рекомендуется эксплуатировать транзи­сторы в таких режимах, чтобы выполнялись условия

 

(100)

 

Частотные свойства транзистора определяют полосу пропуска­ния усилителя. При повышении частоты коэффициент передачи то­ка транзистора снижается. Причиной тому является инерционность электрических процессов, происходящих в транзисторе при его ра­боте. Так на частоте f_h21Э, называемой предельной частотой переда­чи тока, коэффициент h_21э уменьшается в раз, а на частоте f_гр. становится равным единице. Эти частоты связаны между собой со­отношением

 

. (101)

В справочниках часто приводят значение h_21э для некоторой фиксированной частоты f. Очевидно, что в этом случае значение f_гр можно определить по формуле (101). Например: для транзи­стора КТ315А на частоте f = 100Мгц модуль коэффициента передачи тока в схеме ОЭ (h_21э) равен 2, 5, тогда f_гр = 2, 5 • 100 = 250МГц.

Для снижения уровня частотных и фазовых искажений сигнала транзисторы следует выбирать с запасом по предельной частоте передачи тока f_h21э. Кроме того, многокаскадный усилитель должен состоять из широкополосных и узкополосных каскадов, причем уз­кополосными обычно выполняют оконечные каскады усилителя. Поэтому для транзисторов оконечных каскадов достаточно выпол­нить условие

 

, (102)

где f_в - верхняя граница усиливаемой полосы частот.

Если для выбранного транзистора в справочнике приведено значение только граничной частоты передачи тока f_гр, то для опреде­ления f_h21э, можно пользоваться соотношением

 

. (103)

 

Каскады предварительного усиления, как правило, изготавли­вают широкополосными, поэтому транзисторы для них следует подбирать с более высокой предельной частотой передачи тока. Та­кая структура обеспечивает устойчивую работу усилителя, исклю­чая возможность его самовозбуждения на верхней рабочей частоте.

 

 

Расчет цепей питания

 

Питание всех каскадов усилителя чаще всего производится от одного источника. Для устранения условий самовозбуждения уси­лителя и уменьшения пульсаций напряжения, неизбежных в этом случае, отдельные каскады усилителя разделяются по цепям пита­ния с помощью RC фильтров. При расчетах элементов фильтра обычно задаются падением напряжения на резисторе R_ф на уровне Δ U_ф = 0, 1Е. Затем вычисляют ток, протекающий через R_ф. Для многокаскадного усилителя это ток, потребляемый предыдущим каскадом

 

, (104)

 

где I_к.ср - средний ток коллектора, протекающий через фильтр,

I_б.ср - средний ток базы того же транзистора,

I_д - ток делителя в цепи смещения этого же транзистора;

тогда

. (105)

 

Емкость фильтрующего конденсатора C_ф вычисляют по формуле

 

, (106)

 

где К_U - общий коэффициент усиления усилителя.

Полный ток, потребляемый усилителем от источника питания, равен

 

, (107)

 

где I_к.ср, I_б.ср - средние значения токов, потребляемых коллек­торными и базовыми цепями в каждом каскаде;

I_д - ток делителя в базовых цепях каждого каскада.

Коэффициент полезного действия усилителя рассчитывается по формуле

 

. (108)

 

 

Примечание: средние значения токов зависят от режима работы каскада (А или В). Так для режима А в качестве среднего тока следует принимать ток покоя.

 

ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

2.1. Задача. Рассчитать параметры усилителя, построенного по схеме рис. 23, на вход которого подается сигнал амплитудой U_c от источника с внутренним сопротивлением R_с. Усилитель должен обеспечить в нагрузке R_н требуемую амплитуду выходного на­пряжения U_вых.А с коэффициентом гармоник, не превышающим К_г.

 

Рис. 23.

 

Для снижения уровня нелинейных искажений усилитель охва­чен цепью последовательной отрицательной обратной связи по на­пряжению (R_осС_ос) глубиной F. Рабочий диапазон частот усилите­ля от f_н до f_в при допустимых частотных искажениях сигнала М_в, М_н. Обеспечить температурную стабилизацию рабочей точки каж­дого каскада с коэффициентом нестабильности S. Определить так­же к.п.д. усилителя и полный ток, потребляемый им от источника питания.

Исходные данные по вариантам представлены в таблице 2.1.1.

 

 

Варианты заданий

Таблица 2.1.1

№ вар.	UC	RC	RH	UвыхА	КГ	fH	fB	MB	MH	F	S
B	кОм	кОм	В	-	Гц	кГц	-	-	-	-
	0, 1							1, 05	1, 1	1, 1
	0, 2				3, 5			1, 2	1, 1	1, 2	4, 5
	0, 3							1, 08	1, 15	1, 3	4, 2
	0, 4		2, 5		4, 5			1, 09	1, 25	1, 4
	0, 5							1, 2	1, 5	1, 5	5, 5
	0.6	1, 5	3, 5					1, 07	1, 19	1, 6	5, 7
	0.7	0, 5			6, 5			1, 08	1, 3	1, 7	5, 3
	0, 8		4, 5					1, 15	1, 4	1, 8
	0.9				7, 5			1, 25	1, 5	1, 9	6, 2
			5, 5					1, 15	1, 5	1, 1	6, 4
	0, 1			2, 5	8, 5			1, 2	1, 3	1, 2	6, 8
	0, 15		6, 5					1, 05	1, 15	1, 3	6, 6
	0, 2			3, 5	9, 5			1, 35	1, 55	1, 4
	0, 25		7, 5		4, 2			1, 1	1, 15	1, 5	7, 1
	0, 3	1, 5		4, 5	4, 6			1, 2	1, 4	1, 6	7, 2
	0, 35		8, 5		4, 8			1, 05	1, 35	1, 7	7, 3
	0, 4			5, 5	5, 3			1, 25	1, 25	1, 8	7, 4
	0, 45		9, 5		5, 6			1, 2	1, 45	1, 9	7, 5
	0, 5			6, 5	7, 2			1, 04	1, 2	1, 1	7, 6
	0, 55		1, 5		7, 4			1, 08	1, 19	1, 2	7, 7
	0, 6			7, 5	7, 6			1, 03	1, 25	1, 3	7, 8
	0, 65		2, 5		7, 8			1, 07	1, 3	1, 4	7, 9
	0, 7			8, 5	8, 3			1, 06	1, 35	1, 5
	0, 75	1, 5	3, 5		8, 4			1, 15	1, 45	1, 6	8, 1
	0, 8	3, 5		9, 5	8, 6			1, 25	1, 5	1, 7	8, 2
	0.85	2, 5	4, 5		8, 7			1, 1	1, 38	1, 8	8, 3
	0, 9			10, 5	8, 8			1, 14	1, 39	1, 9	8, 4
	0, 95		5, 5		8, 9			1, 15	1, 4	1, 1	8, 5
		5, 5		11, 5	6, 2			1, 16	1, 43	1, 2	8, 6
	0, 15		6, 5		6, 3			1, 17	1, 45	1, 3	8, 7
	0, 25				6, 4			1, 18	1, 48	1, 4	8, 8
	0, 35	4, 5	7, 5		6, 5			1, 19	1, 5	1, 5	8, 9
	0, 45	3, 5			6, 6			1, 2	1, 52	1, 6
	0, 55	4, 5	8, 5		6, 6			1, 21	1, 53	1, 7	9, 1
	0, 65				6, 7			1, 22	1, 54	1, 8	9, 2
	0, 75	5, 5	9, 5		6, 8			1, 23	1, 36	1, 9	9, 3
	0, 85				6, 9			1, 24	1, 37	1, 1	9.4
	0, 95	1, 5	10, 5		7, 3			1, 25	1, 42	1, 2	9, 5
					7, 7			1, 26	1, 44	1, 3	9, 6
	0, 1	2, 5	11, 5		5, 4			1, 27	1, 47	1, 4	9, 7

 

Порядок расчета

 

1. Составляют эквивалентную схему усилителя для области средних частот, учитывая при этом структуру транзисторов, и отмечают на ней все напряжения и токи (см. раздел 1.2.1). Сопротивлением R_ф можно пренебречь.

2. Определяют требуемый коэффициент усиления К_u.ос усилите­ля, охваченного цепью ОС, по исходным данным задачи

.

3. Находят коэффициент усиления К_u усилителя с разомкнутой цепью ОС (см. раздел 1.6)

.

Примечание: далее расчет ведут для разомкнутой цепи ООС.

4. Находят коэффициенты усиления отдельных каскадов, пола­гая, что они равны между собой, т.е. К_u1 = К_u2

.

 

5. Выбирают режим усиления класса А, характеризующийся минимальными нелинейными искажениями и рассчитывают напря­жение источника питания Е

 

, (109)

где К_з.н = 4...6 - коэффициент запаса по напряжению.

Окончательно напряжение Е выбирают из ряда 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 36, 42, 50 (ближайшее к расчетному значение).

6. Задаются сопротивлением резистора R7 = (3...5)R_н и вычисля­ют эквивалентное сопротивление коллекторной цепи R_к~2 (см. раздел 1.2.1). Номи­нальное сопротивление резистора R7 выбирают из табл. П 2.1.

7. Рассчитывают выходную мощность каскада Р_вых (см. раздел 1.2.2., формула (26)).

8. Находят мощность Р_К.р, рассеиваемую коллектором VТ2 (см. раздел 1.2.2., формула (30)).

9. Выбирают транзистор VТ2 по величине Р_{К макс}, U_КЭмакс, I_Kмакс и f_гр, учитывая рекомендации раздела 1.8

- ;

- ;

- ;

- ;

- .

Если для выбранного транзистора в справочнике приведено значение только граничной частоты передачи тока f_гр, то для опреде­ления f_h21э, можно пользоваться соотношением (103).

10. Рассчитывают режим покоя транзистора VТ2.

а) принимают напряжение коллектора покоя транзистора VТ2 (U_кп2) равным половине напряжения источника питания;

б) составляют уравнение для коллекторной цепи VТ2 и вычисляют ток коллектора покоя I_кп2, учитывая при этом соотношение (6);

в) графически определяют ток базы I_бп2 и напряжение U_бп2. Для этого на семействе выходных ВАХ транзистора отмечают точку А (I_кп2, U_кп2) (см. рис. 4), через которую при необходимости проводят дополнительную характеристику, соответствующую I_бп2. Величину тока I_бп2 определяют методом линейной интерполяции, используя две соседние характеристики. Полученную точку переносят на входную характеристику транзистора и находят U_бп2 (см. прилож. 1).

11. Находят величины h_21э и h_11э в точке покоя (см. прилож. 1).

12. Оценивают реальный коэффициент усиления каскада по формуле (19). Если он значительно отличается от величины, полу­ченной в п.3, то необходимо подобрать другой транзистор.

13. Рассчитывают мощность, рассеиваемую резистором R7 по току I_кп2, и окончательно выбирают тип резистора.

Примечание: в дальнейшем выбор всех резисторов схемы вы­полнять по методике, изложенной в п. 6 и п.14.

14. Строят динамическую линию нагрузки (ЛН^~) на семействе выходных характеристик (см. рис. 4).

15. Определяют динамический режим работы транзистора. Для этого откладывают на оси абсцисс амплитуду выходного напряже­ния U_вых.А (см. рис. 4) и делают вывод о правильности выбора напряжения ис­точника питания. Затем находят амплитудные значения тока кол­лектора I_кА и тока базы I_бА (см. формула (10)). Переносят значение тока I_бА на семей­ство входных характеристик и находят напряжение U_бэА (см. формула (11)).

16. Используя соотношение (6) и считая, что , определяют сопротивление резистора R8, мощность, рассеивае­мую им, а затем выбирают его тип.

17. Вычисляют эквивалентное сопротивление базового делителя R_Б2 с учетом требований температурной стабилизации режима (см. формула (5)).

18. Используя соотношения (5) и (7) рассчитывают сопротивления резисторов R5 и R6.

19. Определяют ток делителя I_д2 (см. формула (18)), а затем рассчитывают мощность рассеивания резисторов R5 и R6 и выбирают их тип и номинал.

20. Вычисляют входное сопротивление оконечного каскада R_вх2 (см. формула (13)).

21. Определяют мощность, потребляемую базовой цепью транзистора VТ2 от предыдущего каскада

 

. (110)

 

22. Вычисляют выходную мощность предоконечного каскада

 

. (111)

 

где К_з.м = (1, 1...1, 2) - коэффициент запаса, учитывающий потери мощности в цепи смещения оконечного каскада.

23. Находят мощность Р_К.р, рассеиваемую коллектором VТ1.

24. Принимая, с учетом падения напряжения на резисторе фильтра R_ф, напряжение питания предоконечного каскада равным Е_к1 = 0, 9Е, выбирают транзистор VТ1 (см. пп. 9).

25. Выбирают сопротивление резистора R3 таким, чтобы обеспе­чить возбуждение транзистора оконечного каскада в режиме гене­ратора тока (см. раздел 1.7), учитывая соотношение (15).

26. Рассчитывают мощность, рассеиваемую резистором R3, и окончательно выбирают его тип и номинал.

27. Рассчитывают режим покоя транзистора VТ1.

а) принимают U_кп1 = 0, 5 Е_к1;

б) составляют уравнение для коллекторной цепи VТ1 и находят ток коллектора покоя I_кп1;

в) вычисляют ток базы покоя I_бп1.

28. Вычисляют эквивалентное сопротивление коллекторной цепи транзистора VТ1 в точке покоя (R_к~1).

29. Оценивают коэффициент усиления предоконечного каскада по формуле (19) и, при необходимости, уточняют выбор транзистора.

30. Определяют амплитуду коллекторного тока транзистора VТ1. Из эквивалентной схемы усилителя очевидно, что для согласования последовательно соединенных каскадов должно выполняться равенство U_кА1 = U_бА2, тогда

 

. (112)

 

Проверяют выполнение условия I_кА1 < I_кп1.

31. Находят амплитудные значения тока базы и напряжения база-эмиттер транзистора VТ1

 

и . (113)

 

32. Вычисляют сопротивление резистора R4 (см. формула (6)) и выбирают его номинальное значение и тип.

33. Находят эквивалентное сопротивление R_Б1 (см. п. 18).

34. Рассчитывают сопротивления резисторов R1 и R2; выбирают их тип и номинал (см. пп. 19, 20).

35. Вычисляют входное сопротивление предоконечного каскада R_вх1 в точке покоя.

36. Рассчитывают фактические коэффициенты усиления по на­пряжению оконечного К_u2 и предоконечного К_u1 каскадов, учиты­вая влияние всех элементов схемы.

37. Определяют общий коэффициент усиления усилителя с ра­зомкнутой цепью ООС К_u, сравнивают его с величиной, получен­ной в п. 3 и делают выводы о правильности расчетов.

38. Находят коэффициент передачи γ цепи ООС, обеспечиваю­щий заданную глубину обратной связи (см. раздел 1.6).

39. Рассчитывают сопротивление резистора обратной связи R_ос, используя выражение

 

. (114)

 

Примечание: Емкость конденсатора С_ос выбирают достаточно большой (С_ос ≈ С5), поэтому его омическим сопротивлением обыч­но пренебрегают.

40. Проверяют выполнение условия R4 + R_ос > > R_вых2 (см. формула (15)), для того, чтобы цепь ООС не шунтировала выходной каскад усилителя. Ес­ли это условие не выполняется, то надо выбрать транзисторы с большим коэффициентом усиления и повторить расчет.

41. Вычисляют фактический коэффициент усиления усилителя К_u.ос с замкнутой цепью ООС (см. формула (79)).

42. Строят сквозную динамическую характеристику оконечного каскада и рассчитывают коэффициент нелинейных искажений К_г, полагая разомкнутой цепь ОС (см. раздел 1.7).

43. Вычисляют коэффициент нелинейных искажений К_г.ос уси­лителя, охваченного цепью ООС (см. формула (93)).

44. Рассчитывают емкости разделительных и эмиттерных кон­денсаторов (см. раздел 1.2.3).

а) определяют влияние отдельного конденсатора на общий коэффициент частотных искажений;

б) находят постоянные времени перезаряда для каждого конденсатора;

в) вычисляют емкости конденсаторов, а затем выбирают их номинальные значения из таблицы П 2.2. Рабочее напряжение конденсаторов следует выбирать из условия U_н > Е.

45. Определяют значения С_ф и R_ф согласно рекомендациям раз­дела 1.9. Окончательно номинальные параметры С_ф и R_ф выбира­ют по аналогии с предыдущими расчетами.

46. Вычисляют полный ток I₀, потребляемый усилителем от ис­точника питания.

47. Рассчитывают к.п.д. усилителя.

 

ОФОРМЛЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Пояснительная записка оформляется в соответствии с требова­ниями на одной стороне листа бе­лой бумаги формата А-4. Текст пишется разборчиво, черными или синими чернилами или печатается на принтере. Изло­жение содержания пояснительной записки не должно производить­ся от первого лица.

В тексте пояснительной записки не допускается:

• применять для одного и того же названия различные научно-технические термины, близкие по смыслу (сино­нимы);

• применять сокращения слов, кроме установленных пра­вилами русской орфографии, а также стандартных техни­ческих терминов.

Нумерация страниц записки должна быть сквозной: первым листом является титульный лист (он не нумеруется) вторым — за­дание, который также не нумеруется. Далее на всех страницах про­ставляется номер арабскими цифрами. При­ложения и список использованной литературы также включают в сквозную нумерацию страниц.

Текст пояснительной записки должен содержать все расчеты и необходимые пояснения к ним, графики вольтамперных характери­стик оформляются в виде приложения на отдельном листе милли­метровой бумаги. Справочные данные выбранных транзисторов заносят в таблицу по аналогии с таблицей П 6 и также приводят в приложении. Допускается графики и таблицу располагать на одном листе.

Расчет каждого каскада оформляется в виде самостоятельного раздела, наименование которого записывают в виде заголовка про­писными буквами симметрично к тексту. Переносы слов в заголов­ках не допускаются, точку в конце заголовка не ставят. Разделы должны иметь порядковые номера, обозначенные арабскими циф­рами с точкой, например:

 

РАСЧЕТ ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА.

 

⇐ Предыдущая12345

Поделиться:

Популярное:

1. Автоматическая телеграфная связь
2. Б. Напряженность и потенциал электростатического поля и связь между ними. Принцип суперпозиции
3. Билет 7 Внутренняя структура процесса обучения как взаимосвязь преподавания и учения
4. БОБ НИКОГДА НЕ УСТАНАВЛИВАЛ СВЯЗЬ
5. Большое значение для успешного развития художника имеет неразрывная связь теории с практикой в течение всей его изобразительной деятельности.
6. В21. Матричный метод исследований кинематики пространственных устройств. Прямая и обратная задача кинематики.
7. Взаимная связь стихийных явлений.
8. Взаимодействие права и политики / Взаимосвязь политики и права
9. Взаимосвязь биологических и социальных факторов в психическом развитии личности
10. Взаимосвязь внутренней и внешней политики государства
11. ВЗАИМОСВЯЗЬ ЕДИНИЧНОГО И ОБЩЕГО
12. Взаимосвязь законов сохранения импульса и энергии